Virologie
H1: an introduction to virology (1/3)
WAT ZIJN VIRUSSEN EN VANWAAR ONTSTAAN ZE?
INTRODUCTIE
Wat zijn virussen?
• Meest voorkomende biologische entiteiten op onze planeet
• Spelen een grote rol in de globale ecologie en evolutie van de biosfeer
• Virussen zijn intracellulaire parasieten + genoom ingepakt in kleine proteïne/lipide partikels.
o Hebben gastheer nodig om genetisch materiaal te repliceren
• Alle organismen hebben een eigen unieke repertoire/set van virussen
• Virussen zijn overal → In bodems, zee, dieren, planten etc
• Het menselijk DNA bestaat deels uit voorouderlijk viraal genetisch materiaal
o Veel van ons eigen menselijk genoom is voorouderlijk viraal genetisch materiaal
o 1,5% van het menselijk genoom bestaat uit eiwitcoderende genen → veel
transposable items waren overblijfselen van voorouderlijke virussen.
Humaan microbioom
• Ons lichaam bevat 1013 bacteriën die op onze huid en organen leven. Deze bacteriën worden
beïnvloed door virussen
o Bacteriofagen= virussen die bacteriën kunnen infecteren.
Humaan en globaal viroom
• Virussen komen in verschillende anatomische systemen voor (bloed, spijsvertering,
luchtwegen etc)
• Globaal viroom project: onderzoekt virussen wereldwijd en helpt bij het voorspellen van
epidemieën en pandemieën
o Viroom= geheel van virussen die aanwezig zijn in bepaalde omgevingen. Concept
vergelijkbaar met het microbioom
Ons lichaam bevat een complex ecosysteem van bacteriën en virussen. Het begrijpen van het viroom
is essentieel voor ziektepreventie en wereldwijde virusbewaking
Hoe zit het met de grootte van virussen?
• Virussen zijn klein: virussen<bacteriën< menselijke cel
• Grootte: 20-300nm
• Microscoop: EM (te klein om te zien met een LM)
• UITZ: mimi-virus (400nm) en pandora-virus (1000nm)
o Leven in amoeba → eencellige organisme die voortbewegen en voeden mbv
pseudopodia
o Hebben dsDNA
o Pandora heeft een ‘mond’ dat wordt gebruikt om de cel aan te vallen en zijn genoom
te releasen in de cel.
1
,Hoe zit het met de structuur/vorm van virussen?
• Virussen hebben diverse structuren/ vormen
• Meest voorkomende structuur: spherical → soort van ronde structuur.
o Met deze structuur kan er veel materiaal verpakt worden
• Andere structuren zijn complexer
o Bullet shape
o Philo-mentous virussen
o Variola en pox virussen
Virussen zijn obligate parasieten, wat wordt er hiermee bedoeld?
• Maw: virussen kunnen niet zelfstandig leven of zich zelfstandig repliceren. De virussen hebben
een gastheer nodig om hun genetisch materiaal te kopiëren en nieuwe virusdeeltjes te maken.
Virussen hebben geen eigen metabo.
• Gastheerspectrum: planten, dieren, eukaryoten, bacteriën
• Structuur van virussen
o Genetisch materiaal: DNA of RNA, ss of ds
o Bescherming: omgeven door een capside (=eiwitkapsel) + (soms) een lipid envelop
• Werking v virussen
o Viraal genoom = obligaat moleculaire parasiet → werkt pas na replicatie in een cel
o Alle virussen moeten mRNA maken dat door de gastheer vertaald moet worden →
parasiteren het eiwitsynthese apparaat van de gastheercel
• Infectieproces (virion= besmettelijk virusdeeltje)
o Fusie met celmembraan → vrijgave genetisch materiaal in de cel
o Compatibel met eiwitsynthese gastheer
o Nieuwe virusdeeltjes aangemaakt en uit de cel vrijgelaten
• Niet alle virussen maken ons ziek
o Sommige virussen veroorzaken ziekten, maar veel virussen zijn onschadelijke
passanten
o Ons IS heeft zich aangepast aan bepaalde virussen
Virus replicatie: de essentie van het proces
1. Inoculatie: Virus hecht zich aan de cel dat die zal infecteren
2. Eclipse: Gedurende een periode is er geen zichtbaar bewijs van virusactiviteit omdat het virus
zich in de cel bevindt, maar nog niet actief is
3. Het virus gebruikt de machinerie van de gastheercel om zijn genetisch materiaal te repliceren
en virus-eiwitten te maken.
