Ein Virus ist ein infektiöses Agens, das einen Wirt , oft eine Zelle , benötigt, dessen Bestandteile und Stoffwechsel die Replikation auslösen . Der Name Virus wurde aus dem geliehenen XVI th Jahrhundert von Ambroise Pare in Latein - Virus, ï, n. ( „ Gift , Gift , richtiger Pflanzensaft “ ). Die Wissenschaft der Viren ist die Virologie , und ihre Experten sind Virologen oder Virologen .
Viren werden zunehmend als Teil der Akaryonten angesehen . Sie ändern während ihres Zyklus ihre Form und durchlaufen zwei Phasen:
In der intrazellulären Form (innerhalb der Wirtszelle) sind Viren genetische Elemente, die in ein Chromosom des Wirtsgenoms (dies wird ein Provirus oder ein Prophagen genannt ) integriert werden können oder nicht (zB Fabriken, Virionen ).
Für den Menschen gelten 2018 von den rund 5.000 beschriebenen Arten nur 129 als pathogen .
Die Debatte über die Natur von Viren ( lebend oder nicht ) basiert auf komplexen Vorstellungen und bleibt bis heute offen. Nach vielen Definitionen von Lebewesen (materielle Einheiten, die die Funktionen der Beziehung, Ernährung, Fortpflanzung erfüllen) sind Viren keine Lebewesen. Durch die Erweiterung der Definition des Lebendigen auf eine Entität, die das Entropieniveau senkt und sich durch Fehler reproduziert, könnten Viren jedoch als lebend betrachtet werden.
Viruserkrankungen wie Tollwut , Gelbfieber und Pocken befallen den Menschen seit Jahrtausenden. Von Hieroglyphen offenbaren Sie die Kinderlähmung im alten Ägypten ; Schriften von Greco - römischen Antike und aus dem Fernen Osten beschreiben bestimmte Viruserkrankungen.
Am Ende des XIX - ten Jahrhunderts stellen Infektionserregern , die weder waren Bakterien noch Pilze noch Parasiten und konnte das optische Mikroskop nicht erkennen kann , war noch kaum denkbar. Der Testin- Arzt Jean Hameau hatte 1837 vor der Royal Society of Medicine of Bordeaux einen ersten Vortrag über Viren gehalten , Reflections on Viruses , dann 1843 vor der National Academy of Medicine . Seine Memoiren über Viren wurden in einer Sitzung der Academy of Medicine präsentiert an14. April 1850.
Die Wissenschaftler isolierten sich also Infektionserreger durch Porzellanfilter, mit denen Bakterien gesammelt wurden. Zwischen 1887 und 1892 , der russischen Botaniker Dimitri Iwanowski , durch das Studium Mosaik von Tabak , zeigt , dass der Saft von erkrankten Pflanzen enthielt ein infektiöses Agens nicht durch die einbehaltenen Filter Chamberland- (vom entworfenen Biologen mit dem gleichen Namen ). Ivanovsky dachte an ein Toxin oder ein sehr kleines Bakterium. Es war der niederländische Chemiker Martinus Willem Beijerinck, der diese Arbeit vertiefte und 1898 sowohl die Bakterienhypothese als auch die Toxinhypothese verwarf: Er verdünnte den Saft infizierter Pflanzen und inokulierte ihn in Pflanzen, die die Krankheit entwickelten; Durch wiederholte Manipulation konnte er die Krankheit mehrmals übertragen und zeigte damit, dass der Saft der letzten infizierten Pflanze genauso virulent war wie die erste, eine Wirkung, die ein Toxin nach so vielen Verdünnungen nicht hätte hervorrufen können. Beijerinck nannte den Wirkstoff Contagium vivum fluidum („löslicher lebender Keim“).
Gleichzeitig wurde das erste Virus der Maul- und Klauenseuche von Friedrich Löffler und Paul Frosch identifiziert . Das erste humanpathogene Virus , das zwischen 1900 und 1902 identifiziert wurde, ist das Gelbfieber- Virus . Louis Pasteur nannte sie „Infrabakterien“, andere nannten sie „filternde Viren“ oder „ultrafiltrierende Viren“.
