microbiologie deel virologie.docx

# Structuur en classificatie van virussen Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten die variëren in grootte, vorm en chemische samenstelling, en worden geclassificeerd op basis van hun genoom en structuur. ## 1. Algemene structuur van een virion Een virion, de extracellulaire vorm van een virus, bestaat uit genetisch materiaal omgeven door een eiwitschaal genaamd de capside. ### 1.1 De capside De capside is opgebouwd uit individuele eiwitten, capsomeren, die op een specifieke manier geordend zijn. Deze structuur is metastabiel: stevig genoeg voor bescherming en transport, maar valt uiteen om het genetisch materiaal vrij te geven in de gastheercel. ### 1.2 Symmetrie van virussen Er zijn twee primaire vormen van symmetrie in virussen: * **Helicale symmetrie:** Kenmerkend voor staafvormige virussen, waarbij de lengte wordt bepaald door de symmetrie van het genetisch materiaal en de breedte door de grootte van de capsomeren. * **Icosahedrale symmetrie:** Kenmerkend voor sferische virussen. Een icosaëder, opgebouwd uit 20 driehoeken, is de meest efficiënte vorm omdat het het minimale aantal capsomeren vereist (meestal 60). Een icosaëder heeft twaalf vijf-voudige symmetrieassen, twintig drie-voudige assen in het midden van de driehoeken en dertig twee-voudige assen op elke ribbe. ### 1.3 Naakte en ingekapselde virussen Virussen kunnen worden onderverdeeld in: * **Naakte virussen:** De capside vormt het buitenste omhulsel met het genetisch materiaal erin. * **Ingekapselde (enveloped) virussen:** De capside, met het genetisch materiaal, is omgeven door een lipide envelope (membraan) die virale eiwitten, voornamelijk glycoproteïnen, bevat. Deze glycoproteïnen spelen een cruciale rol bij de interactie met gastheercelreceptoren voor infectie. De envelope is meestal afkomstig van het cytoplasmatisch membraan van de gastheercel. ## 2. Variatie in virusstructuur en gastheer De morfologie van virussen varieert aanzienlijk en is vaak gerelateerd aan hun gastheer. ### 2.1 Voorbeelden van virusstructuren en hun gastheer * **Zika-virus:** Sferisch partikel met membraan, infecteert mensen en kan microcefalie veroorzaken bij pasgeborenen. * **Pepino mosaic virus:** Helicaal en filamenteus, zonder membraan, infecteert tomatenplanten. * **Mimivirus:** Grote, stervormige structuur op het oppervlak, met een membraan, infecteert amoeben. Het heeft fibrillen die de infectie verbeteren en een porie waaruit het genoom kan worden vrijgegeven. * **Pandoravirus en Pithovirus sibericus:** Grote virussen, niet bolvormig of filamenteus, met een porie in het virion en grote genomen. Pithovirus is het grootste bekende virus en kan duizenden jaren overleven in permafrost. * **Faag T4:** Heeft een kopstructuur met een helciale staart en vezels aan de basale plaat voor herkenning van bacteriën. * **Ebolavirus:** Filamenteus, met een helciale nucleocapside omgeven door een membraan envelope. ## 3. Classificatie van virale genomen Virussen worden geclassificeerd op basis van hun genoomtype (DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengs) en de manier waarop ze mRNA produceren voor eiwitsynthese. De Baltimore-classificatie is een veelgebruikt systeem. ### 3.1 De Baltimore-classificatie De Baltimore-classificatie verdeelt virussen in zeven klassen: * **Klasse I:** Dubbelstrengs DNA (dsDNA) virussen (bv. T4 faag, adenovirussen). * **Klasse II:** Enkelstrengs DNA (ssDNA) virussen (bv. Parvovirus, faag $\phi$X174). * **Klasse III:** Dubbelstrengs RNA (dsRNA) virussen (bv. Rotavirus). * **Klasse IV:** Enkelstrengs RNA (+ssRNA) virussen (bv. Poliovirus, coronavirus). Deze kunnen direct als mRNA functioneren. * **Klasse V:** Enkelstrengs RNA (-ssRNA) virussen (bv. Influenzavirus, Rhabdovirussen). Deze vereisen transcriptie naar +ssRNA. * **Klasse VI:** Retrovirussen (ssRNA-RT) (bv. HIV). Produceren DNA uit hun RNA-genoom via reverse transcriptie. * **Klasse VII:** Dubbelstrengs DNA met een replicatieve tussenstap van RNA (dsDNA-RT) (bv. Hepadnavirussen). ### 3.2 Genoomgrootte en -variatie Virale genomen variëren sterk in grootte, van enkele kilobasen (kb) tot wel meer dan een megabase (Mb) bij pandora-virussen. Viroiden daarentegen bestaan uit slechts enkele honderden basen enkelstrengs RNA en hebben geen coderende sequenties, maar verstoren de regulatie van gastheergenen. ## 