4. Burst: geïnfecteerde cel produceert veel virusdeeltjes die zich ophopen
5. Vrijkomen van een grote hoeveelheid virusdeeltjes, vaak sterft de geïnfecteerde cel hierdoor
→ verspreiding van het virus naar andere cellen
>< bacteriën → binaire splitsing: een cel deelt zich in 2.
2
,Waarom hebben virussen een hoge mutatiesnelheid?
• Genoomgrootte → Eukaryoten: grote genomen → veel energie vereist om het genetisch
materiaal zonder fouten te kopiëren. Een exacte kopie van het genetische materiaal is nodig
om goed te functioneren
• Afwezigheid van proofreading (=fout-correctie-mechanismen)
o Virussen hebben over het algemeen hogere mutatiesnelheden dan bacteriën, omdat
er geen proofreading aanwezig is.
o Er ontstaan veel fouten tijdens de replicatie → ontstaan van varianten
• Vb: corona virus en HIV
o Corona virus: dit is een RNA virus. Er zijn heel veel varianten ( alfa, beta, delta, gamma,
omicron)
o HIV: virus dat veel mutaties ophoopt gedurende zijn levenscyclus. Elke keer als er een
mutatie wordt opgenomen, ontstaat er een nieuwe variant. Dit leidt tot een grote
diversiteit aan virusvarianten, zelfs binnen 1 patiënt.
• DNA virussen evolueren langzamer dan RNA-virussen → DNA polymerasen een
correctiemechanisme hebben, waardoor fouten tijdens replicatie hersteld worden ➔
replicatie is dus minder fout-gevoelig dan bij RNA virussen → minder genetische variatie →
evolueren trager dan RNA virussen
ZIJN VIRUSSEN LEVEND OF DOOD? ANTWOORD = DOOD
Virussen worden als niet-levend beschouwd, waarom?
• Geen eigen energieproductie of metabo
o Virussen hebben geen eigen energieproductie
o Virussen kunnen niet zelfstandig repliceren of evolueren
o Virussen kunnen enkel binnen een cel repliceren en evolueren. Buiten een cel zijn het
levenloze complexe organische stoffen
• Geen virale voorouders
o Geen gen gevonden dat door alle virussen wordt gedeeld
o Er zijn wel gemeenschappelijke eiwitmotieven in virale capsiden → waarschijnlijk
ontstaan door convergente evolutie of horizontale genoverdracht.
• Geen gemeenschappelijke structuur afgeleid van een voorouder
o Cellen verkrijgen membranen van andere cellen tijdens celdeling →
membraanerfelijkheid
o Virussen hebben GEEN dergelijke geërfde structuren
OORSPRONG VAN VIRUSSEN
Hoe zijn virussen ontstaan? 3 traditionele hypotheses → waarheid: combinatie van deze 3
• Primordial virus world/ virus early hypothese
o Virussen zijn een directe afstamming van de eerste replicerende systemen(=replicons)
▪ Replicon = eenheid van DNA/RNA die instaat is tot zelfreplicatie
o Bestonden vóór de vorming van cellen
▪ In de pre-cellulaire fase bestonden er nog geen cellen, maar er waren al
systemen die instaat waren om kopieën van genetisch materiaal te maken
3
, • Reductive virus origin/ regression hypothese
o Virussen zijn geëvolueerd uit cellen die vroeger zelfstandig konden repliceren, energie
produceren en andere vitale functies konden uitvoeren, maar ze hebben deze functies
verloren, waardoor ze uiteindelijk virussen werden, die nu afhankelijk zijn van
gastheercellen
• Escaped genes hypothese
o Virussen geëvolueerd uit cellulaire genen die ontsnapten van hun oorspronkelijke
gastheercellen. De genen (zonder de rest van de celstructuur) zijn buiten de cel, maar
hebben hun vermogen tot replicatie behouden
Hoe is het typisch genoom van een virus opgebouwd?
