1 KOMMENTARER TILL KAPITEL 9 OCH KAPITEL 16 Vad är virus? Förpackat genetiskt material Obligata intracellulära parasiter Virus kan bara förökas i levande celler. Som värdceller fungerar människor, djur, växter, insekter, svampar, protozoer, bakterier mfl. Bakterievirus kallas för bakteriofager eller kort fager. Virus uppvisar två distinkta faser: Extracellulär fas, jfr fig.9.3 I den här fasen omges genomet - som kan vara antingen DNA eller RNA - av ett proteinskal - en kapsid. Virus är här en infektiös partikel, en virion, en passiv transportform som ger möjlighet för en infektion att spridas dels från cell till cell inom en flercellig organism dels mellan individer. I den extracellulära fasen kan virus ej föröka sig. Intracellulär fas Endast genomet DNA eller RNA. I den intracellulära fasen kan det ske en replikation av genomet. I den extracellulära fasen kan dessutom vissa virus ha ett hölje utanför kapsiden. Detta gäller främst animalvirus (virus som infekterar människor och djur). Hölje är ovanligt hos växtvirus och bakteriofager. VIRUS STRUKTUR: I. Kapsiden a. Fager, jfr fig. 9.12 (i) Ikosahedral symmetri, jfr fig. 9.4
2 (ii) Komplex struktur (iii) Filamentös struktur b. Animalvirus, jfr fig. 9.23 (i) Helikal symmetri, jfr fig.9.2 (ii) Ikosahedral symmetri, jfr fig. 9.4 (iii) Komplex struktur Ex. Storlek: Parvovirus (18-22 nm), Poxvirus (400x240x200 nm) ca 5.000 ggr volymskillnad. II. Hölje Förekommer främst hos animalvirus. Höljet har samma principiella uppbyggnad som ett cellmembran. Består av ett dubbellager av fosfolipider (härrör från värdcellen) samt virusspecifika proteiner. III. Nukleinsyra En enda typ av nukleinsyra DNA eller RNA, jfr fig.9.1 DNA: Kan vara enkelsträngad (ss) eller dubbelsträngad (ds). Linjära eller cirkulärt slutna. RNA: Kan vara ss eller ds. Oftast linjära. Kan vara fragmenterade. De vanligaste strukturerna är ds DNA och ss RNA. Enkelsträngad nukleinsyra kan ha antingen plus(+)-polaritet eller minus(-)-polaritet. Polariteten är relaterad till mrna, jfr fig. 9.11. Polariteten har störst betydelse för ssrna. +RNA (ss). Virion RNA har samma polaritet som viralt mrna -RNA (ss). Virion RNA har komplementär sekvens till viralt mrna. Ex. Storlek: Parvovirus (4-5 gener), Poxvirus (ca 240 gener). Ju fler gener ju mindre beroende är viruset av värdorganismen.
3 KLASSIFICERING AV VIRUS Virus kan klassificeras enligt: 1. Typ av nukleinsyra 2. Typ av kapsidsymmetri 3. Förekoms av hölje 4. Ytterligare information beträffande kapsiden. INFEKTIONSFÖRLOPP - FAGER A. Produktiv infektion, Lytisk cykel, jfr fig. 9.8. 1. Adsorption Fagen fäster till specifika receptorer på bakterieytan 2. Penetration Nukleinsyran "sprutas" in i cytoplasman. Kapsiden lämnas utanför, jfr fig. 9.10. 3. Syntesfas Denna fas är beroende på vilken typ av nukleinsyra fagen innehåller. Ex. ds DNA a. Transkription. Syntes av tidigt mrna. Vissa fager bär med sig eget RNA polymeras eller så används bakteriens RNA polymeras Translation. Syntes av tidiga proteiner (främst enzymer som behövs för replikation) b. Replikation av nukleinsyran c. Transkription. Syntes av sent mrna. Eget RNA polymeras eller så har bakteriens RNA polymeras modifierats så att det endast känner igen fagpromotorer
4 Translation. Syntes av sena proteiner (strukturproteiner för uppbyggnad av kapsider och katalytiska enzymer t ex lysozym) Jfr fig. 9.15 Ex.: ssdna, fr fig. 16.3 Ex. +RNA, jfr fig. 16.2 a. Translation. Syntes av tidiga proteiner (replikas, behövs för syntes av komplementär minussträng) b. Replikation av nukleinsyran c. Translation. Syntes av sena proteiner (strukturproteiner för uppbyggnad av kapsider och katalytiska enzymer t ex lysozym) +RNA kan direkt fungera som mrna, därför behövs ingen tidig transkription. De +RNA som bildas vid replikationen kan också fungera som sena mrna. Hur mrna bildas för olika typer av nukleinsyror är sammanfattat i fig. 9.11. 4. Sammansättning Nukleinsyran packas in i kapsiderna. 5. Frisläppande Sker huvudsakligen genom lys av bakterien. Kan hos några filamentösa fager ske genom knoppning. Tid för en produktiv infektion: 20-60 min. De fager som ger upphov till en produktiv infektion kallas för virulenta fager. B. Lysogeni, jfr fig. 9.16 1. Adsorption