4. Specifieke virusgroepen en hun kenmerken ### 4.1 DsDNA virussen * **T4 bacteriofaag:** Infecteert *E. coli*, codeert voor eigen DNA-polymerase en heeft terminale repeats. Het genoom kan geconcateneerd worden en vervolgens door endonucleasen in individuele genomen worden geknipt. * **T7 bacteriofaag:** Infecteert *E. coli*, met een lineair dsDNA genoom en terminale repeats. Replicatie is asymmetrisch en leidt tot concatemeren. * **Faag lambda ($\lambda$)**: Infecteert *E. coli*, heeft een lineair dsDNA met cohesieve eindes die circulair vormen. Kan een lysogene cyclus ondergaan waarbij het genoom integreert in het bacteriële genoom. * **Adenovirussen:** Veroorzaken verkoudheid en gastro-intestinale problemen. Het lineaire DNA heeft een eiwit gebonden aan de terminale uiteinden dat fungeert als primer voor DNA-synthese. * **Polyomavirus (bv. SV40):** Kleine circulaire dsDNA virussen die tumoren kunnen induceren. * **Herpesvirussen:** Veroorzaken o.a. koortsblaren en windpokken. Lineair dsDNA genoom, envelop, en replicatie via rolling circle. ### 4.2 SsDNA virussen * **Faag $\phi$X174:** Enkelstrengs circulair genoom met overlappende open leesramen (ORFs). Wordt door de gastheercel omgezet naar een dubbelstrengs replicatieve vorm (RF) voor transcriptie en replicatie via rolling circle. * **Faag M13:** Filamenteus ssDNA virus dat een persistente infectie veroorzaakt zonder lytische fase. ### 4.3 SsRNA virussen * **Poliovirus:** Veroorzaakt kinderverlamming. Het ssRNA (+)-genoom kan direct als mRNA fungeren. Het heeft een interne ribosome entry segment (IRES) in plaats van een CAP-structuur. * **Coronavirus:** (+)-envelopvirus, herkenbaar aan de kroonachtige spikes. Replicatie vindt plaats in het cytoplasma. * **Rhabdovirussen (bv. Rabiës virus):** Kogelvormig (-)-envelopvirus. Het genoom bevat een RNA-replicase. * **Influenzavirus:** Gesegmenteerd (-)-RNA genoom met mantel-eiwitten zoals hemagglutinine en neuraminidase. Veroorzaakt griep. ### 4.4 DsRNA virussen * **Reovirussen (bv. Rotavirus):** Veroorzaakt buikloop. Het dsRNA genoom bevat een RNA-replicase voor onmiddellijke transcriptie na infectie. ### 4.5 Retrovirussen * **HIV:** (+)-envelopvirus met een diploïd ssRNA genoom. Het reverse transcriptase genereert dsDNA dat in het gastheergenoom wordt geïntegreerd. ### 4.6 Hepadnavirussen * Bevatten een partieel dsDNA genoom dat via reverse transcriptie wordt gerepliceerd. Hepatitis B is een voorbeeld. ## 5. Viroïden en prionen * **Viroïden:** Kleinste bekende infectieuze agentia, bestaande uit circulair enkelstrengs RNA zonder coderende sequenties. Ze interfereren met de regulatie van gastheergenen. * **Prionen:** Eiwitdeeltjes die ziekten veroorzaken door verkeerde vouwing van normale cellulaire eiwitten, wat leidt tot aggregatie en celschade (bv. de ziekte van Creutzfeldt-Jakob). ## 6. Virusdetectie en -kweek * **Plaque assay:** Een methode om virussen te tellen door hun lytische effect op een monolaag van gastheercellen te observeren, resulterend in plaques (zones zonder cellen). * **Virale fabrieken:** Bij sommige virussen, zoals mimivirus, worden assemblageprocessen uitgevoerd in specifieke structuren binnen de gastheercel. * **Infectie van plantencellen:** Kan gebeuren via mechanische schade of insectenvectoren. * **Infectie van dierlijke cellen:** Kan leiden tot lyse, transformatie (kanker), persistente infectie of latente infectie. > **Tip:** De Baltimore-classificatie is cruciaal voor het begrijpen van de replicatiestrategieën van virussen. Bestudeer de routes voor elk type genoom. > **Tip:** Virale genomen variëren sterk in grootte en complexiteit, van kleine RNA-moleculen (viroïden) tot grote dsDNA-genomen (mimivirus). Deze diversiteit weerspiegelt hun aanpassingsvermogen en interactie met verschillende gastheren. --- # Virale replicatiecycli en infectiemethoden Dit onderwerp beschrijft de essentiële stappen die virussen doorlopen om zich te vermenigvuldigen binnen gastheercellen, inclusief de diverse manieren waarop ze deze cellen infecteren en nieuwe virionen vrijgeven, toegepast op zowel bacteriële als eukaryote systemen. ### 2.1 De virale levenscyclus Virussen zijn obligaat intracellulaire parasieten en hun replicatiecyclus kan worden onderverdeeld in de volgende algemene stappen: #### 2.1.1 Vasthechting aan de gastheercel (Adsorptie) Het virion bindt specifiek aan