Virale morfologie
Virussen van alle vormen en maten bestaan uit een kern van nucleïnezuur, een buitenste eiwitlaag of capsid, en soms een buitenste enveloppe.
Leerdoelen
Beschrijf de relatie tussen het virale genoom, de capsid en de envelop
Key Takeaways
Key Points
- Virussen worden op basis van hun vorm in vier groepen ingedeeld: filamenteus, isometrisch (of icosahed), omhuld, en kop en staart.
- Veel virussen hechten zich aan hun gastheercellen om de penetratie van het celmembraan te vergemakkelijken, waardoor hun replicatie binnen de cel mogelijk wordt.
- Niet-omhulde virussen kunnen beter bestand zijn tegen veranderingen in temperatuur, pH, en sommige ontsmettingsmiddelen dan omhulde virussen.
- De viruskern bevat het kleine enkel- of dubbelstrengs genoom dat codeert voor de eiwitten die het virus niet uit de gastheercel kan krijgen.
Key Terms
- capsid: het buitenste eiwitomhulsel van een virus
- envelope: een omhullende structuur of bedekking, zoals een membraan
- filamenteus: de vorm hebbend van draden of filamenten
- isometrisch: Van, of zijnde een meetkundig stelsel van drie gelijke assen die loodrecht op elkaar liggen (vooral in de kristallografie)
Virale Morfologie
Virussen zijn acellulair, dat wil zeggen dat het biologische entiteiten zijn die geen cellulaire structuur hebben. Daarom missen zij de meeste celbestanddelen, zoals organellen, ribosomen en het plasmamembraan. Een virion bestaat uit een kern van nucleïnezuur, een buitenste eiwitlaag of capsid, en soms een buitenste enveloppe die bestaat uit eiwit- en fosfolipidemembranen afkomstig van de gastheercel. Het capsid is opgebouwd uit eiwitsubeenheden die capsomeren worden genoemd. Virussen kunnen ook andere eiwitten bevatten, zoals enzymen. Het duidelijkste verschil tussen de leden van virale families is hun morfologie, die nogal uiteenloopt. Een interessant kenmerk van de complexiteit van virussen is dat de complexiteit van de gastheer en die van de virionen niet gecorreleerd zijn. Enkele van de meest ingewikkelde virionstructuren worden waargenomen bij bacteriofagen, virussen die de eenvoudigste levende organismen infecteren: bacteriën.
Morfologie
Virussen komen voor in vele vormen en maten, maar deze zijn consistent en verschillend voor elke virale familie. In het algemeen worden de vormen van virussen in vier groepen ingedeeld: filamenteus, isometrisch (of icosahedraal), omhuld, en kop en staart. Draadvormige virussen zijn lang en cilindrisch. Veel plantenvirussen zijn filamenteus, waaronder TMV (tabaksmozaïekvirus). Isometrische virussen hebben een ruwe bolvorm, zoals poliovirus of herpesvirussen. Enveloppevirussen hebben membranen die capsiden omgeven. Dierlijke virussen, zoals HIV, zijn vaak omhuld. Kop- en staartvirussen infecteren bacteriën. Zij hebben een kop die lijkt op icosahedrale virussen en een staartvorm als filamenteuze virussen.
Veel virussen gebruiken een soort glycoproteïne om zich aan hun gastheercellen te hechten via moleculen op de cel die virale receptoren worden genoemd. Voor deze virussen is aanhechting een vereiste om later het celmembraan binnen te dringen, zodat zij hun replicatie in de cel kunnen voltooien. De receptoren die virussen gebruiken zijn moleculen die zich normaal op celoppervlakken bevinden en hun eigen fysiologische functies hebben. Virussen zijn eenvoudigweg geëvolueerd om van deze moleculen gebruik te maken voor hun eigen replicatie.
Voorbeeld van een virus dat zich aan zijn gastheercel hecht: Het KSHV-virus bindt zich aan de xCT-receptor op het oppervlak van menselijke cellen. Deze hechting maakt latere penetratie van het celmembraan en replicatie in de cel mogelijk.