5 Fagen fäster till specifika receptorer på bakterieytan 2. Penetration Nukleinsyran "sprutas" in i cytoplasman. Kapsiden lämnas utanför. 3. Transkription. Syntes av mrna. Translation. Syntes av integrationsenzym (integras) och en repressor. 4. Integrering av fagens nukleinsyra i bakteriekromosomen. Repressorn hindrar expression av den integrerade fagens gener. Profagen replikeras samtidigt som bakteriekromosomen och följer med till dottercellerna. Den integrerade fagen kallas nu för en profag. De fager som kan ge upphov till lysogeni kallas för temperata fager. Det är alltid fager med DNA som nukleinsyra som är temperata eftersom RNA inte kan integreras i bakteriekromosomen. En temperat fag kan antingen ge upphov till en produktiv infektion eller till lysogeni. I cirka 1% av infektionerna blir det lysogeni och det beror bl a på bakteriens näringsstatus. Har bakterien ont om näring är det troligt att det blir lysogeni. En bakterie som har en viss profag är immun mot infektioner av samma fag. Den syntetiserade repressorn hindrar expression av den nya fagens gener. Induktion Om bakterien utsätts för UV-ljus eller vissa kemikalier så kan profagen skäras ut från kromosomen och ett lytiskt förlopp induceras. INFEKTIONSFÖRLOPP - ANIMALVIRUS 1. Adsorption Viruspartikeln fäster till specifika receptorer på cellytan
6 2. Penetration Flera mekanismer. Animalvirus har ofta ett hölje därav fler mekanismer. a. Endocytos. Hela viruspartikeln transporteras in i cellen, därefter bryts höljet och kapsiden ned. Resultatet blir en fri nukleinsyra. b. Membranfusion. Viruspartikelns hölje smälter ihop med cellmembranet och nukleokapsiden (kapsid men nukleinsyra) transporteras in i cellen (observera att animalcellen saknar cellvägg, vilket de flesta bakterier har). Därefter sker en avkapsling (kapsiden bryts ned). Resultatet blir en fri nukleinsyra. c. Insprutning. Nukleinsyran sprutas in i cellen, kapsiden lämnas utanför (denna mekanism är vanlig för animalvirus som saknar hölje). 3. Syntesfas Liksom hos bakteriofager beror denna på vilken typ av nukleinsyra som animalviruset har, för övrigt gäller samma gång som för bakterofager. En intressant skillnad mellan bakteriofager och vissa animalvirus (retrovirus t ex HIV-virus) är följande: Retrovirus är RNA-virus (+RNA), detta virus innehåller ett enzym som kallas reverst (omvänt) transkriptas. Detta enzym omvandlar RNA till DNA, efter detta är gjort så inkorporeras DNA i värdcellens DNA. Först därefter kan en transkription ske, jfr fig. 9.25 och 9.26. Man har inte hittat enzymet reverst transkriptas hos bakteriofager. 4. Sammansättning Nukleinsyran packas in i kapsiderna. 5. Frisläppande Sker huvudsakligen genom knoppning. Knoppning: Nukleokapsiden har bildats i cytoplasman. Virusspecifika proteiner har lokaliserats till cellmembranet. Nu knoppas viruset ut och en del av cellmembranet blir hölje, jfr fig. 9.26. På detta sätt erhåller animalviruset sitt hölje. I vissa fall kan cellen också lysera. Tid för en produktiv infektion: 6-48 tim.
En ytterligare skillnad mellan bakteriofager och animalvirus är att replikationen av DNA-genom hos animalvirus ofta sker i kärnan medan replikation av RNA-genom hos animalvirus sker i cytoplasman. Bakterier har ju ingen kärna och därför sker all replikation av virusgenom i cytoplasman. 7