Virussen 1 – Leven op z’n kleinst

Een virus is een submicroscopisch deeltje dat levende cellen kan infecteren. Die definitie is al een hele mond vol, en vereist al wat verduidelijking.

Ebolavirus (ingekleurde elektronenmicroscopische foto)
Bron: CDC Global, Flickr, CC BY 2.0

Om te beginnen is er het submicroscopische. Virussen zowat de kleinste organismen die we kennen, en zijn tussen de 20 en de 300 nanometer groot (en een nanometer, afgekort nm, is een miljoenste van een millimeter): bacteriofaag MS2 is 24 nm groot. het poliovirus 30 nm, tabalsmoziekvirus is 40 nm breed en 300 nm lang, en het Vacciniavirus is een balkje van 300 op 200 op 100 nm. Bacteriecellen, ter vergelijking zijn doorgaans 500 tot 5000 nm lang (0,5 tot 5 micrometer): als een virus bijvoorbeeld ongeveer zo groot was als een voetbal, dan zou een bacterie ongeveer zo groot zijn als een derde van een voetbalveld. Vermits we de meeste virussen dus niet kunnen zien met een lichtmicroscoop, noemen we ze submicroscopisch.

Nu zijn er de laatste jaren wel een aantal virussen ontdekt die een pak groter zijn: Mimivirus is 500 nm groot, pandoravirus 500 nm op 1 micrometer.

 

 

In hun absolute aantallen lijken virussen de meest voorkomende biologische entiteiten op aarde te zijn (http://book.bionumbers.org/how-big-are-viruses/). De beste huidige schatting is dat er maar liefst 1031 virusdeeltjes op onze planeet rondzwerven, en dat er voor elke cel die er in een menselijk lichaam zit honderd miljoen virussen bestaan. Ook dit kunnen we vergelijken met het aantal bacteriën op aarde (4-6 x 1030), al is het totaal aantal van deze laatste 20 maal zwaarder dan alle virussen samen. Dit komt goed overeen met wat wetenschappers zien als ze een staaltje uit de bodem of uit de oceanen onder hun elektronenmicroscoop leggen: ze zien dan gemiddeld 10 virussen voor elke bacterie.  

Virussen leven steeds binnenin een cel van een ander organisme. Omdat virussen niet uit cellen bestaan, missen ze ook celmembranen, cytoplasma, ribosomen en andere celorganellen die er in al onze cellen bestaan. Zonder deze structuren zijn ze niet in staat om kopieën van zichzelf te maken, en kunnen ze zich dus niet voortplanten. Met andere woorden, virussen groeien niet en delen zich niet. In plaats daarvan worden nieuwe virale componenten aangemaakt door de geïnfecteerde gastheercel. Daarna assembleren de virusdeeltjes zich. Eender welke andere soort, zij het dieren, planten, schimmels en zelfs bacteriën, hebben zo hun eigen virussen die hen beschouwen als gastheer. De virussen infecteren hun cellen en laten deze gastheren voor hen werken. Aan de lopende band maken ze nieuwe virussen, die dan vrijkomen, klaar om een nieuwe gastheer te besmetten.

 

De opbouw van een virusdeeltje is uiterst eenvoudig.

Om te beginnen bezitten virussen slechts één soort nucleïnezuur (DNA of RNA). De genetische informatie die daarin opgeslagen zit, is beperkt en behelst meestal enkel die eigenschappen van het virus die niet in de genen van de gastheer voorkomen. deze nucleïnezuren kunnen zowel uit een enkelvoudige streng RNA of DNA bestaan, dan wel uit een dubbele helix (zoals het DNA dat we in onze eigen cellen aantreffen). In een derde klasse van virussen komt DNA of RNA voor, afhankelijk van het reproductiestadium. Een bekend voorbeeld van deze laatste groep zijn de retrovirussen (zoals het beruchte HIV, de veroorzaker van aids) die in zich een streng RNA dragen, maar daar bij besmetting eerst een dubbele DNA-streng van maken.

De meeste virussen die planten infecteren bevatten enkelstrengig RNA. De besmetting van plant naar plant gebeurt door insecten, nematoden, schimmels of, heel uitzonderlijk, doordat het stuifmeel van een besmette plant terecht komt op de stamper van een andere, niet-besmette plant. Op de foto staat het effect van een besmetting met pepper mild mottle virus.

