VIROLOGIE: GESCHIEDENIS, WAT HET BESTUDEERT, SOORTEN VIRUSSEN, VOORBEELDEN - BIOLOGIE - 2025

De virologie is de tak van de biologie die de oorsprong, evolutie, classificatie, pathologie en biomedische en biotechnologische toepassingen van virussen bestudeert. Virussen zijn kleine deeltjes, 0,01–1 µm, waarvan de genetische informatie uitsluitend bestemd is voor hun eigen replicatie.

De genen van virussen worden gedecodeerd door de moleculaire machinerie van de geïnfecteerde cel voor vermenigvuldiging. Daarom zijn virussen obligate intracellulaire parasieten die afhankelijk zijn van de metabolische functies van levende cellen.

Bron: Photo Credit: Cynthia Goldsmith Contentprovider (s): CDC / Dr. Erskine. L. Palmer; Dr. ML Martin

Het meest voorkomende genetische materiaal op aarde komt overeen met dat van virussen. Ze infecteren andere virussen en alle levende wezens. Immuunsystemen verdedigen niet altijd met succes tegen virussen: enkele van de meest verwoestende ziekten bij mens en dier worden veroorzaakt door virussen.

Virale ziekten bij de mens zijn onder meer gele koorts, polio, influenza, aids, pokken en mazelen. Virussen zijn betrokken bij ongeveer 20% van de menselijke kankers. Elk jaar doden virale luchtweg- en darminfecties miljoenen kinderen in ontwikkelingslanden.

Sommige virussen zijn nuttig voor het typeren van bacteriën, als bronnen van enzymen, voor ongediertebestrijding, als antibacteriële middelen, voor het bestrijden van kanker en als genvectoren.

Geschiedenis

Eind 19e eeuw bepaalden Martinus Beijerinck en Dmitri Ivanovski onafhankelijk van elkaar dat bacterievrije filtraten van zieke tabaksplanten een middel bevatten dat in staat is om gezonde planten te infecteren. Beijerinck noemde dit middel contagium vivum fluidum.

We weten nu dat de Beijerinck- en Ivanovski-filtraten het tabakmozaïekvirus bevatten. Eveneens in de 19e eeuw concludeerden Friedrich Loeffler en Paul Frosch dat MKZ bij runderen wordt veroorzaakt door een niet-bacterieel agens.

In het eerste decennium van de 20e eeuw toonden Vilhelm Ellerman en Olaf Bang de overdracht van leukemie bij kippen aan met behulp van celvrije filtraten. Deze experimenten lieten zien dat er dierlijke virussen zijn die kanker kunnen veroorzaken.

In het tweede decennium van de 20e eeuw observeerde Frederick Twort de lysis van microkokken op agarplaten waarin hij probeerde het pokkenvirus te laten groeien, ervan uitgaande dat deze lysis was veroorzaakt door een virus of door enzymen van bacteriën. Felix d'Hérelle ontdekte van zijn kant dat de bacillen die dysenterie veroorzaken, werden gelyseerd door virussen die hij bacteriofagen noemde.

In 1960 ontving Peter Medawar de Nobelprijs voor de ontdekking dat virussen genetisch materiaal (DNA of RNA) bevatten.

Typen virussen

Virussen worden geclassificeerd op basis van de kenmerken die ze bezitten. Dit zijn de morfologie, het genoom en de interactie met de gastheer.

De classificatie op basis van de interactie van het virus met de gastheer is gebaseerd op vier criteria: 1) productie van een infectieus nageslacht; 2) of het virus de gastheer doodt of niet; 3) als er klinische symptomen zijn; 4) duur van infectie.

Het immuunsysteem speelt een belangrijke rol bij de interactie tussen virus en gastheer, omdat het het verloop van de infectie bepaalt. De infectie kan dus acuut en subklinisch zijn (het virus wordt uit het lichaam verwijderd), of aanhoudend en chronisch (het virus wordt niet uit het lichaam verwijderd).

Classificatie op basis van genoomverschillen (Baltimore-systeem) en taxonomische classificatie, die rekening houdt met alle kenmerken van virussen, zijn de systemen die tegenwoordig het meest worden gebruikt om virussen te catalogiseren.