Während des Ersten Weltkriegs wiesen der Brite Frederick Twort und der frankokanadische Mikrobiologe Félix d'Hérelle das Phänomen der "transmissiblen Lyse" nach, das bei der Lyse von in festem Medium kultivierten Bakterien beobachtet werden kann . Dieses Phänomen ist auf ein Bakterienvirus zurückzuführen, das Félix d'Hérelle Bakteriophage nannte . Viren von Pflanzen, Tieren, Menschen und Bakterien entdeckt wurden und ihre Listen und nie während der wachsen aufhörte XX - ten Jahrhundert.
Um 1925 wurde ein Virus definiert als ein "Erreger, der für eine infektiöse, parasitäre Krankheit mit Partikelcharakter und einer Größe zwischen 0,01 und 0,3 Mikrometer verantwortlich ist ".
Das Aufkommen der Elektronenmikroskopie in den 1930er Jahren machte es möglich, Viren zu beobachten, aber zu diesem Zeitpunkt wusste man noch nicht, was sie wirklich waren. Der Biochemiker Amerikaner Wendell Stanley kristallisierte das Virus von Tabak - Mosaik in Form von Proteinkristall in 1935 . Im folgenden Jahr zeigten weitere Studien, dass dieser Kristall auch RNA enthielt . Spätere Studien zeigten, dass sie je nach untersuchten Viren entweder aus Proteinen und RNA oder aus Proteinen und DNA bestanden. Es war 1957 , dass André Lwoff eine klare und moderne Definition von Viren vorgeschlagen. 1959 schlugen die Mikrobiologen Lwoff, Anderson und Jacob den Begriff Virion vor , um das infektiöse Viruspartikel zu definieren.
Fortschritte in der Zellkultur , der Elektronenmikroskopie und der Molekularbiologie ermöglichten ab den 1960er Jahren Fortschritte beim Verständnis der Mechanismen der Virusreplikation, bei zuverlässigen Diagnosen und bei der Entwicklung von Impfstoffen .
Wir wissen, vom Ende der XX - ten Jahrhunderts , dass die Weltmeere ein riesiges Reservoir des Virus von der Oberfläche zu der sind hydrothermalen Quellen durch die Arktis und Sedimente Segler.
Im Meerwasser beträgt die Konzentration der Viruspartikel 10 6 bis 10 8 Partikel pro Milliliter. An der Oberfläche und in Küstennähe liegen die üblicherweise anzutreffenden Viruskonzentrationen in der Größenordnung von 10 7 Viren pro Milliliter (dh zehntausend Viren pro Kubikmillimeter (ein Tausendstel Milliliter)); Die Konzentration nimmt mit der Tiefe und Entfernung vom Ufer ab. Höhere Konzentrationen (10 8 bis 10 9 / cm 3 ) finden sich in oberflächennahen Meeressedimenten.
Diese Viren spielen im Ozean eine wichtige Rolle bei der Bekämpfung von Algenblüten sowie in biogeochemischen Kreisläufen , insbesondere im ozeanischen Kohlenstoffkreislauf (täglich werden etwa 20% der Organismen, die die gesamte ozeanische mikrobielle Biomasse ausmachen, durch Viren abgetötet. ; letztere greifen Phytoplankton und Zooplankton massiv an , aber auch Bakterien und Cyanophyceen).
Dank der Fortschritte in der Durchflusszytometrie und der genetischen Analyse ( insbesondere der Metagenomik ) haben Forscher in wenigen Jahrzehnten fast 200.000 Arten von Viruspopulationen auf See inventarisiert ( 2019 waren es genau 195.728, eine Zahl, die zwölfmal höher ist als die der Bewertung hergestellt im Jahr 2016 ); 90% der zwischen 2016 und 2019 auf See identifizierten Viren waren der Wissenschaft bisher unbekannt. Hinweis: Wir sprechen hier nicht von Arten, sondern von Populationen , innerhalb derer innerhalb einer Gruppe mehr Genfluss stattfindet als zwischen Virengruppen (wenn die sequenzierten Viren mindestens 95 % ihrer DNA teilen, werden sie in dieselbe Population eingeordnet von den anderen unterscheiden).
Im Jahr 2007 wurde geschätzt, dass es im Ozean etwa 10 30 Viren geben könnte ; gestreckt und Ende an Ende platziert, würden sie eine Linie bilden, die sich über die 60 nächsten Galaxien hinaus erstreckt . Und jede Sekunde würde sich um seine 10 23 virale Infektionen im Meer, eine wichtige Rolle bei der Entwicklung und Wartung des marinen Artenvielfalt zu spielen. Die virale Häufigkeit scheint mit der Häufigkeit und Produktivität von Prokaryoten zusammenzuhängen , aber diese Beziehung variiert je nach Meeresumgebung, insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur.
