virus

Virus er til stede i alle økosystemer og er antalsmæssigt den dominerende biologiske entitet på Jorden. I modsætning til planter, dyr og bakterier har virus ikke et eget stofskifte. Det har derfor været diskuteret om virus kan anses som en selvstændig livsform. Som andre livsformer reproducerer virus sit arvemateriale (genomet), og genomet påvirkes af darwinistisk selektion. Virus kan anskues som replikerende genomer, der i sin infektionscyklus har en selvstændig, celleuafhængig form, viruspartiklen eller virionet.

Udenfor værtscellen eksisterer virus i form af viruspartikler (FIGUR). Viruspartiklen eller virionet indeholder virus arvemateriale, virusgenomet, der enten kan være DNA eller RNA. Virionet består i sin enkleste form af en proteinskal, kapsidet, der omslutter og beskytter virusgenomet. Kapsid indeholdende virusarvemateriale benævnes nukleokapsidet. I nogle virus er nukleokapsidet omsluttet af en viruskappe. Denne består af en lipid-dobbeltmembran, der stammer fra værtscellen, hvori specifikke virusproteiner er forankrede. Sådanne virus benævnes kappebærende. Virus uden kappe benævnes nøgne virus.

Virus varierer i størrelse og form. De fleste virus er mellem 20 og 200 nm i diameter og dermed ikke synlige ved lysmikroskopi. Blandt de mindste virus er parvovirus (20 nm) og picornavirus (30 nm). Koppevirus (Poxviridae) ansås som de største virus (250x400 nm) indtil opdagelsen af gigantvirus (f.eks. mimivirus og pandoravirus) i amøber. Disse er typisk >500 nm i diameter og har DNA genomer af samme størrelse som mange bakterier (1-2.5 Mb; Mb millioner basepar).

Virusform er i stor udstrækning bestemt af formen af nukleokapsidet. Nogle virus er stavformede strukturer, hvor nukleokapsid udviser en helisk symmetri omkring en lineær akse. Et eksempel på denne struktur er tobaksmosaikvirus (FIGUR). Andre virus er mere kugleformede strukturer. I disse er kapsidet et icosaeder, dvs. en tilnærmet kugleformet struktur bestående af 20 lige store, ligesidede trekanter. Sådanne virus har icosahedral symmetri; et eksempel er adenovirus (FIGUR). Andre virus som f.eks. koppevirus har ikke en simpel kapsidsymmetri og kategoriseres som komplekse virioner.

Virus kan kun reproducere sig selv ved at inficere en egnet værtscelle. Virus overtager værtcellens cellulære processer og udnytter disse til produktion af nye viruspartikler. En enkelt virusinficeret celle producerer typisk hundredvis af nye viruspartikler.

Infektionscyklus begynder ved at virionet adsorberes til en værtscelles cellemembran. Dette muliggør at virusproteiner på overfladen af virionet kan binde specifikke strukturer i cellemembranen, der virker som virusreceptorer.

For nogle kappebærende virus f.eks. HIV forårsager receptorbinding en strukturændring i de virale kappeproteiner, der har bundet den cellulære receptor. Denne ændring bringer virus så tæt på cellemembranen, at viruskappen og cellemembranen smelter sammen, og virus nukleokapsid frigøres i cellens cytoplasma (fusion from without). For andre virus efterfølges receptorbinding af endocytose. Ved endocytose omsluttes den receptorbundne viruspartikel af cellemembran, afsnøres og passerer ind i cellens cytoplasma i en endocytotisk vesikel. Den endocytotiske vesikel fusionerer derefter med cellulære lysosomer, der er membranomsluttede vesikler indeholdende nedbrydningsenzymer ved surt pH. For nogle kappe-bærende virus, f.eks. influenzavirus, afstedkommer faldet i pH en ændring i viruskappeproteinerne, der efterfølges af fusion af viruskappe og endolysosom-membran. Herved frigives nukleokapsid til cellens cytoplasma. For virus uden kappe nedbrydes kapsidet i endolysosomet, hvorefter virusgenomet frigøres til cytoplasma.

Virusreplikation og produktion af virusproteiner varierer for de enkelte virus og mellem DNA- og RNA-virus. Virusgenomet kopieres (replikation), men mekanismen varierer for de forskellige typer virus. Fælles for mange virusinfektioner er, at der sker en omstilling af værtscellens egen proteinsyntese, således at cellen producerer virusproteiner og næsten ophører med at fremstille cellens egne proteiner. Kapsidproteiner er selvaggregrerende og danner herved kapsider. Virusgenomer pakkes i de nydannede kapsider. For kappebærende virus samles nukleocapsid ved cellulære membraner og erhverver kappen og frigøres fra cellen ved afsnøring (budding). Ikke kappebærende virus frigøres fra cellen ved værtscellen ødelægges (cytolyse).

