F 15: Virus almindelige egenskaber

1. F 15: Virus almindelige egenskaber Tove Christensen tc@microbiology.au.dk www.immi.au.dk Institut for Medicinsk Mikrobiologi og Immunologi Aarhus Universitet

2. Eksempler på virusinfektioner Polio Mæslinger Skoldkopper Kopper Forkølelsessår AIDS

3. Hvad er virus? • Virus betyder slimet væske eller gift • Virus er meget små - mindre end bakterier – og kan ikke ses i alm. mikroskop • Virus kan filtreres gennem filtre, som holder bakterier tilbage • Virus kan KUN formere sig INDEN i en celle

4. Virus mangler den genetiske information, der er nødvendig for at danne metabolisk energi og for protein syntese - Virus er derfor fuldstændigt afhængige af værts-cellen = Obligat intracellulære parasitter Virus partikler dannes ved samling af “præfabrikerede” komponenter - i modsætning til at vokse og reproduceres ved deling Nye viruspartikler frigives fra inficerede celler, hvorfra de kan inficere nye celler og dermed sprede infektionen

5. Virus nomenklatur • Orden: -virales • Familie: -viridae (f.eks picornaviridae) • Art: -virus (f.eks enterovirus: poliovirus 1,2 og 3)

6. Så små er virus... Lidt om størrelser: 1 millimeter (mm): 10 mm = 1 centimeter (cm) 1 mikrometer (m): 1000 m = 1 mm 10.000 m = 1 cm 1 nanometer (nm): 1000 nm = 1 m 10 millioner nm = 1 cm Det mindste, man kan se med et alm. mikroskop er ca. 300 nm En typisk celle (et hvidt blodlegeme): ca. 20 m En typisk bakterie (E. Coli): ca. 5 m Et typisk virus (herpes virus): 100 nm 50 celler kan ligge ved siden af hinanden på 1 mm 200 bakterier kan også 10.000 virus kan også

7. Hvordan kan man visualisere virus?

8. Så små er virus...

9. Allerede de gamle ægyptere... Måske er dette den første beskrivelse af en virusinfektion: Tempelpræsten Siptah her i midten har polio (Memfis, 1400 år f. Kr.)

10. De gamle ægyptere... Farao Ramses V døde af kopper (1196 f. Kr). Læg mærke til pustlerne…

11. Historien om kopper er også historien om verdens første vaccine

12. Koppevaccinens historie... 14/05 1796 brugte Edward Jenner kokoppe-inficeret materiale fra malkepigen Sarah Nemes’ hånd til at innokulere den 8 årige James Phipps. 01/07 samme år innokulerede Jenner drengen med materiale fra en patient med kopper(!). James blev ikke syg… 1810 blev koppevaccination lovpligtig i Danmark. Vaccination (vacca = ko); kokopper: vaccinia kopper: variola

13. Sygdommenkopperer den eneste sygdom, der nu er udryddet i hele verden (1979)

14. Virologi - vigtige fremskridt i viden 1880’erne : Robert Koch & Louis Pasteur: “ the germ theory”: Mikroorganismer forårsager smitsomme sygdomme 1883-84: Pasteur: første vaccine mod rabies 1946: W M Stanley: Nobelprisen (kemi) for første renfremstilling af virus Krystallerne indeholder protein med nucleinsyre indeni. 1949: Virus dyrkes for første gang i vævskultur 1975: David Baltimore, Howard Teminog Renato Dulbecco Nobelprisen (medicin) til “for their discoveries concerning the interaction between tumour viruses and the genetic material of the cell”= retroviral revers transkriptase. Dulbecco udviklede også plaque-assay’et

15. Sådan klassificeres virus: • Kemisk sammensætning • Morfologi • Replikation • ”Samlingssted” • Værtsspecificitet Navnet giver information: flavi, toga, coxsackie, picorna…

16. Sådan er virus opbygget: • Genetisk materiale : RNA eller DNA • RNA eller DNA kan være enkelt- eller dobbeltstrenget, men kun én type nucleinsyre i et virus • Proteinkappe = ”skal” = capsid • proteinkappe + nucleinsyre = nucleocapsid • Evt. membrankappe = ”svøb” = envelope • lipidholdig kappe med proteiner • Virus partikel = virion

17. Virus opbygning, fortsat • Genetisk materiale : RNA eller DNA kodes af virus • Capsid proteiner kodes af virus matrixproteiner kodes af virus • Envelope: lipidholdig kappe fra værtscellen sukkerstrukturer til dels fra værtscellen visse overfladeproteiner fra værtscellen glycoproteiner kodes af virus

18. Virusopbygning: eksempler adenovirus retrovirus

19. Detviralegenom: DNA oftest dobbelstrenget (ds): herpes, pox, adenovirus enkeltstrenget (ss): parvovirus delvist ds, delvist ss: hepadnavirus (HBV) RNA ss + streng (fungerer som mRNA, infektiøs): ikke segmenteret: picorna, corona, toga, flavivirus retrovirus: 2 molekyler + revers transkriptase - streng (skal medbringe enzym, ikke infektiøs) segmenteret: influenza, bunyavirus ikke segmenteret: filo, morbilli, parotitis, RSV ambisense: arenavirus ds +streng segmenteret: reovirus (rotavirus)

