Biologi för studenter II

Som du har lärt dig infekterar virus ofta mycket specifika värdar, liksom specifika celler inom värden. Denna egenskap hos ett virus gör det specifikt för en eller ett fåtal arter av liv på jorden. Å andra sidan finns det så många olika typer av virus på jorden att nästan varje levande organism har sin egen uppsättning virus som försöker infektera dess celler. Till och med prokaryoter, de minsta och enklaste cellerna, kan angripas av specifika typer av virus. I följande avsnitt kommer vi att titta på några av egenskaperna hos virusinfektion av prokaryota celler. Som vi har lärt oss kallas virus som infekterar bakterier för bakteriofager (figur 1). Archaea har sina egna liknande virus.

Bakteriofager

Figur 1. Bakteriofager som fästs vid en värdcell (transmissionselektronmikrografi). I bakteriofager med svansar, som den som visas här, fungerar svansarna som en passage för överföring av faggenomet. (kredit: modifiering av arbete av Dr. Graham Beards; data för skalstreck från Matt Russell)

De flesta bakteriofager är dsDNA-virus, som använder värdens enzymer för DNA-replikation och RNA-transkription. Fagpartiklar måste binda till specifika ytreceptorer och aktivt föra in genomet i värdcellen. (De komplexa svansstrukturer som ses i många bakteriofager är aktivt involverade i att få virusgenomet att passera den prokaryotiska cellväggen). När infektion av en cell med en bakteriofag resulterar i produktion av nya virioner sägs infektionen vara produktiv. Om virionerna frigörs genom att cellen sprängs replikerar viruset genom en lytisk cykel (figur 2). Ett exempel på en lytisk bakteriofag är T4, som infekterar Escherichia coli som finns i människans tarmkanal. Ibland kan dock ett virus stanna kvar i cellen utan att frigöras. När till exempel en tempererad bakteriofag infekterar en bakteriecell replikerar den genom en lysogen cykel (figur 2), och virusgenomet införlivas i värdcellens arvsmassa. När fagens DNA införlivas i värdcellens arvsmassa kallas det för en profag. Ett exempel på en lysogen bakteriofag är λ-viruset (lambdaviruset), som också infekterar E. coli-bakterien. Virus som infekterar växt- eller djurceller kan ibland genomgå infektioner där de inte producerar virioner under långa perioder. Ett exempel är djurherpesvirus, inklusive herpes simplexvirus, som orsakar oral och genital herpes hos människor. I en process som kallas latens kan dessa virus existera i nervvävnad under långa perioder utan att producera nya virioner, bara för att periodvis lämna latensen och orsaka lesioner i huden där viruset replikerar. Även om det finns likheter mellan lysogeni och latenstid är termen lysogencykel vanligen reserverad för att beskriva bakteriofager. Latency kommer att beskrivas närmare i nästa avsnitt.

Figur 2. En tempererad bakteriofag har både lytiska och lysogena cykler. I den lytiska cykeln replikerar fagen och lyserar värdcellen. I den lysogena cykeln införlivas fagens DNA i värdgenomet, där det förs vidare till efterföljande generationer. Miljöstressorer som svält eller exponering för giftiga kemikalier kan leda till att profagen exciderar och går in i den lytiska cykeln.

Djurvirus

Djurvirus behöver till skillnad från virus i växter och bakterier inte penetrera en cellvägg för att få tillgång till värdcellen. Viruset kan till och med förmå värdcellen att samarbeta i infektionsprocessen. Icke-höljda eller ”nakna” djurvirus kan ta sig in i celler på två olika sätt. När ett protein i virusets kapsid binder till sin receptor på värdcellen kan viruset föras in i cellen via en vesikel under den normala cellprocessen receptormedierad endocytos. En alternativ metod för cellpenetration som används av icke-höljda virus är att capsidproteiner genomgår formförändringar efter att ha bundit till receptorn, vilket skapar kanaler i värdcellens membran. Virusgenomet ”injiceras” sedan in i värdcellen genom dessa kanaler på ett sätt som liknar det som används av många bakteriofager.

