Molekylära uttryck Cellbiologi: Virusstruktur

Virus är inte växter, djur eller bakterier, men de är de viktigaste parasiterna i de levande rikena. Även om de kan verka som levande organismer på grund av sin fantastiska reproduktionsförmåga är virus inte levande organismer i ordets strikta bemärkelse.

Och utan en värdcell kan virus inte utföra sina livsuppehållande funktioner eller reproducera sig. De kan inte syntetisera proteiner eftersom de saknar ribosomer och måste använda värdcellens ribosomer för att översätta viralt budbärar-RNA till virala proteiner. Virus kan inte generera eller lagra energi i form av adenosintrifosfat (ATP), utan måste hämta sin energi, och alla andra metaboliska funktioner, från värdcellen. De parasiterar också på cellen för att få grundläggande byggmaterial, t.ex. aminosyror, nukleotider och lipider (fetter). Även om virus har spekulerats som en form av protoliv, gör deras oförmåga att överleva utan levande organismer det högst osannolikt att de föregick celllivet under jordens tidiga utveckling. Vissa forskare spekulerar i att virus startade som okontrollerade segment av genetisk kod som anpassade sig till en parasitär tillvaro.

Alla virus innehåller nukleinsyra, antingen DNA eller RNA (men inte både och), och ett proteinhölje, som omsluter nukleinsyran. Vissa virus är också omslutna av ett hölje av fett- och proteinmolekyler. I sin infektiva form, utanför cellen, kallas en viruspartikel för en virion. Varje virion innehåller minst ett unikt protein som syntetiseras av specifika gener i dess nukleinsyra. Viroider (som betyder ”virusliknande”) är sjukdomsframkallande organismer som endast innehåller nukleinsyra och inte har några strukturella proteiner. Andra virusliknande partiklar som kallas prioner består huvudsakligen av ett protein som är tätt integrerat med en liten nukleinsyramolekyl.

Virus klassificeras i allmänhet efter de organismer de infekterar, djur, växter eller bakterier. Eftersom virus inte kan tränga igenom växternas cellväggar överförs praktiskt taget alla växtvirus av insekter eller andra organismer som äter växter. Vissa bakterievirus, t.ex. T4-bakteriofagen, har utvecklat en komplicerad infektionsprocess. Viruset har en ”svans” som det fäster vid bakterieytan med hjälp av proteinhaltiga ”stift”. Svansen drar ihop sig och svanspluggen penetrerar cellväggen och det underliggande membranet och injicerar virusets nukleinsyror i cellen. Virus klassificeras vidare i familjer och släkten utifrån tre strukturella överväganden: 1) typen och storleken på deras nukleinsyra, 2) kapsidens storlek och form och 3) om de har ett lipidhölje som omger nukleokapsiden (den kapsid som omsluter nukleinsyran).

Det finns huvudsakligen två typer av former som förekommer bland virus: stavar, eller filament, och sfärer. Stavformen beror på den linjära ordningen av nukleinsyran och de proteinunderenheter som utgör kapsiden. Sfärformen är i själva verket en 20-sidig polygon (icosaeder).

Virusens natur förstod man inte förrän på 1900-talet, men deras effekter hade observerats i århundraden. Den brittiske läkaren Edward Jenner upptäckte till och med principen om vaccinering i slutet av 1700-talet, efter att han observerat att människor som drabbats av den milda sjukdomen koskoppor i allmänhet var immuna mot den dödligare sjukdomen smittkoppor. I slutet av 1800-talet visste forskarna att något agens orsakade en sjukdom hos tobaksplantor, men att det inte växte på ett konstgjort medium (som bakterier) och att det var för litet för att kunna ses i ett ljusmikroskop. Framsteg inom levande cellodling och mikroskopi under 1900-talet gjorde det möjligt för forskarna att identifiera virus. Framsteg inom genetiken förbättrade identifieringsprocessen dramatiskt.

