Molekylære udtryk cellebiologi: Virusstruktur

Virus er ikke planter, dyr eller bakterier, men de er de vigtigste parasitter i de levende riger. Selv om de kan virke som levende organismer på grund af deres fantastiske reproduktionsevne, er vira ikke levende organismer i ordets egentlige forstand.

Selv uden en værtscelle kan vira ikke udføre deres livsopretholdende funktioner eller reproducere sig. De kan ikke syntetisere proteiner, fordi de mangler ribosomer og må bruge ribosomerne i deres værtscelle til at oversætte viralt messenger-RNA til virale proteiner. Virus kan ikke generere eller lagre energi i form af adenosintrifosfat (ATP), men er nødt til at hente sin energi og alle andre metaboliske funktioner fra værtscellen. De parasiterer også på cellen for at få basale byggematerialer, f.eks. aminosyrer, nukleotider og lipider (fedtstoffer). Selv om der er blevet spekuleret i, at vira er en form for protoliv, gør deres manglende evne til at overleve uden levende organismer det højst usandsynligt, at de gik forud for cellelivet i Jordens tidlige udvikling. Nogle forskere spekulerer i, at vira startede som vildfarne segmenter af den genetiske kode, der tilpassede sig en parasitær tilværelse.

Alle vira indeholder nukleinsyre, enten DNA eller RNA (men ikke begge dele), og en proteinkappe, som omslutter nukleinsyren. Nogle vira er også omsluttet af en kuvert af fedt- og proteinmolekyler. I sin infektiøse form, uden for cellen, kaldes en viruspartikel for en virion. Hver virion indeholder mindst ét unikt protein, der syntetiseres af specifikke gener i dens nukleinsyre. Viroider (som betyder “viruslignende”) er sygdomsfremkaldende organismer, som kun indeholder nukleinsyre og ikke har nogen strukturelle proteiner. Andre viruslignende partikler, kaldet prioner, består primært af et protein, der er tæt integreret med et lille nukleinsyremolekyle.

Virusser klassificeres generelt efter de organismer, de inficerer, dvs. dyr, planter eller bakterier. Da virus ikke kan trænge igennem planternes cellevægge, overføres stort set alle plantevirusser af insekter eller andre organismer, der lever af planter. Visse bakterievirus, som f.eks. T4-bakteriofagen, har udviklet en udførlig infektionsproces. Virussen har en “hale”, som den fastgør til bakteriens overflade ved hjælp af proteinholdige “stifter”. Halen trækker sig sammen, og halepinden trænger ind i cellevæggen og den underliggende membran og injicerer de virale nukleinsyrer ind i cellen. Virusser klassificeres yderligere i familier og slægter på grundlag af tre strukturelle overvejelser: 1) typen og størrelsen af deres nukleinsyre, 2) kapsidets størrelse og form, og 3) om de har en lipidhinde, der omgiver nukleokapsidet (den kapside, der omslutter nukleinsyren).

Der findes overvejende to slags former blandt virus: stave eller filamenter og kugler. Stavformen skyldes den lineære opstilling af nukleinsyren og de proteinunderenheder, der udgør kapsidet. Kugleformen er i virkeligheden en 20-sidet polygon (icosaeder).

Virus’ natur blev først forstået i det 20. århundrede, men deres virkninger var blevet observeret i århundreder. Den britiske læge Edward Jenner opdagede endda princippet om vaccination i slutningen af det 18. århundrede, efter at han havde observeret, at folk, der havde pådraget sig den milde sygdom cowpox-sygdom, generelt var immune over for den mere dødelige sygdom kopper. I slutningen af det 19. århundrede vidste forskerne, at et eller andet agens forårsagede en sygdom hos tobaksplanter, men at det ikke ville vokse på et kunstigt medium (som bakterier) og var for lille til at kunne ses i et lysmikroskop. Fremskridt inden for levende cellekultur og mikroskopi i det 20. århundrede gjorde det til sidst muligt for forskerne at identificere vira. Fremskridt inden for genetik forbedrede identifikationsprocessen dramatisk.