receptoren op het oppervlak van de gastheercel. Deze specificiteit wordt bepaald door de biochemische samenstelling van zowel het virion (bv. envelop-eiwitten, capsomeren) als de gastheercel (bv. lipopolysacchariden, pilus, transport-eiwitten). * **Voorbeelden van specifieke interacties:** * Faag T1 herkent ijzertransport-eiwitten op bacteriën. * Faag MS2 bindt aan de pilus van bacteriën. * Faag M13, een filamenteus faag, bindt eveneens aan de pilus. * Virussen die eukaryoten infecteren, gebruiken vaak glycoproteïnen op hun envelop om te binden aan specifieke celmembraanreceptoren. #### 2.1.2 Penetratie en ontsluiting van het genoom Na vasthechting wordt het virale genoom de gastheercel binnengebracht. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: * **Injectie:** Bij bacteriofagen wordt het genetisch materiaal vaak direct in de bacteriële cel geïnjecteerd, terwijl de capsiden buiten de cel achterblijven. Faag T4 gebruikt bijvoorbeeld een tubulus om DNA in de cel te pompen. * **Endocytose:** Bij eukaryote virussen kan het hele virion worden opgenomen door de cel via endocytose, waarbij het omgeven wordt door een membraanblaasje (vesikel). * **Membraanfusie:** Bij enveloped virussen versmelt de virale envelop met het cytoplasmatisch membraan van de gastheercel, waardoor het nucleocapside vrijkomt in het cytoplasma. Na penetratie moet het virale genoom worden "ontsloten" uit het virion, zodat het toegankelijk wordt voor de cellulaire machinerie. #### 2.1.3 Synthese van virale componenten De gastheercel wordt gedwongen om virale nucleïnezuren (DNA of RNA) en eiwitten te produceren, geleid door de instructies van het virale genoom. De exacte mechanismen zijn afhankelijk van het type virale genoom (zie Baltimore-classificatie). * **Replicatie van DNA-virussen:** Genomen kunnen repliceren in de kern (bv. Adenovirus, Herpesvirus) of in het cytoplasma (bv. Pokkenvirussen, Mimivirus). DNA-polymerases van het virus of de cel worden gebruikt. Sommige grote DNA-virussen, zoals T4, coderen voor hun eigen DNA-polymerase. * **Replicatie van RNA-virussen:** Deze virussen vereisen gespecialiseerde RNA-afhankelijke RNA-polymerases (RNA replicases) die door het virus zelf worden meegebracht of worden gesynthetiseerd na de eerste expressie van virale genen. Dit is omdat eukaryote cellen geen enzymen hebben die RNA repliceren van een RNA-template. * **+ssRNA virussen:** Het genoom fungeert direct als mRNA. Een RNA-replicase maakt vervolgens een negatieve streng als template voor nieuwe positieve strengen. Poliovirus en Coronavirus vallen hieronder. * **-ssRNA virussen:** Het genoom kan niet direct als mRNA dienen. Het virion moet een RNA-replicase bevatten om eerst een positieve streng te synthetiseren, die vervolgens als mRNA kan dienen. Influenza en Rhabdovirussen zijn voorbeelden. * **dsRNA virussen:** Het virion bevat ook een RNA-replicase. Eén van de strengen wordt gebruikt voor transcriptie naar mRNA. Reovirussen en Rotavirussen vallen hieronder. * **Retrovirussen:** Deze virussen hebben een +ssRNA genoom, maar ze synthetiseren eerst een DNA-kopie van hun RNA met behulp van reverse transcriptase. Dit DNA wordt vervolgens geïntegreerd in het gastheergenoom, waar het wordt getranscribeerd naar zowel mRNA als nieuwe virale genomen. HIV is een bekend voorbeeld. * **Overlappende open leesramen (ORF's):** Sommige virussen, zoals faag ϕX174 en faag MS2, gebruiken overlappende genen om efficiënt gebruik te maken van hun beperkte genoomgrootte. #### 2.1.4 Assemblage van nieuwe virions De nieuw gesynthetiseerde virale genomen en eiwitten worden geassembleerd tot nieuwe, functionele virionen. Dit proces kan complex zijn en vereist vaak specifieke chaperonne-eiwitten en assemblagefactoren. * **Faag T4 hoofd assemblage:** Dit proces omvat de vorming van een prohead structuur, het pompen van het DNA in de kop via een motorcomplex, en de daaropvolgende assemblage van de staart en vezels. #### 2.1.5 Vrijlating van nieuwe virions Nieuwe virionen worden uit de gastheercel vrijgelaten, zodat ze nieuwe cellen kunnen infecteren. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: * **Cellysis:** Veel virussen, met name lytische bacteriofagen, veroorzaken de afbraak (lyse) van de gastheercel, waardoor een grote hoeveelheid virions vrijkomt. Dit is een kenmerk van de lytische replicatiecyclus. * **Budding (knopvorming):** Enveloped virussen verkrijgen hun envelop door te knoppen uit het celmembraan van de gastheercel. Tijdens dit proces worden virale eiwitten in het gastheermembraan ingebed, en het nucleocapside wordt door dit membraan naar buiten gestuurd, waarna het membraan zich om het virion sluit. Ebola en Influenza virussen worden op deze manier vrijgegeven. * **Continue afscheiding:** Sommige virussen veroorzaken geen directe celdood, maar scheiden voortdurend nieuwe virions af (persistente infectie). Faag M13 veroorzaakt een persistente infectie zonder een lytische fase. ### 2.2 Virale infectiemethoden en uitkomsten Virussen kunnen bacteriële, planten- en dierlijke cellen infecteren, met variërende gevolgen voor de gastheercel. #### 2.2.1 Infectie van bacteriën (Bacteriofagen) Bacteriofagen (fagen) zijn virussen die bacteriën infecteren. Ze spelen een cruciale rol in de ecologie van bacteriële populaties. * **Lytische cyclus:** De faag repliceert zich binnen de bacterie, leidt tot celdood en de vrijlating van nieuwe fagen. * **Lysogene cyclus (getemperde fagen):** Het virale genoom integreert in het bacteriële genoom en wordt een profaag. Bij celdeling wordt het virale genoom mee gerepliceerd. Onder bepaalde omstandigheden kan de profaag reactiveren en overgaan naar de lytische cyclus. Faag lambda is een voorbeeld van een getemperde faag die zowel lytische als lysogene cycli kan doorlopen. * **Regulatie van lytische vs. lysogene cyclus:** De expressie van virale genen zoals cI (lysogenie) en Cro (lyse) bepaalt welke cyclus wordt gevolgd. #### 2.2.2 Infectie van eukaryoten * **Dierlijke cellen:** * **Specifieke interacties:** Dierlijke virussen vertonen een hoge specificiteit voor bepaalde celtypen, gebaseerd op de aanwezigheid van specifieke receptoren. * **Entry mechanismen:** Endocytose of membraanfusie worden gebruikt, afhankelijk van het type virus (naakt of enveloped). * **Replicatieplaats:** Replicatie kan plaatsvinden in de kern (bv. Adenovirus, Herpesvirus) of in het cytoplasma (bv. Pokkenvirussen, Mimivirus). * **Virale "fabriek":** Sommige grote virussen, zoals Mimivirus, creëren gespecialiseerde structuren binnen de cel, genaamd virale "fabrieken", voor hun replicatie en assemblage. * **Infectie uitkomsten:** * **Lyse:** Celafbraak en vrijlating van virions. * **Transformatie:** De cel wordt omgezet in een tumorcel die ongecontroleerd deelt (kanker). Dit gebeurt wanneer virale genen die celgroei reguleren, tot expressie komen. * **Persistente infectie:** De cel blijft leven en scheidt continu virions af. * **Latente infectie:** Het virus blijft inactief in de cel totdat een trigger leidt tot reactivatie en replicatie. Herpesvirussen kunnen latente infecties veroorzaken. * **Planten cellen:** * **Mechanische introductie:** Virussen kunnen planten infecteren via wonden in de cuticula, vaak veroorzaakt door insecten of door fysieke schade (bv. wrijven met zand). * **Beweging binnen de plant:** Virussen verspreiden zich binnen de plant via plasmodesmata (kanalen die cytoplasma van aangrenzende cellen verbinden) en via het vaatstelsel. * **Virussen en stress:** Sommige virussen kunnen de plant helpen bij het omgaan met omgevingsstress, zoals droogte. * **Uitkomsten:** Lyse, persistente infectie, en symptomen zoals groeiverstoringen of mozaïekpatronen op bladeren. ### 2.3 Virale genomen en diversiteit ( Baltimore-classificatie en specifieke voorbeelden) De classificatie van virussen door Baltimore groepeert ze op basis van hun genetisch materiaal (DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengig) en de methode die ze gebruiken om mRNA te produceren. #### 2.3.1 Klasse I & VII: Dubbelstrengig DNA (dsDNA) * **Klasse I:** dsDNA virussen (bv. T4 faag, Adenovirus, Herpesvirus, Mimivirus, Pokkenvirussen). * **Replicatie:** Genetisch materiaal wordt getranscribeerd door DNA-afhankelijke RNA-polymerase naar mRNA. De replicatie van het DNA zelf kan via verschillende mechanismen verlopen, zoals rolling circle replicatie (bv. Faag lambda, Faag M13) of replicatie in de celkern of cytoplasma. * **Voorbeelden:** * **T4 faag:** 170 kbp, vervangt cytosine door 5-hydroxymethylcytosine om restrictie-enzymen van de gastheer te omzeilen. Cocodeert voor eigen DNA-polymerase. * **T7 faag:** 40 kbp, repliceert via asymmetrische replicatie. * **Faag lambda:** 48.5 kbp, lineair DNA met cohesieve einden