20. Virus opbygning: genom og genprodukter (enzymer) DNA virus: har ikke enzymer med sig bruger cellekernens maskineri ”store” DNA virus koder for egen replikase, ”små” bruger værtspolymerase replikation i cellekernen RNA virus: + strengede RNAvirus er mRNA - strengede RNA virus medbringer egen RNA-afhængig RNA polymerase replikation i cytoplasma retrovirus medbringer egen RNA-afh. DNA polymerase (revers transkriptase) replikation via DNA-mellemled

21. Virus enzymer og antiviral behandling Virus kan…..selv have enzymer med i virion …..selv kode for enzymer …..udnytte værtscellens enzymer Virus-kodede polymeraser er vigtige mål for antiviral kemoterapi! Acyclovir/Valacyclovir/Famciclovir: herpesvirus (HSV, VZV, (EBV, CMV)) Foscarnet: herpesvirus NRTI: Zidovudin/Lamivudin…: retrovirus (HIV, (HTLV-1)) NNRTI: Neviparin/Efavirenz…: retrovirus (HIV)

22. Virus opbygning: capsid • Beskytter det genetiske materiale • Kan medvirke ved vedhæftning til cellemembranen • Identiske, selvsamlende protomerer, som samles i capsomerer, danner capsidet Protomerernes opbygning ”dikterer” virusformen: helisk (skruet stav) eller icosahedrisk/kubisk: penton’er/hexon’er

23. Virus capsid: eksempler model calici virus rabies virus

24. Virus opbygning: envelope Lipidholdig kappe, der lægges om virus, når de passerer cellens membransystem: kernemembran (f.eks herpesvirus) cytoplasmiske membraner (f.eks rhabdovirus) overflademembran (f.eks retrovirus) Glycoproteiner + matrixproteiner glycoproteiner danner spikes på overfladen: hæmagglutination/ neuraminidaseaktivitet/fusion med cellemembran matrixproteiner forbinder lipidkappe og capsid

26. Inaktivering af virus ”Nøgne” virus er betydeligt mere robusteend virus med envelope mht. følsomhed for ydre påvirkning som f.eks detergenser, UV, pH, temperatur, osmotiske kræfter osv. Tab af eller skader på envelope = tab af eller stærkt nedsat infektiøsitet

27. Virus møder vært Virus VAP værtscelle receptor Rhinovirus ( - envelope) VP1-VP2-VP3 epithel ICAM-1 Adenovirus (- envelope) Fiber mange… MHC I + ….. Rabiesvirus (+ envelope) G protein neuron acethylcholin rec. Influenza A (+ envelope) HA epithel sialinsyre EBV (+ envelope) gp350/gp220 B CD21 HIV (+ envelope) gp120 T(CD4+) CD4 + CCR5 + VAP = viral adhesion protein

28. Virus replikation: trin ”Valg” af optimal værtscelle: VAP + receptor = adsorption Tropisme Indtrængning i cellen = penetration med envelope: fusion med cellemembran  capsid frit i cytoplasma (herpes, HIV) uden envelope: endocytose  capsider i vesikler i cytoplasma (picorna) Udpakning/oplukning = uncoating Herpes, adeno og papova capsiderne ledes til cellekernen via cytoskelettet Ortho- og paramyxovirus, picornavirus capsiderne disintegreres i cytoplasma Reovirus går delvist i stykker osv Produktion af virusdele = transkription + translation = replikation Mange virus er afhængige af, at værtscellen aktivt deler sig Samling af virions, modning, frigørelse fra værtscellen Chaperoner, selv- Cytolytisk Knopskydning (budding) Spredning gennem intracellulære broer

29. Virus replikation (I) – eksempel

30. Virus replikation (II) – eksempel

31. Virus patogene effekt: Cytolyse Hel eller delvis overtagelse af syntese-systemet Inklusioner Toksiske produkter Angreb på inficeret celle fra immunapparatet Inkubationstid v. infektion Oftest kort hvis lokaliseret Oftest lang hvis generaliseret

32. Hvordan bliver man smittet med virus ?

33. I visse dele af verden kan man også blive smittet med virus ved… Myggestik: dengue feber:op til 50 mio. mennesker smittes hvert år gul feber :op til500.000 mennesker smittes hvert år Flåt-bid: encephalitis: 15.000 mennesker smittes hvert år Encephalitis – hjernebetændelse - er ikke kun borreliose, som skyldes en bakterie…. Kontakt med muse/rotte fæces: blødningsfeber/ nyresyndrom/ pulmonært syndrom: op til 500.000 mennesker smittes hvert år