• Soort genetisch materiaal:
o Ss of ds RNA
o Ss of ds DNA
• 2 kernmodules:
o Non-structural proteins (nsp): genen die coderen voor eiwitten die nodig zijn voor
genoomreplicatie
▪ Vb: RNA polymerase
o Structural proteins ( sp): genen die coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij de
vorming van virionen (=virusdeeltjes)
▪ Vb: spike
Wat zijn de 5 hallmark(=kenmerkende) virale replicatiegenen
1. Geen specifieke virusgenen >< tot zoogdieren en mensen die dit wel specifieke genen hebben
2. Geen nauwe homologen in cellen:
o Virale replicatiegenen lijken niet sterk op genen in cellulaire organismen
3. Verbinding tussen virussen en mobiele genetische elementen (zoals transposons):
o Virussen en deze genetische elementen hebben mogelijk een gemeenschappelijke
oorsprong of wisselen genetisch materiaal met elkaar uit
o Dit verklaart waarom sommige virale genen worden gedeeld door virussen met
verschillende genetisch materiaal (RNA/ DNA)
4. RNA virussen: aanwezigheid van RNA afhankelijkankelijke RNA polymerase (RdRp)
5. DNA en retrovirussen hebben verschillende polymerase:
o DNA virussen: gebruik van DNA afhankelijk DNA polymerase
o Retrovirussen: gebruik van RT om RNA om te zetten in DNA
Cellulaire oorsprong van capsiden
• Beperkte diversiteit van virale capsiden
• Veelvoorkomende capsidestructuur: ico-sah-edral capside. (andere: helix, staafvormig)
• Evolutie vanuit cellulaire eiwitten
o Waarschijnlijk geëvolueerd uit oorspronkelijke cellulaire eiwitten die binding aan
koolhydraten of nucleïnezuren mogelijk maakten.
o Dit gaf virussen de capaciteit om aan gastheercellen te hechten en hun genetisch
materiaal te beschermen.
4
H1: an introduction to virology (1/3)
WAT ZIJN VIRUSSEN EN VANWAAR ONTSTAAN ZE?
INTRODUCTIE
Wat zijn virussen?
• Meest voorkomende biologische entiteiten op onze planeet
• Spelen een grote rol in de globale ecologie en evolutie van de biosfeer
• Virussen zijn intracellulaire parasieten + genoom ingepakt in kleine proteïne/lipide partikels.
o Hebben gastheer nodig om genetisch materiaal te repliceren
• Alle organismen hebben een eigen unieke repertoire/set van virussen
• Virussen zijn overal → In bodems, zee, dieren, planten etc
• Het menselijk DNA bestaat deels uit voorouderlijk viraal genetisch materiaal
o Veel van ons eigen menselijk genoom is voorouderlijk viraal genetisch materiaal
o 1,5% van het menselijk genoom bestaat uit eiwitcoderende genen → veel
transposable items waren overblijfselen van voorouderlijke virussen.
Humaan microbioom
• Ons lichaam bevat 1013 bacteriën die op onze huid en organen leven. Deze bacteriën worden
beïnvloed door virussen
o Bacteriofagen= virussen die bacteriën kunnen infecteren.
Humaan en globaal viroom
• Virussen komen in verschillende anatomische systemen voor (bloed, spijsvertering,
luchtwegen etc)
• Globaal viroom project: onderzoekt virussen wereldwijd en helpt bij het voorspellen van
epidemieën en pandemieën
o Viroom= geheel van virussen die aanwezig zijn in bepaalde omgevingen. Concept
vergelijkbaar met het microbioom
Ons lichaam bevat een complex ecosysteem van bacteriën en virussen. Het begrijpen van het viroom
is essentieel voor ziektepreventie en wereldwijde virusbewaking
Hoe zit het met de grootte van virussen?