die circulair DNA vormen; kan integreren in gastheergenoom (lysogenie). * **Adenovirussen:** 35 kbp, lineair DNA met terminale eiwitten die fungeren als primer. * **Herpesvirussen:** 150 kbp, lineair DNA; replicatie via rolling circle. * **Pokkenvirussen (Variola major):** 190 kbp, dsDNA met envelop; replicatie volledig in cytoplasma. * **Mimivirus:** Groot genoom, replicatie in "virale fabrieken". * **Klasse VII:** Dubbelstrengig DNA met gedeeltelijk enkelstrengige regio's (bv. Hepadnavirussen zoals Hepatitis B virus). * **Replicatie:** Gebruikt reverse transcriptase om DNA te produceren uit een RNA-template. #### 2.3.2 Klasse II: Enkelstrengig DNA (ssDNA) * **Klasse II:** ssDNA virussen (bv. Parvovirus, Faag ϕX174, Faag M13). * **Replicatie:** Het ssDNA wordt eerst omgezet in een dubbelstrengige replicatieve vorm (RF) in de celkern. Vervolgens wordt deze RF gebruikt voor transcriptie en replicatie. * **Voorbeelden:** * **Faag ϕX174:** Circulair ssDNA genoom, gebruikt rolling circle replicatie. * **Faag M13:** Filamenteus ssDNA virus, veroorzaakt persistente infectie via budding. #### 2.3.3 Klasse III: Dubbelstrengig RNA (dsRNA) * **Klasse III:** dsRNA virussen (bv. Rotavirus, Reovirus). * **Replicatie:** Virussen bevatten een RNA-replicase. Transcriptie vindt plaats van de negatieve streng naar mRNA. Nieuwe dsRNA genomen worden gevormd binnen de capsiden. * **Voorbeelden:** * **Rotavirus:** Veroorzaakt diarree, replicatie vindt plaats in het cytoplasma en vereist assemblage binnen het ER. #### 2.3.4 Klasse IV: Enkelstrengig RNA met positieve polariteit (+ssRNA) * **Klasse IV:** +ssRNA virussen (bv. Poliovirus, Coronavirus, Zika-virus). * **Replicatie:** Het genoom fungeert direct als mRNA. Een virale RNA-replicase synthetiseert vervolgens de complementaire negatieve streng, die als template dient voor de productie van nieuwe +ssRNA genomen en mRNA. * **Voorbeelden:** * **Poliovirus:** 7.5 kb, icosahedrale capside, gebruikt een IRES (Internal Ribosome Entry Site) voor translatie. * **Coronavirus:** 30 kb, enveloped, met karakteristieke "kroon" van spikes. * **Zika-virus:** Veroorzaakt microcefalie bij foetussen. #### 2.3.5 Klasse V: Enkelstrengig RNA met negatieve polariteit (-ssRNA) * **Klasse V:** -ssRNA virussen (bv. Influenza virus, Rhabdovirussen). * **Replicatie:** Het genoom kan niet direct als mRNA dienen. Het virion moet een RNA-replicase bevatten om de positieve streng te synthetiseren, die vervolgens als mRNA fungeert. * **Voorbeelden:** * **Rhabdovirussen:** 13 kb, kogelvormig, bv. Rabiës virus. * **Influenza virus:** 13.6 kb, gesegmenteerd genoom (8 segmenten), pleomorf. #### 2.3.6 Klasse VI: Enkelstrengig RNA met positieve polariteit, maar gerepliceerd via DNA (Retrovirussen) * **Klasse VI:** Retrovirussen (bv. HIV). * **Replicatie:** Gebruiken reverse transcriptase om RNA om te zetten in dsDNA. Dit DNA wordt geïntegreerd in het gastheergenoom, waarna het getranscribeerd wordt. * **Voorbeelden:** * **HIV:** 9.7 kb, enveloped, veroozaakt AIDS. Het RNA genoom is diploïd (twee kopieën van een +ssRNA streng). #### 2.3.7 Speciale gevallen en andere virale entiteiten * **Viroïden:** Kleinere, enkelstrengige circulaire RNA-moleculen zonder eiwitomhulsel. Ze infecteren planten en repliceren met behulp van de plantaardige RNA-polymerase. Ze interfereren met cellulaire processen door complementaire baseparing met gastheer-RNA. * **Prionen:** Geen virussen, maar misgevouwen eiwitten die andere eiwitten kunnen converteren naar de misgevouwen vorm. Dit leidt tot aggregatie en schade in zenuwcellen, bv. de ziekte van Creutzfeldt-Jakob ("dollekoeienziekte"). * **Virofagen:** Kleinere virussen die grotere virussen (zoals Mimivirus) infecteren, en hun replicatie kunnen verstoren. ### 2.4 Methodes voor detectie en kwantificering * **Plaque assay:** Wordt gebruikt om de concentratie van infectieuze virions (fagen of dierlijke virussen) te bepalen. * **Bacteriofagen:** Fagen worden gemengd met bacteriën in een zachte agarlaag. Lytische fagen creëren "plaques" (zones zonder bacteriële groei) op de bacteriële monolaag. Het aantal plaques is proportioneel aan het aantal infectieuze fagen. * **Dierlijke virussen:** Vereist permissieve dierlijke celculturen die gevoelig zijn voor infectie en een lytisch effect vertonen. Plaques zijn zones van celverlies. * **Microscopie:** Grote virussen, zoals