Over het geheel genomen zeggen de vorm van het virion en de aan- of afwezigheid van een omhulsel ons weinig over welke ziekte het virus kan veroorzaken of welke diersoort het kan infecteren, maar het zijn nog steeds nuttige middelen om een virale classificatie te beginnen. Tot de meest complexe virionen die bekend zijn, behoort de T4 bacteriofaag, die de Escherichia coli bacterie infecteert, met een staartstructuur die het virus gebruikt om zich aan gastcellen te hechten en een kopstructuur waarin het DNA is opgeslagen. Adenovirus, een niet-ontwikkeld dierlijk virus dat ademhalingsziekten bij de mens veroorzaakt, gebruikt glycoproteïne-pieken die uit zijn capsomeren steken om zich aan gastheercellen te hechten. Tot de niet-ontwikkelde virussen behoren ook de virussen die polio (poliovirus), wratten (papillomavirus) en hepatitis A (hepatitis A-virus) veroorzaken.
Voorbeelden van virusvormen: Virussen kunnen zowel complex van vorm als relatief eenvoudig zijn. Deze figuur toont drie relatief complexe virussen: de bacteriofaag T4, met zijn DNA-bevattende kopgroep en staartvezels die zich aan gastcellen hechten; adenovirus, dat pieken van zijn capside gebruikt om zich aan gastcellen te binden; en HIV, dat glycoproteïnen gebruikt die in zijn omhulsel zijn ingebed om zich aan gastcellen te binden.
Gewikkelde virionen zoals HIV bestaan uit nucleïnezuur en capside-eiwitten, omgeven door een fosfolipide bilaagomhulsel en de bijbehorende eiwitten. Glycoproteïnen in het viraal omhulsel worden gebruikt om zich aan gastheercellen te hechten. Andere eiwitten in het omhulsel zijn de matrixeiwitten die het omhulsel stabiliseren en vaak een rol spelen bij de assemblage van nageslachtige virionen. Waterpokken, influenza en de bof zijn voorbeelden van ziekten die door virussen met een omhulsel worden veroorzaakt. Vanwege de kwetsbaarheid van het omhulsel zijn niet-omhulde virussen beter bestand tegen veranderingen in temperatuur, pH en sommige desinfecterende middelen dan omhulde virussen.
Typen nucleïnezuur
In tegenstelling tot bijna alle levende organismen die DNA als hun genetisch materiaal gebruiken, kunnen virussen zowel DNA als RNA gebruiken. De viruskern bevat het genoom of de totale genetische inhoud van het virus. Virale genomen zijn meestal klein en bevatten alleen de genen die coderen voor eiwitten die het virus niet van de gastheercel kan verkrijgen. Dit genetisch materiaal kan enkelstrengs of dubbelstrengs zijn. Het kan ook lineair of circulair zijn. Terwijl de meeste virussen een enkel nucleïnezuur bevatten, hebben andere virussen een genoom met meerdere, segmenten genaamd.
In DNA-virussen stuurt het virale DNA de replicatie-eiwitten van de gastheercel om nieuwe kopieën van het virale genoom te synthetiseren en dat genoom te transcriberen en te vertalen in virale eiwitten. DNA-virussen veroorzaken ziekten bij de mens, zoals waterpokken, hepatitis B, en sommige geslachtsziekten, zoals herpes en genitale wratten.
RNA-virussen bevatten alleen RNA als hun genetisch materiaal. Om hun genoom in de gastheercel te repliceren coderen de RNA-virussen enzymen die RNA in DNA kunnen repliceren, wat niet door de gastheercel kan worden gedaan. Deze RNA-polymerase-enzymen maken eerder kopieerfouten dan DNA-polymerasen en maken daarom vaak fouten tijdens de transcriptie. Om deze reden komen mutaties bij RNA-virussen vaker voor dan bij DNA-virussen. Hierdoor veranderen ze en passen ze zich sneller aan hun gastheer aan. Door RNA-virussen veroorzaakte ziekten bij de mens zijn onder meer hepatitis C, mazelen en hondsdolheid.