EVOLUTIE EN BIODIVERSITEIT DEELTENTAMEN
2
H26, H27, H28, H25, H31, H32, H33, H34,
H56
VIRUSSEN EN PROKARYOTEN
H26 – Introduction to Viruses
Micro-organismen: organismen die microscopisch klein en eencellig kunnen zijn.
Groepen micro-organismen:
- Bacteria
- Archaea
- Schimmels
- Overige eukaryote micro-organismen – protsten. Hieronder vallen o.a. de algen, kiezelwieren,
protozoa, slijmzwammen, etc.
Virus = een besmetelijk deeltje dat bestaat uit iets meer dan alleen genen die verpakt zijn in een eiwitmantel.
Om te kunnen reproduceren en repliceren zijn virussen afankelijk van andere cellen, het zijn dus geen
organismen, want ze kunnen niet op zichzelf leven. Ze hebben een borrowed life = ze hebben andere
organismen (gastheer) nodig om te kunnen leven.
Virologie (de studie van virussen) is onderdeel van de microbiologie.
Eigenschappen van een virus:
- Klein (20 nm in diameter, dus kleiner dan een ribosoom).
- Ze bevaten erfelijk materiaal.
- Virussen delen niet.
- Ze missen de machinerie voor eiwitranslate.
- Ze synthetseren niet de ATP die nodig is voor replicate.
- Virussen zijn afankelijk van gastheercellen voor reproducte.
Basisonderdelen van een virus benoemen
Structuur van virussen:
1. Virale genoom: erfelijk materiaal: dsDNA, ssDNA, dsRNA, ssRNA (ds = dubbelstrengs, ss =
enkelstrengs).
2. De eiwitmantel die het virale genoom omsluit = capside en bestaat uit capsomeren (eiwiteenheden).
Afankelijk van het virus kan het staafvormig, veelvlakkig of nog compleeer van vorm zijn.
Staafvormige virussen worden vaak spiraalvormige virussen genoemd. Hun capside is namelijk
gemaakt van meer dan 1.000 moleculen van hetzelfde eiwit die zijn gerangschikt ineen spiraalvorm.
Adenovirussen hebben 252 identeke eiwitmoleculen die gerangschikt zijn in een veelvlakkig capside
met 20 driehoekige faceten = icosahedron, en daarom worden het ook wel icosahedral virussen
genoemd.
3. Sommige virussen hebben een structuur wat ze helpt om hun gastheercellen te infecteren,
bijvoorbeeld een membraanenvelop = viraal envelop. Deze envelop is afgeleid van de membranen van
de gastheercel en bevat de fosfolipiden en membraaneiwiten van de gastheercel, maar ook de
eiwiten en glycoproteïnen van het virus. Glycoproteïnen = eiwiten met koolhydraten die covalent
eraan vastziten.
Bacteriofagen (fagen) = een virus wat een bacterie besmet. Dit virus heef de meest complee capside. De
capsiden van de 7 typen E. coli hebben een verlengde icosahedraal hoofd die het DNA omsluit. Aan het hoofd is
een stuk eiwitstaart met vezels die ervoor zorgt dat de bacteriofaag vast kan gaan ziten aan een bacteriecel.
Uitleggen wat een host range van een virus is
Virussen missen metabolische enzymen en benodigdheden om eiwiten te maken, zoals ribosomen. Ze kunnen
alleen repliceren in een gastheercel; het zijn obligate intracellulaire parasieten. Elk virus kan alleen bepaalde
gastheercellen infecteren = host range. De eiwiten die aan de buitenkant van het virus ziten binden dan aan
1
,de eiwiten (receptoren) van de gastheercellen. Ze identiceren de gastheercel door een ‘slot-en-sleutel’ it
tussen de eiwiten op het virus en de speciieke receptoren op de gastheercel. Daarnaast is de virale infecte
van multcellulaire eukaryoten beperkt tot speciie ke weefsels.
De stappen van een algemene replicate cyclus van een virus aangeven
Versimpelde viraal replicate cyclus:
1. Het virus dringt de cel binnen en is ontmanteld waardoor het viraal DNA en capside
eiwiten vrijlaat in de gastheercel.
2. De gastheercelenzymen repliceren het viraal genoom.
3. Ondertussen transcriberen de gastheercelenzymen het viraal genoom in viraal mRNA, die
de ribosomen van de gastheercel gebruiken om capside eiwiten van te maken.’
4. Het virale genoom en de capside eiwiten assembleren zelf tot nieuwe viruspartkels die de
gastheercel verlaten.
Een virus maakt gebruikt van enzymen, tRNA’s, ribosomen en aminozuren om
viruseiwiten te maken om het virusgenoom te repliceren. Het virale genoom en de
capsomeer eiwiten assembleren spontaan tot viruspartkels.