• Virussen zijn klein: virussen<bacteriën< menselijke cel
• Grootte: 20-300nm
• Microscoop: EM (te klein om te zien met een LM)
• UITZ: mimi-virus (400nm) en pandora-virus (1000nm)
o Leven in amoeba → eencellige organisme die voortbewegen en voeden mbv
pseudopodia
o Hebben dsDNA
o Pandora heeft een ‘mond’ dat wordt gebruikt om de cel aan te vallen en zijn genoom
te releasen in de cel.
1
,Hoe zit het met de structuur/vorm van virussen?
• Virussen hebben diverse structuren/ vormen
• Meest voorkomende structuur: spherical → soort van ronde structuur.
o Met deze structuur kan er veel materiaal verpakt worden
• Andere structuren zijn complexer
o Bullet shape
o Philo-mentous virussen
o Variola en pox virussen
Virussen zijn obligate parasieten, wat wordt er hiermee bedoeld?
• Maw: virussen kunnen niet zelfstandig leven of zich zelfstandig repliceren. De virussen hebben
een gastheer nodig om hun genetisch materiaal te kopiëren en nieuwe virusdeeltjes te maken.
Virussen hebben geen eigen metabo.
• Gastheerspectrum: planten, dieren, eukaryoten, bacteriën
• Structuur van virussen
o Genetisch materiaal: DNA of RNA, ss of ds
o Bescherming: omgeven door een capside (=eiwitkapsel) + (soms) een lipid envelop
• Werking v virussen
o Viraal genoom = obligaat moleculaire parasiet → werkt pas na replicatie in een cel
o Alle virussen moeten mRNA maken dat door de gastheer vertaald moet worden →
parasiteren het eiwitsynthese apparaat van de gastheercel
• Infectieproces (virion= besmettelijk virusdeeltje)
o Fusie met celmembraan → vrijgave genetisch materiaal in de cel
o Compatibel met eiwitsynthese gastheer
o Nieuwe virusdeeltjes aangemaakt en uit de cel vrijgelaten
• Niet alle virussen maken ons ziek
o Sommige virussen veroorzaken ziekten, maar veel virussen zijn onschadelijke
passanten
o Ons IS heeft zich aangepast aan bepaalde virussen
Virus replicatie: de essentie van het proces
1. Inoculatie: Virus hecht zich aan de cel dat die zal infecteren
2. Eclipse: Gedurende een periode is er geen zichtbaar bewijs van virusactiviteit omdat het virus
zich in de cel bevindt, maar nog niet actief is
3. Het virus gebruikt de machinerie van de gastheercel om zijn genetisch materiaal te repliceren
en virus-eiwitten te maken.
4. Burst: geïnfecteerde cel produceert veel virusdeeltjes die zich ophopen
5. Vrijkomen van een grote hoeveelheid virusdeeltjes, vaak sterft de geïnfecteerde cel hierdoor
→ verspreiding van het virus naar andere cellen
>< bacteriën → binaire splitsing: een cel deelt zich in 2.
2
,Waarom hebben virussen een hoge mutatiesnelheid?
• Genoomgrootte → Eukaryoten: grote genomen → veel energie vereist om het genetisch
materiaal zonder fouten te kopiëren. Een exacte kopie van het genetische materiaal is nodig
om goed te functioneren
• Afwezigheid van proofreading (=fout-correctie-mechanismen)
o Virussen hebben over het algemeen hogere mutatiesnelheden dan bacteriën, omdat
er geen proofreading aanwezig is.
o Er ontstaan veel fouten tijdens de replicatie → ontstaan van varianten
• Vb: corona virus en HIV
o Corona virus: dit is een RNA virus. Er zijn heel veel varianten ( alfa, beta, delta, gamma,
omicron)
o HIV: virus dat veel mutaties ophoopt gedurende zijn levenscyclus. Elke keer als er een
mutatie wordt opgenomen, ontstaat er een nieuwe variant. Dit leidt tot een grote
diversiteit aan virusvarianten, zelfs binnen 1 patiënt.
• DNA virussen evolueren langzamer dan RNA-virussen → DNA polymerasen een
correctiemechanisme hebben, waardoor fouten tijdens replicatie hersteld worden ➔
replicatie is dus minder fout-gevoelig dan bij RNA virussen → minder genetische variatie →
evolueren trager dan RNA virussen
ZIJN VIRUSSEN LEVEND OF DOOD? ANTWOORD = DOOD
Virussen worden als niet-levend beschouwd, waarom?