Virus er årsag til sygdom hos mennesker. Virusfremkaldte sygdomme er meget forskelligartede og spænder fra akutte selvbegrænsede forløb (f.eks. forkølelse og mave-tarm infektioner) til alvorlige, ofte dødelige forløb som hundegalskab (rabies) og gul feber. Nogle virusinfektioner er kroniske infektioner, hvor alvorlig sygdom kan udvikles efter en årelang relativ symptomfattig infektionsperiode (f.eks. HIV-infektion og leverbetændelse). I nogle tilfælde er forløbet af en virusinfektion afhængig værtens immunfunktion. En virusinfektion, der hos den immunraske er forbigående med milde eller ingen symptomer, kan hos den immunsvækkede forårsage kronisk og alvorlig sygdom.

Udvikling af antivirale lægemidler vanskeliggøres af, at virus i sin infektionscyklus udnytter værtscellens processer. Det er derfor vanskeligt at hæmme virus´ infektionscyklus uden samtidig at hæmme normale cellulære processer. Adskillige antivirale lægemidler, der hæmmer specifikke virusenzymer, er dog registeret i Danmark. Eksempler på antivirale lægemidler inkluderer:

Acyclovir blev registreret i 1981 og anvendes til behandling af infektioner forårsaget af Herpes Simplex virus (f.eks. forkølelsessår) og Varicella Zoster virus (f.eks. helvedesild).

Oseltamavir blev registeret i 1999 og er en specifik hæmmer af influenzavirus neuraminidaseenzym. Ved tidlig indsat behandling afkorter behandling varigheden af influenza og forebygger formentlig forværring af alvorlig influenzasygdom.

Lægemidler, der hæmmer HIV-replikation, er tilgængelige herunder specifikke hæmmere af de virale enzymer revers transkriptase, protease og integrase. Kombinationsbehandling med lægemidler, der hæmmer forskellige virusenzymer benævnes HAART (Highly Active Antiretroviral Treatment) blev introduceret i 1996 og kan hos næsten alle patienter fuldstændig undertrykke HIVs replikation.

Antivirale stoffer, der hæmmer Hepatitis C Virus (HCV), omfatter specifikke hæmmere af de virale proteiner NS3, NS5A og NS5B, blev introduceret i 2013. Disse benævnes samlet direkte virkende antivirale stoffer i modsætning til den tidligere anvendte immunmodulerende interferonbehandling. Kombinationsbehandling med direkte virkende antivirale stoffer kurerer kronisk HCV-infektion hos næsten alle patienter.

Virussygdomme kan forebygges ved vaccination (aktiv immunisering). I det danske børnevaccinationsprogram anvendes vacciner mod poliovirus, mæslingevirus, fåresygevirus, rubellavirus og papillomavirus. Andre virusvacciner anvendes hos befolkningsgrupper med særlig eksposition eller som infektionsforebyggelse ved udlandsrejse (se vaccination). Vacciner mod SARS-CoV-2 blev tilgængelige i Danmark i 2021.

Behandling med antistofpræparationer kaldes passiv immunisering. Dette anvendes, hvor særlig følsomme patientgrupper har været udsat for smitte. Et eksempel er anvendelsen af varicella-hyper-immunglobulin til passiv immunisering af ikke-immune gravide udsat for smitte med varicella-zoster-virus (skoldkopper).

Antiviral behandling anvendes også som forebyggende behandling efter udsættelse for HIV-smitte f.eks. efter stikuheld med blod indeholdende HIV. Dette benævnes PEP eller post-ekspositions profylakse. Personen udsat for smitte tilbydes behandling med 3 antivirale stoffer i 4 uger, hvilket minimerer risikoen for HIV-infektion. Personer, der særligt hyppigt udsættes for HIV-smitte, f.eks. ved seksuel kontakt, kan også tilbydes antiviral forebyggende behandling. Dette benævnes PrEP eller præ-ekspositions profylakse. Typisk tilbydes behandling med 2 antivirale stoffer, der tages dagligt.

Virus klassificeres på baggrund af arten og strukturen af deres genom, deres størrelse, strukturen af deres capsid og hvorvidt de har en viruskappe. International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) beskrev i 2019 i alt 6590 forskellige virus fordelt på 168 familier.