Veel DNA-virussen gebruiken DNA-polymerase van de gastheercel om nieuwe genomen te synthetseren langs
de template strengen door viraal DNA. Maar om hun genoom te repliceren gebruiken RNA-virussen viraal
coderend RNA-polymerase die RNA kan gebruiken als template.
De lysogene en lytsche cyclus van een virus aangeven
Bij bacteriofagen zijn er 2 soorten replicatemechanismen: de lytsche en de lysogene cyclus.
Lytische cyclus: het hoogte punt is de dood van de gastheercel in het laatste stadium van de infecte. Tijdens dit
laatste stadium lyseert de bacterie (het breekt open) en laat alle bacteriofagen vrij die werden geproduceerd in
de cel. Een faag die alleen repliceert via de lytsche cyclus is een kwaadaardige faag/virulente faag (bijv. een T4
faag).
1. Hechting: de T4 faag gebruikt zijn staartvezels om te binden aan speciieke oppervlakreceptoren van
een E. coli cel.
2. Binnenkomst van het DNA van de faag en vermindering van het DNA van de cel: de staart van de
faag injecteert het DNA van de faag in de cel. Wat erover blijf is een lege capside aan de buitenkant.
Het DNA van de cel wordt gehydrolyseerd, zodat alleen het viraal DNA wordt gerepliceerd.
3. Synthese van viraal genoom en virale eiwiten: het DNA van de faag leidt de producte van virale
eiwiten en kopieën van het viraal genoom door de enzymen van de gastheercel en van het virus.
Hierbij maakt het virus gebruik van de organellen in de cel.
4. Zelf-assemblage: 3 aparte sets van de zelf-assemblage van eiwiten om het hoofd, de staart en de
staartvezels te vormen. Het genoom van de faag is verpakt in de capside wanneer het hoofd wordt
gevormd.
5. Vrijlating: de faag leidt de producte van een enzym die de celwand van de bacterie beschadigt,
waardoor vloeistof de cel in kan komen. De cel zwelt op en uiteindelijk barst het uit, waarbij er 100 tot
200 faagpartkels vrijkomen.
2
,Lysogene cyclus: in plaats van het lyseren van de gastheercel, zijn er ook veel fagen die tegelijkertjd leven met
de gastheercel. Deze situate wordt lysogenie genoemd. De lysogene cyclus maakt het mogelijk dat replicate
van het genoom van de faag plaats kan vinden zonder dat de gastheercel wordt vernietgd. agen die in staat
zijn om beide manieren van replicate in een bacterie te gebruiken heten temperate fagen (ze worden lambda,
λ , genoemd).
1. De faag gaat vastziten aan de gastheercel en injecteert het viraal DNA erin.
2. Het DNA van de faag gaat circuleren.
3. Een viraal eiwit knipt het viraal DNA én het DNA van de gastheercel en brengt ze samen profaag.
4. De bacterie reproduceert op normale wijze. Het kopieert de profaag en draagt dit over aan zijn
dochtercellen.
5. Veel celdelingen produceren een grote populate van een geïnfecteerde bacterie met de profaag.
Soms gaat de profaag ook weleens uit de gastheercel lytsche cyclus. Dit gebeurt wanneer het λ genoom
wordt geïnduceerd om de bacteriecel te verlaten en zo de lytsche cyclus te initëren. Meestal zet een
omgevingssignaal, zoals een bepaalde chemische bestraling, de omschakeling van lysogeen naar lytsch op
gang.
Bacteriën verdedigen zich ook tegen fagen:
1. Natuurlijke selecte zorgt ervoor dat alleen de bacteriële mutanten die oppervlakeiwiten hebben die
niet langer worden herkend als receptoren door een bepaalde faag overblijven.
2. Wanneer viraal DNA toch de bacterie binnendringt, wordt het DNA vaak geïdenticeerd als vreemd
DNA. Cellulaire enzymen knippen dit DNA waardoor het niet meer functoneel is. De enzymen die dit
doen zijn restrictie-ennymen. Het eigen DNA van de cel is gemethyleerd wat voorkomt dat het wordt
afgebroken door de eigen restricte-enzymen.
3. CRISPR-Cas systeem
CRISPR = clustered regularly interspaced short palindromic repeats. In de genomen van veel
prokaryoten waren er veel herhalende DNA-sequentes aanwezig. Deze sequentes werden CRISPR
genoemd, omdat je elke sequente hetzelfde las van links naar rechts, als van rechts naar links (=
palindroom). Ze hadden elk alleen andere stukken spacer DNA tussen de herhalingen. Deze
sequentes komen overeen met DNA van speciieke fagen die de cel hadden geïnfecteerd. Verder is
gebleken dat speciieke nuclease eiwiten interacteren met het CRISPR-regio, dit zijn de Cas-eiwiten.