Umhöljda virus har också två sätt att ta sig in i celler efter att ha bundit till sina receptorer: receptormedierad endocytos eller fusion. Många omslutna virus kommer in i cellen genom receptormedierad endocytos på ett sätt som liknar det som ses hos vissa icke omslutna virus. Fusion sker däremot endast med omslutna virioner. Dessa virus, som bland annat omfattar HIV, använder speciella fusionsproteiner i sina höljen för att få höljet att smälta samman med cellens plasmamembran och på så sätt släppa ut virusets genom och kapsid i cellens cytoplasma.

Efter att ha tillverkat sina proteiner och kopierat sina genomer djurs virus slutföra sammansättningen av nya virioner och lämna cellen. Som vi redan har diskuterat med hjälp av exemplet influensaviruset kan höljda djurvirus knoppa av från cellmembranet när de sätter ihop sig och ta en bit av cellens plasmamembran i processen. Å andra sidan ackumuleras icke-höljda virala avkommor, såsom rhinovirus, i infekterade celler tills det finns en signal för lysis eller apoptos, och alla virioner släpps ut tillsammans.

Som du kommer att lära dig i nästa modul är djurvirus förknippade med en rad olika sjukdomar hos människor. Vissa av dem följer det klassiska mönstret för akut sjukdom, där symtomen blir allt värre under en kort period, följt av att immunsystemet eliminerar viruset från kroppen och slutligen återhämtar sig från infektionen. Exempel på akuta virussjukdomar är förkylning och influensa. Andra virus orsakar långvariga kroniska infektioner, t.ex. det virus som orsakar hepatit C, medan andra, t.ex. herpes simplex-virus, endast orsakar intermittenta symtom. Ytterligare andra virus, såsom humant herpesvirus 6 och 7, som i vissa fall kan orsaka den mindre allvarliga barnsjukdomen roseola, orsakar ofta framgångsrikt produktiva infektioner utan att orsaka några symtom alls hos värden, och därför säger vi att dessa patienter har en asymtomatisk infektion.

I hepatit C-infektioner växer och förökar sig viruset i levercellerna, vilket orsakar låga nivåer av leverskador. Skadorna är så låga att infekterade personer ofta är omedvetna om att de är smittade, och många infektioner upptäcks endast genom rutinmässiga blodundersökningar på patienter med riskfaktorer som t.ex. intravenöst narkotikamissbruk. Å andra sidan, eftersom många av symptomen på virussjukdomar orsakas av immunsvar, är avsaknad av symptom en indikation på ett svagt immunsvar mot viruset. Detta gör att viruset kan undgå att elimineras av immunförsvaret och finnas kvar i individer i åratal, samtidigt som det producerar låga nivåer av avkommavirioner i vad som kallas en kronisk virussjukdom. Kronisk infektion av levern med detta virus leder till en mycket större chans att utveckla levercancer, ibland så mycket som 30 år efter den första infektionen.

Som redan diskuterats kan herpes simplex-virus förbli i ett latent tillstånd i nervvävnad i månader, till och med år. Eftersom viruset ”gömmer” sig i vävnaden och bildar få eller inga virusproteiner finns det inget som immunförsvaret kan agera mot, och immuniteten mot viruset avtar långsamt. Under vissa förhållanden, inklusive olika typer av fysisk och psykologisk stress, kan det latenta herpes simplex-viruset reaktiveras och genomgå en lytisk replikationscykel i huden, vilket orsakar de skador som förknippas med sjukdomen. När virioner produceras i huden och virusproteiner syntetiseras, stimuleras immunförsvaret på nytt och löser hudlesionerna på några dagar eller veckor genom att förstöra virus i huden. Som ett resultat av denna typ av replikationscykel uppträder uppkomsten av förkylningssår och genitala herpesutbrott endast intermittent, även om virusen stannar kvar i nervvävnaden för livet. Latenta infektioner är vanliga även med andra herpesvirus, inklusive varicella-zosterviruset som orsakar vattkoppor. Efter en vattkoppeinfektion i barndomen kan varicella-zosterviruset förbli latent i många år och reaktiveras hos vuxna för att orsaka det smärtsamma tillstånd som kallas ”bältros” (figur 3).