Mimivirus, en hun structuren kunnen met geavanceerde microscopietechnieken direct worden waargenomen. * **Vergelijking met bekende structuren:** De structuur van virionen (bv. helicale, icosahedrale, enveloped) en de symmetrie ervan bieden belangrijke kenmerken voor identificatie. > **Tip:** Het bestuderen van de Baltimore-classificatie is cruciaal, omdat dit de basis legt voor het begrijpen van de replicatiestrategieën van verschillende virusgroepen. Ken de belangrijkste voorbeelden van elk klasse. > **Tip:** Let op het onderscheid tussen naakte virussen (alleen capsiden om genoom) en enveloped virussen (met een extra lipide envelop verkregen van de gastheercel). De envelop speelt een sleutelrol bij infectie en vrijlating. --- # Virale genomen en diversiteit Dit onderwerp verkent de enorme variëteit aan virale genomen, de classificatie ervan volgens Baltimore, en de uiteenlopende genomische structuren die de verschillende virustypen kenmerken. ## 3. Virale genomen en diversiteit Virale genomen vertonen een grote diversiteit in termen van grootte, structuur en samenstelling. Ze kunnen variëren van enkele kilobases tot wel enkele megabases. Viroiden daarentegen bestaan uit slechts enkele honderden nucleotiden. Over het algemeen zijn virale genomen kleiner dan die van bacteriën of hogere organismen. RNA-genomen zijn doorgaans kleiner dan 10.000 basenparen, deels vanwege de hogere foutenmarge bij RNA-replicatie zonder proofreading, wat leidt tot gemakkelijke genetische variatie. De grootste genomen worden aangetroffen bij archaeafagen, al is het mogelijk dat er RNA-virussen bestaan die archaea infecteren, rekening houdend met de extreme omstandigheden waarin deze organismen leven. ### 3.1 De Baltimore classificatie van virale genomen De Baltimore classificatie verdeelt virussen in zeven klassen op basis van de aard van hun genetisch materiaal (DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengig) en hoe ze mRNA produceren, wat essentieel is voor replicatie. * **Klasse I: Dubbelstrengig DNA (dsDNA) virussen** * Deze virussen gebruiken een DNA-afhankelijke RNA-polymerase om mRNA te synthetiseren vanuit de negatieve streng. * Voorbeelden: T4 faag, Vaccinia virus. * **Klasse II: Enkelstrengig DNA (ssDNA) virussen** * Het ssDNA wordt eerst omgezet in een dubbelstrengige replicatieve vorm (RF), waarna mRNA wordt gesynthetiseerd door een DNA-afhankelijke RNA-polymerase. * Voorbeelden: Parvovirus, Bacteriofaag $\phi$X174, Bacteriofaag M13. * **Klasse III: Dubbelstrengig RNA (dsRNA) virussen** * Deze virussen bevatten een RNA-afhankelijke RNA-polymerase en synthetiseren mRNA vanuit de negatieve streng. * Voorbeelden: Rotavirus. * **Klasse IV: Enkelstrengig RNA (+) (ssRNA(+)) virussen** * Het genoom fungeert direct als mRNA en kan door ribosomen worden getranslateerd. * Voorbeelden: Poliovirus, Coronavirus. * **Klasse V: Enkelstrengig RNA (-) (ssRNA(-)) virussen** * Deze virussen bevatten een RNA-afhankelijke RNA-polymerase. De negatieve streng dient als template voor mRNA-synthese. * Voorbeelden: Influenza virus, Rhabdovirussen. * **Klasse VI: Enkelstrengig RNA (+) retrovirussen** * Deze virussen bevatten een reverse transcriptase dat het RNA eerst omzet in een dsDNA-intermediair. Dit dsDNA wordt vervolgens getranscribeerd naar mRNA. * Voorbeelden: HIV. * **Klasse VII: Dubbelstrengig DNA (dsDNA) retrovirussen** * Deze virussen hebben een dsDNA-genoom dat via een RNA-intermediair wordt gerepliceerd. * Voorbeelden: Hepadnavirussen (zoals Hepatitis B virus). ### 3.2 Genomische structuren van verschillende virustypen #### 3.2.1 dsDNA virussen * **Bacteriofagen:** * **T4 faag:** Genoom van ongeveer 170 kilobasen (kbp). Een kenmerk is de vervanging van cytosine (C) door 5-hydroxymethylcytosine (hmC) om restrictie-enzymen van de gastheercel te ontwijken. De replicatie verloopt via een concatemeer, dat vervolgens door endonucleasen in individuele genomen wordt geknipt, resulterend in genomen met variabele termini. * **T7 faag:** Genoom van ongeveer 40 kbp. De replicatie start bij een asymmetrische ori (origin of replication). De genomen zijn identiek en hebben terminale repeats, die na splicing concatemeren vormen. Endonucleasen splitsen deze tot lineaire genomen met 5' overhangende eindes. * **Lambda faag ($\lambda$):** Genoom van ongeveer 48.5 kbp. Het lineaire DNA heeft aan de uiteinden