• Geen eigen energieproductie of metabo
o Virussen hebben geen eigen energieproductie
o Virussen kunnen niet zelfstandig repliceren of evolueren
o Virussen kunnen enkel binnen een cel repliceren en evolueren. Buiten een cel zijn het
levenloze complexe organische stoffen
• Geen virale voorouders
o Geen gen gevonden dat door alle virussen wordt gedeeld
o Er zijn wel gemeenschappelijke eiwitmotieven in virale capsiden → waarschijnlijk
ontstaan door convergente evolutie of horizontale genoverdracht.
• Geen gemeenschappelijke structuur afgeleid van een voorouder
o Cellen verkrijgen membranen van andere cellen tijdens celdeling →
membraanerfelijkheid
o Virussen hebben GEEN dergelijke geërfde structuren
OORSPRONG VAN VIRUSSEN
Hoe zijn virussen ontstaan? 3 traditionele hypotheses → waarheid: combinatie van deze 3
• Primordial virus world/ virus early hypothese
o Virussen zijn een directe afstamming van de eerste replicerende systemen(=replicons)
▪ Replicon = eenheid van DNA/RNA die instaat is tot zelfreplicatie
o Bestonden vóór de vorming van cellen
▪ In de pre-cellulaire fase bestonden er nog geen cellen, maar er waren al
systemen die instaat waren om kopieën van genetisch materiaal te maken
3
, • Reductive virus origin/ regression hypothese
o Virussen zijn geëvolueerd uit cellen die vroeger zelfstandig konden repliceren, energie
produceren en andere vitale functies konden uitvoeren, maar ze hebben deze functies
verloren, waardoor ze uiteindelijk virussen werden, die nu afhankelijk zijn van
gastheercellen
• Escaped genes hypothese
o Virussen geëvolueerd uit cellulaire genen die ontsnapten van hun oorspronkelijke
gastheercellen. De genen (zonder de rest van de celstructuur) zijn buiten de cel, maar
hebben hun vermogen tot replicatie behouden
Hoe is het typisch genoom van een virus opgebouwd?
• Soort genetisch materiaal:
o Ss of ds RNA
o Ss of ds DNA
• 2 kernmodules:
o Non-structural proteins (nsp): genen die coderen voor eiwitten die nodig zijn voor
genoomreplicatie
▪ Vb: RNA polymerase
o Structural proteins ( sp): genen die coderen voor eiwitten die betrokken zijn bij de
vorming van virionen (=virusdeeltjes)
▪ Vb: spike
Wat zijn de 5 hallmark(=kenmerkende) virale replicatiegenen
1. Geen specifieke virusgenen >< tot zoogdieren en mensen die dit wel specifieke genen hebben
2. Geen nauwe homologen in cellen:
o Virale replicatiegenen lijken niet sterk op genen in cellulaire organismen
3. Verbinding tussen virussen en mobiele genetische elementen (zoals transposons):
o Virussen en deze genetische elementen hebben mogelijk een gemeenschappelijke
oorsprong of wisselen genetisch materiaal met elkaar uit
o Dit verklaart waarom sommige virale genen worden gedeeld door virussen met
verschillende genetisch materiaal (RNA/ DNA)
4. RNA virussen: aanwezigheid van RNA afhankelijkankelijke RNA polymerase (RdRp)
5. DNA en retrovirussen hebben verschillende polymerase:
o DNA virussen: gebruik van DNA afhankelijk DNA polymerase
o Retrovirussen: gebruik van RT om RNA om te zetten in DNA
Cellulaire oorsprong van capsiden
• Beperkte diversiteit van virale capsiden
• Veelvoorkomende capsidestructuur: ico-sah-edral capside. (andere: helix, staafvormig)
• Evolutie vanuit cellulaire eiwitten
o Waarschijnlijk geëvolueerd uit oorspronkelijke cellulaire eiwitten die binding aan
koolhydraten of nucleïnezuren mogelijk maakten.
o Dit gaf virussen de capaciteit om aan gastheercellen te hechten en hun genetisch
materiaal te beschermen.
4