Classificatie op basis van morfologie

Om deze classificatie te begrijpen, is het nodig om de onderdelen van een virus te kennen. Virussen bestaan ​​uit een genoom en capside, en kunnen al dan niet een envelop hebben. Het genoom kan DNA of RNA zijn, enkelstrengs of dubbelstrengs, lineair of circulair.

De capside is een complexe structuur die bestaat uit veel identieke virale eiwitsubeenheden, capsomeren genaamd. De belangrijkste functie is om het genoom te beschermen. Het dient ook om de gastheercel te herkennen en eraan te binden, en om het transport van het genoom naar de cel te verzekeren.

De envelop is het membraan dat is samengesteld uit lipiden en glycoproteïnen dat het capside omgeeft. Het is afgeleid van de gastheercel. Het varieert aanzienlijk in grootte, morfologie en complexiteit. De aan- of afwezigheid van enveloppen dient als criterium voor virusclassificatie.

Er worden drie categorieën niet-omhulde virussen onderscheiden: 1) isometrisch, ongeveer bolvormig (icosaëders of icosadeltahedrons); 2) filamenteus, met een eenvoudige helixvorm; 3) complex, zonder de voorgaande vormen. Sommige virussen, zoals bacteriofaag T2, combineren de isometrische en filamenteuze vormen.

Als het virus is omhuld, kan het ook worden toegewezen aan morfologische categorieën op basis van de kenmerken van de nucleocapside in het membraan.

Genoom-gebaseerde classificatie: Baltimore-systeem

Deze classificatie, voorgesteld door David Baltimore, beschouwt de aard van het virusgenoom in termen van het mechanisme dat het gebruikt om nucleïnezuur te repliceren en boodschapper-RNA (mRNA) te transcriberen voor eiwitbiosynthese.

In het Baltimore-systeem worden virussen waarvan het RNA-genoom dezelfde betekenis heeft als het mRNA virussen met positieve sense RNA (+) genoemd, terwijl virussen waarvan het genoom de tegenovergestelde betekenis (complementair) aan het mRNA heeft, virussen worden genoemd met Negatief sense RNA (-). Dubbelstrengs genoomvirussen kunnen beide kanten op.

Een nadeel van deze classificatie is dat virussen met vergelijkbare replicatiemechanismen niet noodzakelijk andere kenmerken delen.

Baltimore-systeemklassen

Klasse I. Virus met een dubbelstrengs DNA-genoom. Transcriptie vergelijkbaar met die van de gastheercel.

Klasse II. Virussen met een enkelstrengs DNA-genoom. DNA kan een (+) en (-) polariteit hebben. Geconverteerd naar dubbelstrengs voorafgaand aan mRNA-synthese.

Klasse III. Virussen met een dubbelstrengs RNA-genoom (dsRNA). Met gesegmenteerd genoom en mRNA gesynthetiseerd uit elk segment van het DNA-sjabloon. Enzymen die deelnemen aan transcriptie gecodeerd door het virusgenoom.

Klasse IV. Virussen met enkelstrengs RNA-genoom (ssRNA), polariteit (+). Synthese van mRNA voorafgegaan door synthese van de complementaire streng. Transcriptie is vergelijkbaar met die van klasse 3.

Klasse V. Virus met ssRNA-genoom van de tegenovergestelde zin aan dat van de sense mRNA (-). Synthese van mRNA waarvoor virusgecodeerde enzymen nodig zijn. De productie van nieuwe generaties van het virus vereist de synthese van intermediair dsRNA.

Klasse VI. Virus met ssRNA-genoom dat intermediair dsDNA produceert vóór replicatie. Het gebruikt enzymen die het virus draagt.

Klasse VII. Virussen die hun dsDNA repliceren via een tussenliggend ssRNA.

Taxonomische classificatie

Het International Committee on Taxonomy of Viruses heeft een taxonomisch schema opgesteld om virussen te classificeren. Dit systeem maakt gebruik van de onderverdelingen volgorde, gezin, onderfamilie en geslacht. Er is nog discussie over de toepassing van het soortconcept op virussen.