Bron: UF/IFAS Pest Alert Web site/Pamela Roberts, In: Thriving Community of Pathogenic Plant Viruses Found in the Human Gut. PLoS Biology Vol. 4/1/2006, e15, CC BY 2.5

 

Rond dat nucleïnezuur zit een eiwitmantel of capside. Deze capside bestaat uit verschillende individuele eiwitmoleculen (de capsomeren genoemd), die op een meetkundig regelmatige manier zijn gerangschikt. Zo zijn er virussen met de vorm van een regelmatig twintigvlak (icosaëder), en hebben andere virussen een capside waarin de capsomeren in een spiraalvorm zijn gerangschikt. De figuur hieronder geeft een twee voorbeelden: het regelmatige veelvlak is te zien bij, onder andere de adenovirussen, en de spiralige opbouw bij het tabaksmozaïekvirus.

In sommige gevallen wordt die capside omhuld door een enveloppe – een membraanstructuur die afkomstig is van de gastcel waar het nieuwe virion in gemaakt is. In die membraan zitten echter wel een aantal eiwitten die het virus zelf heeft laten aanmaken, en waarvoor het eigen genen heeft. Virussen met capside maar zonder enveloppe worden naakte virussen genoemd. Ook geënveloppeerde virussen kunnen een capside hebben die de vorm heeft van een regelmatig veelvlak (zoals hepatitis B) of een andere vorm (taps toelopend zoals bij het hiv-virus).

 

Enkele voorbeelden van naakte virussen.

Links: Adenovirussen zijn naakte virussen met dubbelstrengig DNA. Ze behoren tot de grootste bekende virussen zonder enveloppe, en ze onderscheiden zich van de andere doordat ze als enige uitgerust zijn met uitsteeksels op de capsiden. Die uitsteeksels helpen hen om nieuwe gastcellen te infecteren. In de geneeskunde worden de dag van vandaag manieren uitgetest om met adenovirussen andere, niet ziekmakende genen in te brengen bij patiënten, als een vorm van gentherapie voor genetische aandoeningen waarbij een fout in slechts één gen verantwoordelijk is voor de ziekte.

Rechts: Tabaksmozaïekvirus is een enkelstrengig RNA-virus. Het behoort tot een grote groep van verwante virussen die een breed scala aan planten infecteren, vooral dan tabak en andere leden van de nachtschadefamilie.

Bronnen: schema’s: Servier Medical Art, CC BY 3.0
Foto adenovirus: GrahamColm. Wikipedia, CC BY 3.0
Foto tabaksmozaïekvirus: T. Moravec. Wikipedia, publiek domein

 

Enkele voorbeelden van geënveloppeerde virussen.

Links: Een hepatitis B-virusdeeltje hebben een diameter van 30-42 nm en bestaat uit een enveloppe, een icosaëdrische capside en daarin een stukje DNA. Het virus infecteert vooral de lever en veroorzaakt geelzucht. Op lange termijn kan besmetting met dit virus leiden tot leverkanker. Ook verhoogt het risico op pancreaskanker. Overdracht van het virus gebeurt via bloed, bv. via drugsnaalden, tatoeages in onhygiënische omstandigheden of bloedtransfusies (maar niet in België, waar alle donoren getest worden) en onbeschermd seksueel contact.

Rechts: Hiv, het humaan immunodeficiëntievirus, is een bolvormig virus met een diameter van ongeveer 120 nm, ongeveer 60 keer kleiner dan een rode bloedcel. Dit is een retrovirus. Het tast de CD4+ T-cellen aan – witte bloedcellen die in feite ons immuunsysteem aansturen bij een infectie – en schakelt zo onze eigen verdediging tegen de indringer uit. Meer lezen over HIV kan via https://www.allesoverseks.be/hiv,

Bronnen: schema’s: Servier Medical Art, CC BY 3.0, https://smart.servier.com/
Foto hepatitis: CDC/Dr. Erskine Palmer (PHIL #270), 1981, Wikimedia, publiek domein.
Foto HIV: CDC/Dr. Edwin P. Ewing, Jr., Wikimedia, publiek domein

 

Sommige virussen hebben een complexere opbouw. Zo zijn er de bacteriofagen (virussen die bacteriecellen gebruiken om zich voort te planten) die niet alleen bestaan uit een regelmatig veelvlak (de “kop”, waarin het genetisch materiaal zit), maar ook uit een ''staart met poten''. Alles samen bestaat zo een virus uit zowat twintig aparte soorten eiwitten.

Structuur van een bacteriofaag, en een elektronenmicroscopisch beeld van faag S-PM2.
Bronnen: schema: Servier Medical Art, CC BY 3.0
Foto: Hans-Wolfgang Ackermann — The Third Age of Phage. Mann NH, PLoS Biology Vol. 3/5/2005, e182 doi:10.1371/journal.pbio.0030182, CC BY 2.5

 

Deze blogpost is een aanvulling op Elementair, onze podcast over wetenschap, te vinden op Spotify en op Libsyn.

Deze podcast wordt gesteund door het Fonds Ernest Solvay via de Koning Boudewijnstichting

Geplaatst door Geert op 06/04/2020 om 21:19