Virus | Virus er ikke fritlevende: de kan kun være parasitter

Genome

Genomisk diversitet blandt vira
Ejendom	Parametre
Nukleinsyre	RNA DNA Både RNA og DNA (på forskellige stadier i livscyklussen)
Form	Lineær Cirkulær Segmenteret
Strandedness	Enkeltstrenget Dobbeltstrenget Dobbeltstrenget med områder med enkeltstrengethed
Sense	Positiv betydning (+) Negativ betydning (-) Ambisense (+/-)

Der er mange genomiske strukturer i virus. Som gruppe er de mere forskelligartede end planter, dyr, archaea og bakterier. Der findes millioner af forskellige virustyper, men kun omkring 7000 af dem er beskrevet i detaljer.⁴⁹

En virus har enten RNA- eller DNA-gener og kaldes derfor en RNA-virus eller en DNA-virus. Langt de fleste vira har RNA-genom. Plantevirus har normalt enkeltstrengede RNA-genomer, og bakteriofager har normalt dobbeltstrengede DNA-genomer.^96/99

Færre end 7.000 typer er beskrevet i detaljer, men der er utvivlsomt mange flere, der kan opdages.

 
Cyklus for virusreplikation: 1-Fæstning, 2-Penetrering, 3-Uncoating, 4-Syntese (4a-Transskription, 4b-Translokation, 4c-Genomreplikation), 5-Montering, 6-Fremsætning  

Replikationscyklus

Viruspopulationer vokser ikke gennem celledeling, fordi de ikke har celler. I stedet bruger de en værtscelles maskineri og stofskifte til at producere mange kopier af sig selv, og de samles (samles) i cellen.

Virers livscyklus varierer meget fra art til art, men der er seks grundlæggende faser i virussernes livscyklus:^75/91

• Vedhæftning er en binding mellem virale capsidproteiner og specifikke receptorer på værtscellens overflade.
• Gennemtrængning følger efter fastgørelse: Virioner (enkelte viruspartikler) trænger ind i værtscellen ved receptormedieret endocytose eller fusion med lipiddobbelægningen. Dette kaldes viral entry.
   Infektionen af plante- og svampeceller er anderledes end infektionen af dyreceller. Planter har en stiv cellevæg af cellulose, og svampe har en
  cellevæg af chitin. Det betyder, at de fleste vira kun kan trænge ind i disse celler ved hjælp af magt.⁷⁰ Et eksempel: En virus rejser på en insektvektor, som lever af plantesaft. Den skade, der er sket på cellevæggene, vil gøre det muligt for virussen at komme ind.
   Bakterier har ligesom planter stærke cellevægge, som en virus skal igennem for at inficere cellen. Bakteriernes cellevægge er imidlertid meget tyndere end planternes cellevægge, og nogle virus har mekanismer, der injicerer deres genom ind i bakteriecellen, mens viruskapsiden forbliver udenfor.⁷¹
• Afcoating er den måde, hvorpå det virale capsid fjernes: Dette kan ske ved hjælp af virale enzymer eller værtsenzymer eller ved simpel dissociation; slutresultatet er frigivelse af viral nukleinsyre.
• Replikation af vira er at mangedoble genomet. Dette betyder normalt produktion af viralt messenger-RNA (mRNA) fra "tidlige" gener. Dette kan for komplekse virussers vedkommende følges op af en eller flere yderligere runder af mRNA-syntese: "sene" genekspressioner er af strukturelle proteiner eller virionproteiner.
• Efter viruspartiklernes selvsamling sker der ofte en vis ændring af proteinerne. I virus som f.eks. HIV sker denne modifikation (undertiden kaldet modning), efter at virussen er blevet frigivet fra værtscellen.
• Virus kan frigøres fra værtscellen ved lysis, en proces, der dræber cellen ved at sprænge dens membran og cellevæg. Dette er en egenskab ved mange bakterie- og nogle dyrevirus.
  I nogle virus sættes virusgenomet ved genetisk rekombination ind på et bestemt sted i værtens kromosom ved
  hjælp af genetisk rekombination. Det virale genom kaldes så et "provirus" eller, i bakteriofagernes tilfælde, en "profage".⁶⁰
   Hver gang værten deler sig, replikeres også det virale genom. Det virale genom er for det meste tavst i værten; på et tidspunkt kan provirussen eller profagen dog give anledning til aktivt virus, som kan lyse værtscellerne.^{kapitel 15}
  Indhyllede virus (f.eks. HIV) frigøres typisk fra værtscellen, efter at virussen har fået sin hyldest. Hylstret er et modificeret stykke af værtens plasmamembran.^185/7