Ze identiceren en breken viraal DNA af en verdedigen zich op deze manier tegen een faaginfecte.
CRISPR-Cas systeem
1. Infecte door een faag zet transcripte op gang van het CRISPR-regio van het bacterieel DNA. Deze
regio bestaat uit DNA van fagen die eerder de cel hebben geïnfecteerd. Het DNA wordt gescheiden
door repeats.
2. Het RNA-transcript is verwerkt in korte RNA-strengen. RNA is hier complementair aan het DNA van de
binnendringende faag.
3. Elke korte RNA-streng bindt aan een Cas-eiwit en vormt een/meerder complee(en).
3
, 4. Complementair RNA bindt aan DNA van de binnendringende faag. Het Cas-eiwit knipt dan het viraal
DNA.
5. Nadat het is geknipt, wordt het hele viraal DNA-molecuul afgebroken en kan het niet langer worden
gerepliceerd.
Vibrio cholerae is een bacterie die cholera kan veroorzaken. De symptomen van cholera worden veroorzaakt
door de producte en secrete van choleratoeine. De genen van choleratoeine liggen op een profaag, de genen
voor het secretesysteem liggen op het bacteriële genoom wat wordt gecoördineerd door de bacterie zelf.
De bacterie is niet virulent, tenzij het de profaag bevat. Andersom kan de profaag niks zonder de bacterie. Dit
wordt co-evolutie genoemd.
Viraal envelop bij virussen met een RNA-genoom
Aan de buitenkant op het oppervlak van deze envelop steken virale glycoproteïnen uit die binden aan
speciieke receptormoleculen aan het oppervlak van een gastheercel.
- Het eiwitgedeelte van deze glycoproteïnen worden gemaakt door ribosomen die op het ER ziten van
de gastheercel.
- Het suikergedeelte van de glycoproteïnen wordt vastgezet door cellulaire enzymen in het ER en in het
Golgiapparaat.
De ontstane viraal envelop zit nu ingebed in het membraan, wordt nu getransporteerd naar het celoppervlak.
De nieuwe virale capsiden worden omhuld door het membraan en gaan als een blaasje van de cel.
De virale envelop is dus eigenlijk afgeleid van het plasmamembraan van de gastheercel, al worden de meeste
van de moleculen van dit membraan gespeciiceerd door virale genen.
1. Glycoproteïnen van de virale envelop binden aan speciieke receptormoleculen op de gastheercel en
bevordert de virale opname door de cel.
2. De capside en het virale genoom dringen de cel binnen. Door vertering van de capside (door cellulaire
enzymen) komt het virale genoom vrij.
3. Het virale genoom dient als een template voor het synthetseren van complementaire RNA-strengen
door viraal RNA-polymerase.
4. Nieuwe kopieën van het viraal RNA-genoom worden gemaakt door de complementaire RNA-strengen
te gebruiken als templates.
5. De complementaire RNA-strengen dienen als mRNA die is getransleerd in capside eiwiten (in het
cytosol) en in glycoproteïnen voor de virale envelop (in ER en Golgiapparaat).
6. Blaasjes transporteren glycoproteïnen voor de envelop naar het plasmamembraan.
7. Een capside assembleert rond elk viraal genoommolecuul.
8. Elk nieuw virus gaan net als bij eeocytose de cel uit. De envelop is bekleed met virale glycoproteïnen
die bedekt zijn het membraan wat afomstg is van de gastheercel.
Viraal envelop bij virussen met dsDNA-genoom
Bijv. herpesvirus zijn tjdelijk gehuld in een membraan wat afomstg is van het kernmembraan van de
gastheercel. Daarna gooien ze dit DNA af in het cytoplasma en verkrijgen een nieuw envelop dat wordt
gemaakt van het membraan van het Golgiapparaat. Deze virussen hebben dsDNA-genoom en repliceren in de
kern van de gastheercel. Ze gebruiken een combinate van virale en cellulaire enzymen om te repliceren en om
hun DNA te transcriberen.
Virus dsDNA/ssDNA/dsRNA/ssRNA
Pokkenvirus dsDNA, ssDNA, dsRNA
Zikavirus, Rhinovirus ssRNA (dient als mRNA)
Ebolavirus, infuenza ssRNA (dient als mRNA)
HIV (human immunodefciency virus) ssRNA (dient als template voor DNA door reverse
transcriptase)
Ebolavirus is een RNA-virus van ssRNA. Het heef slechts 8 genen en een viraal envelop. Besmetng gebeurt bij
overdracht/contact met lichaamsvocht van besmete personen of dieren. De incubatetjd van het ebolavirus is
tussen de 2 en 21 dagen. Symptomen zijn: eerst algemeen, later ook bloedingen uit alle lichaamsopeningen.
4