• Kapsid – Kapsiden är det proteinhölje som omsluter nukleinsyran; med sin inneslutna nukleinsyra kallas den för nukleokapsid. Detta skal består av protein som är organiserat i underenheter som kallas capsomerer. De är nära knutna till nukleinsyran och återspeglar dess konfiguration, antingen en stavformad spiral eller en polygonformad sfär. Kapsiden har tre funktioner: 1) den skyddar nukleinsyran från att smältas av enzymer, 2) den innehåller särskilda platser på sin yta som gör det möjligt för virjonen att fästa vid en värdcell, och 3) den tillhandahåller proteiner som gör det möjligt för virjonen att tränga igenom värdcellens membran och, i vissa fall, att injicera den infektiösa nukleinsyran i cellens cytoplasma. Under rätt förhållanden kommer viralt RNA i en flytande suspension av proteinmolekyler att själv bygga upp ett kapsid för att bli ett funktionellt och smittsamt virus.

• Hölje – Många typer av virus har ett glykoproteinhölje som omger nukleokapsiden. Höljet består av två lipidskikt varvat med proteinmolekyler (lipoproteinbilager) och kan innehålla material från värdcellens membran såväl som material av viralt ursprung. Viruset får lipidmolekylerna från cellmembranet under den virala knoppningsprocessen. Viruset ersätter dock proteinerna i cellmembranet med sina egna proteiner, vilket skapar en hybridstruktur av lipider från cellen och proteiner från viruset. Många virus utvecklar också spikar av glykoprotein på sina höljen som hjälper dem att fästa vid specifika cellytor.

• Nukleinsyra – Precis som i cellerna kodar nukleinsyran i varje virus för den genetiska informationen för syntesen av alla proteiner. Medan det dubbelsträngade DNA är ansvarigt för detta i prokaryotade och eukaryotade celler är det bara några få grupper av virus som använder DNA. De flesta virus behåller all sin genetiska information med det enkelsträngade RNA. Det finns två typer av RNA-baserade virus. I de flesta kallas det genomiska RNA för en plussträng eftersom det fungerar som budbärar-RNA för direkt syntes (translation) av virusprotein. Några få har dock negativa RNA-strängar. I dessa fall har virionen ett enzym, kallat RNA-beroende RNA-polymeras (transkriptas), som först måste katalysera produktionen av komplementärt budbärar-RNA från virionens genomiska RNA innan viralproteinsyntesen kan ske.

Influensaviruset (influensa) – Näst efter förkylning är influensa eller ”influensa” kanske den mest kända luftvägsinfektionen i världen. Bara i USA insjuknar cirka 25-50 miljoner människor i influensa varje år. Symptomen på influensa liknar dem på förkylning, men tenderar att vara allvarligare. Feber, huvudvärk, trötthet, muskelsvaghet och muskelsmärta, halsont, torrhosta och en rinnande eller täppt näsa är vanliga och kan utvecklas snabbt. Gastrointestinala symtom i samband med influensa upplevs ibland av barn, men för de flesta vuxna orsakas inte sjukdomar som yttrar sig i diarré, illamående och kräkningar av influensaviruset, även om de ofta felaktigt kallas för ”maginfluensa”. Ett antal komplikationer, som till exempel bronkit och lunginflammation, kan också uppstå i samband med influensa och är särskilt vanliga bland äldre, små barn och alla med nedsatt immunförsvar.

Humant immunbristvirus (hiv) – Viruset som är ansvarigt för hiv isolerades för första gången 1983 av Robert Gallo från USA och den franske forskaren Luc Montagnier. Sedan dess har det bedrivits en enorm mängd forskning med fokus på det orsakande agenset till aids och man har lärt sig mycket om virusets struktur och dess typiska handlingsförlopp. Hiv tillhör en grupp atypiska virus som kallas retrovirus och som behåller sin genetiska information i form av ribonukleinsyra (RNA). Med hjälp av ett enzym som kallas omvänt transkriptas kan hiv och andra retrovirus producera desoxyribonukleinsyra (DNA) från RNA, medan de flesta celler utför den motsatta processen, genom att transkribera DNA:s genetiska material till RNA. Genom enzymets aktivitet kan hiv:s genetiska information integreras permanent i arvsmassan (kromosomerna) i en värdcell.