Genetisk materiale og replikation

Det genetiske materiale i viruspartikler og den metode, hvormed materialet replikeres, varierer betydeligt mellem de forskellige virustyper.

RNA-virus

Replikation finder normalt sted i cytoplasmaet. RNA-virus kan inddeles i fire forskellige grupper afhængigt af deres replikationsmåde. Alle RNA-virus anvender deres egne RNA-replikaseenzymer til at skabe kopier af deres genomer.⁷⁹

DNA-virus

Replikationen af genomet hos de fleste DNA-virus foregår i cellens kerne. De fleste DNA-virus er helt afhængige af værtscellens DNA- og RNA-syntesemaskineri og RNA-behandlingsmaskineri. Virusser med større genomer kan selv kode for en stor del af dette maskineri. I eukaryoter skal virusgenomet krydse cellens kernemembran for at få adgang til dette maskineri, mens det i bakterier blot skal trænge ind i cellen.⁵⁴⁷⁸

Omvendt transskriberende vira

Omvendt transskriberende virus med RNA-genomer (retrovirus) anvender et DNA-mellemprodukt til at replikere. Virus med DNA-genomer (pararetrovirusser) anvender et RNA-mellemprodukt under replikationen af genomet. De er modtagelige over for antivirale lægemidler, der hæmmer det omvendte transkriptaseenzym. Et eksempel på den første type er HIV, som er et retrovirus. Eksempler på den anden type er Hepadnaviridae, som omfatter Hepatitis B-virus.^88/9

 

Dette transmissionselektronmikroskopi i falske farver viser de ultrastrukturelle detaljer af en influenzaviruspartikel eller "virion". Influenzavirus er en enkeltstrenget RNA-organisme  

Værtens forsvarsmekanismer

Det medfødte immunsystem

Kroppens første forsvarslinje mod virus er det medfødte immunsystem. Dette har celler og andre mekanismer, som forsvarer værten mod enhver infektion. Cellerne i det medfødte system genkender og reagerer på patogener på en generel måde.

RNA-interferens er et vigtigt medfødt forsvar mod vira. Mange vira har en replikationsstrategi, der involverer dobbeltstrenget RNA (dsRNA). Når en sådan virus inficerer en celle, frigiver den sit RNA-molekyle. Et proteinkompleks kaldet dicer klæber sig til det og skærer RNA'et i stykker. Derefter starter en biokemisk vej, kaldet RISC-komplekset, op. Dette angriber det virale mRNA, og cellen overlever infektionen.

Rotavirus undgår dette ved ikke at afkappe sig helt inde i cellen og ved at frigive nyproduceret mRNA gennem porer i partikelens indre capsid. Det genomiske dsRNA forbliver beskyttet inde i virionens kerne.

Produktionen af interferon er en vigtig værtsforsvarsmekanisme. Dette er et hormon, som kroppen producerer, når der er virus til stede. Dets rolle i immuniteten er kompleks; det stopper i sidste ende virusserne i at reproducere sig ved at dræbe den inficerede celle og dens nære naboer.

Adaptivt immunsystem

Hvirveldyr har et andet, mere specifikt immunsystem. Det kaldes det adaptive immunsystem. Når det møder en virus, producerer det specifikke antistoffer, som binder sig til virussen og gør den ikke-smitsom. Der er to typer antistoffer, som er vigtige.

Den første, kaldet IgM, er meget effektiv til at neutralisere virus, men produceres kun af cellerne i immunsystemet i nogle få uger. Det andet, IgG, produceres i det uendelige. Tilstedeværelsen af IgM i værtens blod bruges til at teste for akut infektion, mens IgG indikerer en infektion, der ligger et stykke tid tilbage i tiden. IgG-antistoffer måles, når der udføres immunitetstest.