34. Hvorfor virker antibiotika ikke på virus?

35. Antiviral kemoterapi = behandling Viruskodet polymerase (replikation): Acyclovir/Valacyclovir/Famciclovir: herpesvirus (HSV, VZV, (EBV, CMV)) NRTI: Zidovudin/Lamivudin…: retrovirus (HIV, (HTLV-1)) NNRTI: Neviparin/Efavirenz…: retrovirus (HIV) Virus-replikation men ikke værts-cellens viabilitet: Ribavirin : RSV, Lassa Antisense RNA: Formivisen: herpesvirus (CMV) virus-kodede proteiner (adsorption, uncoating, replikation): Amantadin/Rimantadin: influenza A (hemagglutinin, matrix protein) Tamiflu: influenza A (neuraminidase) Relenza: Influenza A (+B?) (neuraminidase) Saquinavir/Indinavir…: HIV protease Syntese af virusproteiner, induktion af celle-medieret immunrespons: Interferon-: hepatitis B, hepatitis C HAART: Highly Active AntiRetroviral Therapy: kombination af 3 eller 4 terapeutika: RT hæmmere/ protease-hæmmere (PI)/ integrase-hæmmere/ fusionshæmmere

37. Virus familier: DNA virus Udvalgte eksempler: • Adenoviridae • Hepadnaviridae • Herpesviridae

38. Double-stranded DNA virus uden envelope Adenovirus Luftvejsinfektioner (4, 7) Mave-tarminfektioner (40, 41)

39. Partially double-stranded DNA virus med envelope • Hepadnavirus • Hepatitis B virus • Blodoverført leverbetændelse • Kronisk leverbetændelse

40. Double-stranded DNA virus med envelope • Herpesvirus • Herpes simplex type 1 og 2 (HHV1, HHV2) • Forkølelses-sår, herpes genitalis • Varicella zoster (VZV; HHV3) • Skoldkopper, helvedes-ild • Epstein-Barr virus (EBV, HHV4) • Mononucleose • Cytomegalovirus (CMV, HHV5) • Mononucleose, kongenit CMV • Human herpesvirus 6 (Roseolovirus, HHV6) • Roseola infantum (tredagesfeber) erythema subitum) • Human herpesvirus 7 (HHV7) • Human herpesvirus 8 (HHV8) • Kaposi’s sarcom

41. Virus familier: RNA virus Udvalgte eksempler • Filoviridae • Flaviviridae • Orthomyxoviridae • Paramyxoviridae • Picornaviridae • Retroviridae

42. Single-stranded ÷RNA virus med envelope

43. Single-stranded +RNA virus med envelope • Flavivirus • Overvejende arbovirus • Yellow Fever virus • Gul feber • Denguevirus (serotype 1-4) • Dengue feber, Dengue Hæmorrhagisk Shock syndrom) • Japansk encefalitis virus (JEV) • Japansk Encefalitis • Tick-borne encefalitis virus (TBEV) • Flåt-overført encefalitis • West Nile virus (WNV) • Vestnil feber • Hepacivirus • Hepatitis C virus (HCV) • Blodoverført leverbetændelse • Kronisk leverbetændelse

44. Single-stranded segmenteret ÷RNA virus med envelope • Influenzavirus • Influenzavirus A • Influenzavirus B • Influenzavirus C • Influenza

45. Single-stranded ÷RNA virus med envelope • Paramyxovirus • Morbillivirus • Mæslinger • Parainfluenzavirus (1-4) • Luftvejsinfektioner • Falsk strubehoste • Mumpsvirus • Fåresyge, parotitis • Respiratorisk syncytialvirus (RSV) • Luftvejsinfektioner

46. Single-stranded +RNA virus uden envelope • Picornavirus: • Enterovirus • Humane enterovirus A, B, C • Mange serotyper, bl.a. coxsackie A typer • coxsackie B typer, echovirus, poliovirus 1-3 • Mave-tarminfektioner • Poliomyelitis • Humane rhinovirus A, B, C • Mange serotyper • Luftvejsinfektioner • Hepatovirus • Hepatitis A virus (HAV) • Smitsom leverbetændelse

47. Single-stranded +RNA virus med envelopeTo RNA molekyler, DNA mellemled • Retrovirus: • Replikation via virus-kodet RNA-afh. DNA polymerase: revers transkriptase • RNA tumour virus, oncovirus • Lentivirus • Humant immundefekt virus (HIV) 1 og 2 • Acquired Immunodeficiency Syndrome(AIDS) • Deltavirus • Humant T-lymfotropt virus (HTLV) I og II • Tropisk spastisk paraparese (TSP) • Adult T celle leukæmi (ATL)

48. Hvad er specielt for virus ? Obligat intracellulære parasitter Genom enten DNA eller RNA DNA virus replikerer i cellekernen RNA virus replikerer i cytoplasma Virus med envelope er sarte Nøgne virus er robuste Antibiotika virker ikke på virusinfektioner

49. For de nysgerrige... • www.virology.net har ”All the virology on the world wide web” samt de viste EM billeder i ”The Big Picture Book of Viruses” • www.virologi.dk er Dansk Virologisk Selskabs hjemmeside