Figur 3. (a) Varicella-zoster, det virus som orsakar vattkoppor, har en omsluten icosaedrisk kapsid som syns i denna transmissionselektronmikroskopiska bild. Dess dubbelsträngade DNA-genom införlivas i värdens DNA och kan reaktiveras efter latenstid i form av b) bältros, som ofta uppvisar ett utslag. (kredit a: modifiering av arbete av Dr. Erskine Palmer, B. G. Martin, CDC; kredit b: modifiering av arbete av ”rosmary”/Flickr; data från Matt Russell)

Figur 4. HPV, eller humant papillomvirus (kredit: modifiering av arbete av NCI, NIH; data för skalbalken från Matt Russell)

Vissa virus som infekterar djur, inklusive hepatit C-virus som diskuteras ovan, är kända som onkogena virus: De har förmågan att orsaka cancer. Dessa virus stör den normala regleringen av värdens cellcykel antingen genom att införa gener som stimulerar oreglerad celltillväxt (onkogener) eller genom att störa uttrycket av gener som hämmar celltillväxten. Onkogena virus kan vara antingen DNA- eller RNA-virus.

Cancer som man vet är förknippade med virusinfektioner är bland annat livmoderhalscancer orsakad av humant papillomvirus (HPV) , levercancer orsakad av hepatit B-virus, T-cellsleukemi och flera typer av lymfom.

HPV, eller humant papillomvirus (se figur 4), har en naken isosaedrisk kapsid som syns i denna transmissionselektronmikroskopiska bild och ett dubbelsträngat DNA-genom som inkorporeras i värd-DNA. Viruset, som överförs sexuellt, är onkogent och kan leda till livmoderhalscancer.

Växtvirus

De flesta växtvirus, som t.ex. tobaksmosaikviruset, har enkelsträngat (+) RNA-genom. Det finns dock även växtvirus i de flesta andra viruskategorier. Till skillnad från bakteriofager har växtvirus inga aktiva mekanismer för att leverera virusgenomet genom den skyddande cellväggen. För att ett växtvirus ska kunna ta sig in i en ny värdväxt måste någon typ av mekanisk skada uppstå. Denna skada orsakas ofta av väder, insekter, djur, eld eller mänsklig verksamhet som jordbruk eller landskapsarkitektur. Förflyttning från cell till cell i en växt kan underlättas genom att viruset modifierar plasmodesmata (cytoplasmatiska trådar som går från en växtcell till nästa). Dessutom kan växters avkomma ärva virussjukdomar från föräldraväxter. Växtvirus kan överföras av en mängd olika vektorer, genom kontakt med en infekterad växts saft, av levande organismer som insekter och nematoder och genom pollen. Överföring av ett virus från en växt till en annan kallas horisontell överföring, medan arv av ett virus från en förälder kallas vertikal överföring.

Symtomen på virussjukdomar varierar beroende på viruset och dess värd (se tabellen nedan). Ett vanligt symtom är hyperplasi, den onormala cellförökning som orsakar uppkomsten av växttumörer som kallas gallor. Andra virus framkallar hypoplasi, eller minskad celltillväxt, i växternas blad, vilket gör att tunna, gula områden uppstår. Ytterligare andra virus påverkar växten genom att direkt döda växtceller, en process som kallas cellnekros. Andra symtom på växtvirus är missbildade blad, svarta ränder på växternas stjälkar, förändrad tillväxt av stjälkar, blad eller frukter och ringfläckar, som är cirkulära eller linjära missfärgningsområden som finns i ett blad.

Plantvirus kan allvarligt störa grödornas tillväxt och utveckling, vilket i hög grad påverkar vår livsmedelsförsörjning. De är ansvariga för dålig kvalitet och kvantitet på grödor globalt sett och kan ge upphov till enorma ekonomiska förluster varje år. Andra virus kan skada växter som används i landskapsarkitektur. Vissa virus som infekterar livsmedelsplantor inom jordbruket innehåller namnet på den växt som de infekterar, till exempel tomatfläckigt vissnesjukevirus, bönor med vanlig mosaikvirus och gurkmosaikvirus. I växter som används för landskapsarkitektur är två av de vanligaste virusen pionernas ringfläcksjuka och rosenmosaikvirus. Det finns alldeles för många växtvirus för att diskutera vart och ett i detalj, men symtomen på bean common mosaic virus resulterar i minskad produktion av bönor och hämmade, improduktiva plantor. Hos prydnadsrosen orsakar rosenmosaiksjukdomen vågiga gula linjer och färgade fläckar på växtens blad.

Contribute!

Förbättra den här sidanLär dig mer