Et andet forsvar mod virus hos hvirveldyr involverer immunceller, der er kendt som T-celler. Kroppens celler viser konstant korte fragmenter af deres proteiner på celleoverfladen, og hvis en T-celle genkender et mistænkeligt virusfragment der, ødelægges værtscellen af dræber-T-cellerne, og de virusspecifikke T-celler formerer sig. Celler som f.eks. makrofager er specialister i denne antigenpræsentation.

Omgåelse af immunsystemet

Ikke alle virusinfektioner giver et beskyttende immunforsvar. Disse vedvarende virus unddrager sig immunforsvaret ved at sekventere (gemme sig), ved cytokinresistens, ved at unddrage sig naturlige dræbercelleaktivitet, ved at undslippe apoptose (celledød) og ved antigenisk skift (ændring af overfladeproteiner). HIV undgår immunsystemet ved konstant at ændre aminosyresekvensen af proteinerne på virionens overflade. Andre vira bevæger sig langs nerverne til steder, som immunsystemet ikke kan nå.

 
To rotavirus: Den til højre er belagt med antistoffer, som forhindrer den i at sætte sig fast på celler og inficere dem  

Evolution

Virus hører ikke til nogen af de seks riger. De opfylder ikke alle kravene for at blive klassificeret som en levende organisme, fordi de ikke er aktive, før de bliver smittet. Det er dog kun et verbalt punkt.

Det er klart, at deres struktur og funktionsmåde betyder, at de har udviklet sig fra andre levende væsener, og tabet af normal struktur forekommer hos mange endoparasitter. Virussernes oprindelse i livets udviklingshistorie er uklar: Nogle kan være udviklet fra plasmider - DNA-stykker, der kan bevæge sig mellem celler - mens andre kan være udviklet fra bakterier. I evolutionen er vira et vigtigt middel til horisontal genoverførsel, som øger den genetiske diversitet.

 

Nylige opdagelser

I et nyligt projekt blev der opdaget næsten 1500 nye RNA-virus ved at tage prøver fra over 200 hvirvelløse dyrearter. "Forskningsholdet ... udtog deres RNA og ved hjælp af næste generations sekventering afkodede sekvensen af svimlende seks billioner bogstaver i de hvirvelløse dyrs RNA-biblioteker". Forskningen viste, at virus ændrede bidder og stykker af deres RNA ved hjælp af en række forskellige genetiske mekanismer. "Viromet hos hvirvelløse dyr [viser] en bemærkelsesværdig genomisk fleksibilitet, der omfatter hyppig rekombination, lateral genoverførsel mellem virus og værter, gengevinst og -tab samt komplekse genomiske omlægninger".

Hvordan bakterier og archaea håndterer vira

Virus har eksisteret på denne planet i lang tid. Vi ved nu, at bakterier og arkæer først måtte håndtere dem, før vores form for celleliv udviklede sig. Detaljer om de forsvarsmekanismer, som arkæaer og bakterier anvender, er beskrevet på siden CRISPR, som kort introducerer emnet tidlige forsvarsmekanismer mod virus.

 

Største virus

En gruppe store vira inficerer amøber. Den største er Pithovirus. De øvrige er i størrelsesorden Pandoravirus, derefter Megavirus og derefter Mimivirus. De er større end nogle bakterier og er synlige i et lysmikroskop.

 

Virusser i havet

Der er virus overalt i havet. De kan være mindst en størrelsesorden større end alle andre former for marint liv. Gennem selektiv infektion påvirker virus næringsstofkredsløbet og udviklingen i havet.

 

Bruger

Virus anvendes i vid udstrækning i cellebiologi. Genetikere bruger ofte virus som vektorer til at indføre gener i celler, som de studerer. Dette er nyttigt for at få cellen til at producere et fremmed stof eller for at undersøge virkningen af at indføre et nyt gen i genomet. Østeuropæiske forskere har i nogen tid brugt fagterapi som et alternativ til antibiotika, og interessen for denne metode er stigende på grund af den høje grad af antibiotikaresistens, der nu findes hos nogle sygdomsfremkaldende bakterier.