De criteria die worden gebruikt voor taxonomische classificatie zijn gastheerbereik, morfologische kenmerken en de aard van het genoom. Daarnaast worden andere criteria in overweging genomen, zoals de lengte van de faagstaart (virus dat bacteriën infecteert), de aan- of afwezigheid van bepaalde genen in de genomen en de fylogenetische relaties tussen virussen.

Een voorbeeld van deze classificatie is: bestel Mononegavirales; familie Paramyxoviridae; Paramyxovirinae-subfamilie, genus Morbillivirus; soort, mazelenvirus.

De namen van families, onderfamilies en geslachten zijn geïnspireerd op de plaats van herkomst, de gastheer of de symptomen van de ziekte die het virus veroorzaakt. De Ebola-rivier in Zaïre geeft bijvoorbeeld de naam aan het geslacht Ebola; het tabaksmozaïek dankt zijn naam aan het geslacht Tomabovirus.

Veel namen van virusgroepen zijn woorden van Latijnse of Griekse oorsprong. Podoviridae is bijvoorbeeld afgeleid van het Griekse podos, wat voet betekent. Deze naam verwijst naar fagen met een korte staart.

Voorbeelden van virussen

Griepvirus

Ze infecteren vogels en zoogdieren. Ze hebben verschillende morfologie, met envelop. Enkelstrengs RNA-genoom. Ze behoren tot klasse V van Baltimore en tot de familie Orthomyxoviridae.

Influenzavirussen behoren tot deze familie. De meeste gevallen van influenza worden veroorzaakt door influenza A-virussen. Uitbraken veroorzaakt door influenza B-virussen komen elke 2 à 3 jaar voor. Die geproduceerd door influenza C-virussen komen minder vaak voor.

Het influenza A-virus heeft vier pandemieën veroorzaakt: 1) de Spaanse griep (1918-1919), een subtype van het H1N1-virus van onbekende oorsprong; 2) Aziatische griep (1957-1958), H2N2-subtype, van vogeloorsprong; 3) Hong Kong griep (1968-1969), subtype H3N3, van aviaire oorsprong; 4) varkensgriep (2009–2010), subtype H1N1, van varkensoorsprong.

De meest verwoestende pandemie die bekend was, werd veroorzaakt door de Spaanse griep. Er kwamen meer mensen om het leven dan tijdens de Eerste Wereldoorlog.

De letters H en N komen van respectievelijk de membraanglycoproteïnen hemagglutinine en neuraminidase. Deze glycoproteïnen zijn aanwezig in een grote verscheidenheid aan antigene vormen en zijn betrokken bij nieuwe varianten.

Retrovirus

Ze infecteren zoogdieren, vogels en andere gewervelde dieren. Sferische morfologie, met envelop. Enkelstrengs RNA-genoom. Ze behoren tot de Baltimore klasse VI en de familie Retroviridae.

Het humaan immunodeficiëntievirus (HIV), genus Lentivirus, behoort tot deze familie. Dit virus veroorzaakt schade aan het immuunsysteem van de besmette persoon, waardoor het vatbaarder wordt voor infectie door bacteriën, virussen, schimmels en protozoa. De ziekte die door hiv wordt veroorzaakt, staat bekend als het verworven immunodeficiëntiesyndroom (AIDS).

Andere geslachten die tot Retroviridae behoren, veroorzaken ook ernstige ziekten. Bijvoorbeeld: Spumavirus (simian fluffy virus); Epsilonretrovirus (Walleye dermaal sarcoomvirus); Gammaretrovirus (muizenleukemievirus, kattenleukemievirus); Betaretrovirus (muizenborsttumorvirus); en Alpharetrovirus (Rous-sarcoomvirus).

Herpes-virus

Het infecteert koudbloedige zoogdieren, vogels en gewervelde dieren. Morfologie van het virus: icosahedrale capsule, met envelop. Dubbelstrengs DNA-genoom. Ze behoren tot klasse I van Baltimore en tot de herpesvirale orde.