Den amerikanske biolog David Baltimore foreslog i 1971 en virusklassifikation baseret på arten af virusgenomet og mekanismen bag replikation af virusgenomet. Virus inddeles her på baggrund af om genomet består af RNA eller DNA, hvorvidt genomet er enkeltstrenget eller dobbeltstrenget, for enkeltstrenget RNA-virus om genomet er positiv-(+)-strenget (kan anvendes direkte som mRNA) eller negativ-(-)-strenget (mRNA dannes ved transskription af RNA-genomet), og hvorvidt virus anvender enzymet revers transskriptase i sin infektionscyklus. Herved inddeles virus i 7 grupper.

I: dobbeltstrengede DNA-virus (dsDNA-virus) .

II: enkeltstrengede DNA-virus (ssDNA-virus).

III: dobbeltstrengede RNA-virus (dsRNA-virus).

IV: positivstrenget RNA-virus ((+)ssRNA-virus).

V: negativstrenget RNA-virus ((-)ssRNA-virus).

VI: Revers transkriberende RNA-virus (ssRNA-RT).

VII: Revers transkriberende DNA-virus (dsDNA-RT).

Baltimore-klassifikationen er kongruent med ICTVs klassifikation på den måde, at hver af de 168 familier kun indgår i en gruppe i Baltimore-klassifikationen. Nedenfor er vist en tabel med et udvalg af virusfamilier, der indeholder humanpatogene virus. For hver virusfamilie er den tilhørende Baltimore-gruppe angivet.

Udviklingen af mikrobiologi var i sin tidlige fase stærkt præget af bakteriologiens succes. Louis Pasteur arbejdede med hundegalskab og lykkedes at fremstille en rabiesvaccine (1885) uden at være klar over, at sygdommen var forårsaget af en virus. I bakteriologien var Robert Kochs postulater, om hvorvidt en mikroorganisme var årsag til sygdom, normsættende. Et postulat fordrer, at en mikroorganisme kan isoleres i ren form fra sygdomslæsionen. Adolf Mayer arbejdede med mosaiksygdom hos tobaksplanten, en sygdom forårsaget af tobaksmosaikvirus, og kunne vise, at sygdommen kunne overføres til raske planter med plantesaft fra syge planter (1886). Trods sygdommens infektiøse natur var han ude af stand til at isolere mikroorganismer i ren form eller påvise mikroorganismer i lysmikroskopet og dermed møde Kochs postulater. Opfindelsen af filtre med porer så små, at bakterier ikke kan passere (1884) (såkaldte Chamberland filtre efter den franske mikrobiolog Richard Chamberland), var nødvendig for en ny forståelse af virus´ biologi. Den russiske biolog Dmitri Ivanovskij gentog i 1892 Adolf Mayers eksperiment, men kunne nu vise, at plantesaft fra syge planter var infektiøs trods filtrering gennem et Chamberland filter. Martinus Willem Beijerinck gentog i 1898 Ivanovskijs forsøg, som han var ubekendt med, og viste yderligere, at plantesaften trods forudgående fortynding genvandt sin infektiøse styrke ved overførsel til en ny plante. Dette forsøg viste, at der i plantesaften var en infektiøs substans i stand til at replikere i levende organismer (her tobaksplanter), og at sygdommen derfor ikke forårsagedes af f.eks. et toksin. Virus´ ekstracellulære partikelstruktur blev først klarlagt med Felix d´Herelles undersøgelser af bakteriofager (virus, der inficerer bakterier) (1917). Han observerede, at fortyndinger af bakteriofagholdige suspensioner påført tæt tilsåede plader med bakterier forårsagede afgrænsede opklaringer i bakterielaget og benævnte disse plaques. Tobaksmosaikvirus blev det første virus visualiseret ved elektronmikroskopi i 1932. Studiet af dyrevirus tog fart med udviklingen af vævs- og celle-kulturer i årene efter 2. verdenskrig. John Enders dyrkede poliovirus i vævskulturer (1949). Dette arbejde lå til grund for Jonas Edward Salks udvikling af en inaktiveret poliovaccine baseret på virus dyrket i cellekultur (1955). Virus udnytter cellens almindelige processer for at replikere sit genom og fremstille nye viruspartikler. Virus har derfor været et effektivt værktøj i cellebiologien til at undersøge cellulære processer, genregulation og udvikling af cancer.

• mikroorganismer
• plantevirus
• virussygdomme i landbrugsplanter