• Kapsid – Kapsidet er den proteinskal, der omslutter nukleinsyren; med den omsluttede nukleinsyre kaldes det for nukleokapsidet. Denne skal består af protein, der er organiseret i underenheder, som kaldes capsomere. De er tæt forbundet med nukleinsyren og afspejler dens konfiguration, som enten er en stavformet spiral eller en polygonformet kugle. Kapsidet har tre funktioner: 1) det beskytter nukleinsyren mod at blive fordøjet af enzymer, 2) det indeholder særlige steder på overfladen, som gør det muligt for virionet at binde sig til en værtscelle, og 3) det indeholder proteiner, som gør det muligt for virionet at trænge igennem værtscellens membran og i nogle tilfælde at injicere den infektiøse nukleinsyre ind i cellens cytoplasma. Under de rette betingelser vil viralt RNA i en flydende suspension af proteinmolekyler selv samle et kapsid og blive til et funktionelt og smitsomt virus.

• Hylster – Mange virustyper har en glykoproteinhinde, der omgiver nukleokapsidet. Hylstret består af to lipidlag, der er gennemsat med proteinmolekyler (lipoproteindobbeltlag), og kan indeholde materiale fra værtscellens membran såvel som materiale af viral oprindelse. Viruset får lipidmolekylerne fra cellemembranen under den virale knopskydningsproces. Virussen erstatter imidlertid proteinerne i cellemembranen med sine egne proteiner og skaber derved en hybridstruktur af lipider fra cellen og proteiner fra virussen. Mange vira udvikler også pigge af glykoprotein på deres hüller, som hjælper dem med at hæfte sig på specifikke celleoverflader.

• Nukleinsyre – Ligesom i cellerne koder nukleinsyren i hvert virus for den genetiske information til syntese af alle proteiner. Mens det dobbeltstrengede DNA er ansvarlig for dette i prokaryote og eukaryote celler, er det kun nogle få grupper af vira, der anvender DNA. De fleste vira beholder al deres genetiske information med det enkeltstrengede RNA. Der findes to typer RNA-baserede vira. Hos de fleste betegnes det genomiske RNA som en plusstreng, fordi det fungerer som messenger-RNA til direkte syntese (translation) af viralt protein. Nogle få har dog negative RNA-strenge. I disse tilfælde har virionen et enzym, kaldet RNA-afhængig RNA-polymerase (transkriptase), som først skal katalysere produktionen af komplementært messenger-RNA fra virionens genomiske RNA, før den virale proteinsyntese kan finde sted.

Influenzavirus (influenza) – Næst efter forkølelse er influenza eller “influenza” måske den mest kendte luftvejsinfektion i verden. Alene i USA får ca. 25-50 millioner mennesker influenza hvert år. Symptomerne på influenza ligner symptomerne på forkølelse, men har tendens til at være mere alvorlige. Feber, hovedpine, træthed, muskelsvaghed og -smerter, ondt i halsen, tør hoste og en løbende eller tilstoppet næse er almindelige og kan udvikle sig hurtigt. Gastrointestinale symptomer i forbindelse med influenza opleves undertiden af børn, men for de fleste voksne er sygdomme, der viser sig i form af diarré, kvalme og opkastninger, ikke forårsaget af influenzavirus, selv om de ofte fejlagtigt omtales som “maveinfluenza”. En række komplikationer, såsom begyndende bronkitis og lungebetændelse, kan også forekomme i forbindelse med influenza og er særligt almindelige blandt ældre, små børn og alle med et undertrykt immunsystem.

Den menneskelige immundefektvirus (HIV) – Den virus, der er ansvarlig for HIV, blev først isoleret i 1983 af Robert Gallo fra USA og den franske videnskabsmand Luc Montagnier. Siden da er der blevet udført en enorm mængde forskning med fokus på det sygdomsfremkaldende middel til AIDS, og man har lært meget om virusets struktur og dets typiske virkemåde. HIV er en af en gruppe af atypiske virus kaldet retrovirus, som bevarer deres genetiske information i form af ribonukleinsyre (RNA). Ved hjælp af et enzym kaldet omvendt transkriptase er HIV og andre retrovirus i stand til at fremstille desoxyribonukleinsyre (DNA) fra RNA, mens de fleste celler udfører den modsatte proces, idet de transskriberer DNA’s genetiske materiale til RNA. Enzymets aktivitet gør det muligt for HIV’s genetiske information at blive permanent integreret i en værtscelles genom (kromosomer).