Enkele leden zijn: Herpes simplex virus 2 (veroorzaakt genitale herpes); humaan cytomegalovirus (veroorzaakt geboorteafwijkingen); Herpesvirus KaposiB ^™ s sarcoom (veroorzaakt Kaposi sarcoom); EpsteinBƂBarr-virus of EBV (veroorzaakt klierkoorts en tumoren).

Virussen die polio en andere gerelateerde virussen veroorzaken

Het infecteert zoogdieren en vogels. Morfologie van het virus: isometrisch of icosahedraal. Enkelstrengs RNA-genoom. Ze behoren tot de Baltimore klasse IV en de familie Picornaviridae.

Enkele geslachten van deze familie zijn: Hepatovirus (veroorzaakt hepatitis A); Enterovirus (veroorzaakt poliomyelitis); Aphthovirus (veroorzaakt mond- en klauwzeer).

Virussen die hondsdolheid en verwante virussen veroorzaken

Ze infecteren zoogdieren, vissen, insecten en planten. Spiraalvormige morfologie, met envelop. Enkelstrengs RNA-genoom. Ze behoren tot klasse V van Baltimore en tot de familie Rhabdoviridae.

De virussen die ziekten veroorzaken zoals hondsdolheid, veroorzaakt door het geslacht Lyssavirus, behoren tot deze familie; vesiculaire stomatitis, veroorzaakt door het geslacht Vesiculovirus; en de gele dwergaardappel, veroorzaakt door het geslacht Novirirhabdovirus.

Virus dat besmettelijk erytheem veroorzaakt

Het infecteert zoogdieren, vogels en insecten. Symmetrische icosaëdrische morfologie. Enkelstrengs DNA-genoom. Ze behoren tot klasse II van Baltimore en tot de familie Parvoviridae.

Een lid van deze familie is het B19-virus, behorend tot het geslacht Erithrovirus, dat bij mensen infectueus erythrema veroorzaakt, dat gewoonlijk geen symptomen veroorzaakt. Het B19-virus infecteert de voorlopercellen van rode bloedcellen.

Sommige leden van Parvoviridae worden gebruikt als genvectoren.

Virusapplicaties

Virussen kunnen ten behoeve van de mens worden gebruikt door recombinante virussen te construeren. Ze hebben een genoom dat is gemodificeerd door moleculaire biologietechnieken.

Recombinante virussen zijn potentieel nuttig voor gentherapie, waarvan het doel is om specifieke ziekten te genezen, of de productie van vaccins.

HIV is gebruikt om genvectoren (lentivirale vectoren) voor gentherapie te construeren. Deze vectoren bleken efficiënt te zijn in diermodellen van retinale pigmentepitheelziekte, zoals retinitis pigmentosa veroorzaakt door autosomaal recessieve overerving of mutaties.

Virussen die als vaccinvectoren worden gebruikt, zouden een laag pathogeen potentieel moeten hebben. Dit wordt geverifieerd met diermodellen. Dit is het geval met vaccins die zijn ontwikkeld of in ontwikkeling zijn tegen pokkenvirussen, vesiculaire stomatitis en ebola.

Referenties

1. Carter, JB, Saunders, VA 2013. Virologie: principes en toepassingen. Wiley, Chichester.
2. Dimmock, NJ, Easton, AJ, Leppard, KN 2007. Inleiding tot moderne virologie. Blackwell Malden.
3. Flint, J., Racaniello, VR, Rall, GF, Skalka, AM, Enquist, LW 2015. Principes van virologie. American Society for Microbiology, Washington.
4. Hull, R. 2009. Vergelijkende plantenvirologie. Elsevier, Amsterdam.
5. Louten, J. 2016. Essentiële menselijke virologie. Elsevier, Amsterdam.
6. Richman, DD, Whitley, RJ, Hayden, FG 2017. Klinische virologie. American Society for Microbiology, Washington.
7. Voevodin, AF, Marx, PA, Jr. 2009. Simian virologie. Wiley-Blackwell, Ames.
8. Wagner, EK, Hewlett, MJ, Bloom, DC, Camerini, D. 2008. Basisvirologie. Blackwell Malden.