complementaire, overhangende ssDNA-sequenties (cohesieve eindes). Deze eindes vormen circulaire DNA-structuren, die vervolgens kunnen integreren in het bacteriële genoom (lysogene cyclus) of repliceren via een rolling circle mechanisme (lytische cyclus). De expressie van genen zoals $cI$ en $Cro$ bepaalt of de cyclus lytisch of lysogeen wordt. * **Virussen van Eukaryoten:** * **Mimivirus:** Een relatief groot virus met een icosahedrale structuur, fibrillen aan de buitenkant en een porie waaruit het genoom kan worden vrijgegeven. Fibrillen helpen bij infectie en interactie met bacteriën. * **Pandoravirus en Pithovirus sibericus:** Zeer grote virussen met complexe structuren, waaronder poriën, en grote genomen. Deze zijn verwant aan Mimivirus. * **Smallpox (Variola major) virus:** Genoom van ongeveer 190 kbp, omgeven door een envelop. Alle replicatie-, transcriptie- en translatieprocessen vinden plaats in het cytoplasma. * **Adenovirussen:** Genoom van ongeveer 35 kbp. Ze hebben lineair dsDNA met terminale repeats die geassocieerd zijn met eiwitten, die fungeren als primers voor DNA-synthese. De virussen hebben een icosahedrale structuur en veroorzaken diverse infecties. * **Polyomavirus (bv. SV40):** Genoom van ongeveer 5 kbp. Het circulaire dsDNA lijkt op een plasmide en kan tumoren induceren door integratie in het gastheer-DNA. * **Herpesvirussen:** Genoom van ongeveer 150 kbp, omgeven door een envelop. Het lineaire dsDNA wordt na penetratie van de celkern gerepliceerd via een rolling circle mechanisme. * **Archaea virussen:** * Er zijn geen RNA-fagen gevonden die archaea infecteren, maar wel diverse DNA-virussen. Sommige vertonen unieke pyramide-achtige structuren (VAPs) die bij openbreken nieuwe virussen vrijgeven. #### 3.2.2 ssRNA virussen * **ssRNA(+) virussen:** * **Poliovirus:** Genoom van ongeveer 7.5 kbp met een icosahedrale capside. Het genoom heeft een poly(A)-staart aan het 3'-uiteinde en een eiwit aan het 5'-uiteinde in plaats van een CAP-structuur. Het gebruikt een Internal Ribosome Entry Segment (IRES) voor translatie. Synthese van de negatieve streng dient als template voor nieuwe positieve strengen. * **Coronavirus:** Genoom van ongeveer 30 kbp, omgeven door een envelop met spikes. Het genoom heeft een CAP en poly(A)-staart, vergelijkbaar met eukaryoot mRNA, wat directe translatie toelaat. Het virus produceert een replicase-eiwit dat de synthese van de negatieve streng initieert. * **Retrovirussen (bv. HIV):** Genoom van ongeveer 9.7 kbp, diploïd (twee identieke kopieën van het ssRNA(+)-genoom). Ze bevatten een reverse transcriptase dat het RNA omzet in DNA, wat vervolgens in het gastheer-DNA wordt geïntegreerd. * **ssRNA(-) virussen:** * **Influenza virus:** Genoom van ongeveer 13.6 kbp, gesegmenteerd in 8 segmenten. Het virus is pleomorf en heeft membraaneiwitten zoals hemagglutinine en neuraminidase. De replicatiecyclus is vergelijkbaar met die van rhabdovirussen en vereist een RNA-replicase. * **Rhabdovirussen (bv. Rabies virus):** Genoom van ongeveer 13 kbp, kogelvormig en omgeven door een envelop. Het virus brengt een RNA-replicase mee dat direct de synthese van mRNA en nieuwe genomen initieert. #### 3.2.3 dsRNA virussen * **Reovirussen (bv. Rotavirus):** Genoom van ongeveer 18.6 kbp, met een icosahedrale structuur. Het virus brengt een RNA-replicase mee voor onmiddellijke transcriptie. De replicatiecyclus omvat de vorming van een dubbele streng na assemblage en maturatie in het endoplasmatisch reticulum. #### 3.2.4 Andere Virale Genoomtypen * **dsDNA/ssDNA virussen (bv. Hepadnavirussen):** Genoom van ongeveer 3.4 kbp. Dit type virus heeft een gedeeltelijk dubbelstrengig en gedeeltelijk enkelstrengig DNA-genoom, en gebruikt reverse transcriptase voor replicatie. Het Hepatitis B virus is een voorbeeld. ### 3.3 Speciale gevallen #### 3.3.1 Viroïden Viroïden bestaan uitsluitend uit RNA met veel complementaire sequenties, waardoor ze een dsRNA-achtige structuur aannemen, maar ze zijn circulair. Ze coderen niet voor eiwitten, maar verstoren de replicatie en transcriptie van de plantencel door interactie met het plantaardige RNA-polymerase. Ze kunnen zich verplaatsen via pollen, insecten en plasmodesmata. #### 3.3.2 Prionen Prionen zijn geen virussen, maar infectieuze eiwitten die zich kunnen vermenigvuldigen door de conformatie van normale eiwitten te veranderen, wat leidt tot aggregatie en schade aan zenuwcellen, zoals bij de ziekte van Creutzfeldt-Jakob (dollekoeienziekte). > **Tip:** De Baltimore classificatie is een cruciaal raamwerk om de diversiteit van virale genomen en hun replicatiestrategieën te begrijpen. Het is essentieel om de zeven klassen en de bijbehorende principes te kennen voor examens. > **Voorbeeld:** De replicatiecyclus van een ssRNA(-) virus zoals influenza vereist dat het virus zelf een RNA-afhankelijke RNA-polymerase meebrengt, omdat de gastheercel dit enzym niet heeft. Dit polymerase gebruikt het virale RNA als template om zowel mRNA als nieuwe virale genomen te synthetiseren. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Virion | De extracellulaire, infectieuze vorm van een virus, bestaande uit genetisch materiaal (RNA of DNA) omgeven door een eiwitschaal (capside). | | Capside | De eiwitschaal die het genetisch materiaal van een virus omhult en beschermt; deze is metastabiel en kan uit elkaar vallen om het genoom vrij te geven in de gastheercel. | | Obligaat intracellulaire parasiet | Een organisme dat niet in staat is zich zelfstandig voort te planten en afhankelijk is van een levende gastheercel voor zijn reproductie. | | Bacteriofaag | Een virus dat specifiek bacteriën infecteert; wordt soms gebruikt als alternatief voor antibiotica vanwege zijn specificiteit. | | Enveloped virus (ingekapseld virus) | Een virus dat naast een capside ook een lipide envelop bezit, afkomstig van het celmembraan van de gastheer, met virale eiwitten erin. | | Naakt virus | Een virus dat alleen een capside heeft als omhulsel, zonder een lipide envelop. | | Capsomeren | De individuele eiwitmoleculen die de capside van een virus vormen, geordend op een specifieke manier. | | Helicale symmetrie | Een vorm van virusstructuur waarbij de capsomeren spiraalvormig gerangschikt zijn rond het genetisch materiaal, resulterend in een staafvormige of filamenteuze structuur. | | Icosahedrale symmetrie | Een vorm van virusstructuur waarbij de capside is opgebouwd uit 20 driehoeken, wat een bolvormig uiterlijk geeft en een efficiënte manier is om een gesloten omhulsel te vormen met minimale capsomeren. | | Plaque assay | Een laboratoriummethode om virussen te detecteren en te kwantificeren door de vorming van plaques (zones van cel-lyse) op een monolaag van gastheercellen. | | Lytische cyclus | Een virale replicatiecyclus waarbij het virus de gastheercel binnendringt, zich vermenigvuldigt, nieuwe virusdeeltjes produceert en uiteindelijk de cel laat lyseren om de nieuwe virions vrij te geven. | | Lysogene cyclus | Een virale replicatiecyclus waarbij het virale genoom geïntegreerd wordt in het genoom van de gastheercel (profaag) en mee gerepliceerd wordt tijdens de celdeling, zonder onmiddellijk de cel te doden. | | Profaag | Het virale genoom van een bacteriofaag dat geïntegreerd is in het bacterieel genoom. | | mRNA | Messenger RNA (boodschapper-RNA), een type RNA dat de genetische code van DNA overbrengt naar ribosomen voor eiwitsynthese. | | Reverse transcriptase | Een enzym dat RNA kan omzetten in DNA, kenmerkend voor retrovirussen. | | Viroid | Een infectieus agens dat uitsluitend uit een kort, circulair RNA-molecuul bestaat en geen eiwitmantel heeft; ze infecteren voornamelijk planten. | | Prion | Een abnormaal gevouwen eiwit dat de neiging heeft om zich te aggregeren en andere normale eiwitten te dwingen zich ook abnormaal te vouwen, wat leidt tot neurodegeneratieve ziekten. | | Baltimore classificatie | Een systeem voor het classificeren van virussen op basis van hun genoom (DNA of RNA, enkel- of dubbelstrengig) en hun methode van mRNA-productie. | | Viroloog | Een wetenschapper die gespecialiseerd is in de studie van virussen. | | Gastheercel (GH) | De cel die geïnfecteerd wordt door een virus en die door het virus wordt gebruikt voor replicatie. | | Genetisch materiaal (NZ) | Het nucleïnezuur (DNA of RNA) dat de genetische informatie van een virus bevat. | | Cytoplasmatisch membraan (CP membraan) | Het membraan aan de buitenkant van de cel dat de celinhoud scheidt van de omgeving. | | Fibrillen | Fijne, haarachtige structuren op het oppervlak van sommige virussen, die kunnen helpen bij infectie of interactie met de gastheer. | | Virofagen | Kleinere virussen die grotere virussen infecteren en hun replicatie verstoren, vaak voorkomend bij amoeben. |