Das Virom ist die virale Komponente eines Mikrobioms . Somit ist das humane Virom (in) die Menge der viralen Gemeinschaften der Mikrobiota des menschlichen Organismus . Aktuelle Forschungen schätzen, dass im menschlichen Körper 100-mal mehr Viren (10 15 ) als menschliche Zellen (10 13 ) vorhanden sind. Jeder gesunde Mensch trägt im Durchschnitt mehr als 10 Arten von Viren, die für chronische und asymptomatische systemische Virusinfektionen verantwortlich sind.
Ein Virus zeichnet sich durch seine Unfähigkeit aus, sich durch Mitose , Spaltung oder Meiose zu vermehren . Um seine Nukleinsäure zu replizieren, ist es auf eine Wirtszelle angewiesen, die es infizieren muss, um seinen Stoffwechsel umzuleiten und zu nutzen: Ein Virus ist notwendigerweise ein intrazellulärer Parasit . Es besteht aus einem oder mehreren Nukleinsäuremoleküle ( DNA oder RNA , einzelne oder doppelsträngig ), gegebenenfalls in A enthaltene Proteinschale genannt Kapsid oder sogar eine Lipidhülle (zB: Ebolavirus ist ein umhülltes Virus). Manchmal enthalten einige Kapside einige Enzyme (zB HIV-Reverse Transkriptase), aber keine, die Energie produzieren können.
Historisch betrachtet wurden Viren zunächst als organische Partikel angesehen, die als unfiltrierbar bezeichnet wurden, dann von kleiner Größe (kleiner als die eines Bakteriums ), im Allgemeinen weniger als 250 Nanometer , die eine doppelte oder einzelne Nukleinsäure besitzen, immer nur eines Typs (DNA oder RNA). . Die Giraffen haben diese Definition zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung zum ersten Mal umgekippt. Letztere gehören jedoch zum Reich der Viren und ihre Virionen enthalten sowohl DNA- als auch RNA-Moleküle, was diese historische Sichtweise in Frage stellt. Es war notwendig, die Definition von Viren und die Bildung von Klassen wie " Riesenviren " wie Mimivirus mit seiner Größe von 400 nm oder " Girus " oder NCLDV oder sogar Pandoraviren mit einer Größe von bis zu 1000 nm und deren " capsid “was nicht wirklich eines ist. Die Entdeckung von Virophagen und Satellitenviren veränderte auch die Art und Weise, wie wir Viren sahen, und widerrief die Vorstellung, dass zelluläre Virose die nicht reduzierbare Form des Parasitismus sei.
Heute stimmen die Forscher auf einer Befragung des capsidocentric Paradigma , die Entdeckungen der Virusspezies gegeben zeigen , dass einige verschiedene Formen haben können, einschließlich acapsids , aber jedes Mal infektiöser ohne Hilfe eines Assistent - Virus. . Jenseits dieses Paradigmas scheinen die Ursprünge von Viren vielfältig zu sein. Somit hätten sich bestimmte Viren aus mutmaßlichen zellulären Vorfahren entwickelt, die sich selbst vereinfacht haben. Gleichzeitig haben sich andere Viren aus autonomen genetischen Replikonen wie Transposons, Plasmiden und Affiliates entwickelt, die schließlich zuerst ihre eigene Infektiosität und dann ein mögliches Kapsid erworben haben.
Ob sie in die Biologie und das Studium von Krankheiten einbezogen werden, Viren sind seit ihrer ersten Entdeckung und den folgenden umstritten.
Virus am Leben oder nichtDie Debatte über die lebendige oder träge Natur von Viren ist heute noch offen. Um diese Frage zu beantworten, muss zuerst eine andere beantwortet werden: Was ist das Leben? Laut Ali Saïb ist „der Begriff der Lebewesen ein dynamischer Begriff, der sich gemäß unserem Wissen entwickelt. Daher ist die Grenze zwischen träger Materie und Lebewesen ebenso instabil ” . Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Stoffwechsels, das heißt eines zusammenhängenden Satzes chemischer Prozesse ( Homöostase und nicht Reproduktion), stellt eine mögliche Diskriminante dar, die auf jeden Fall bequem ist, aber reduzierend erscheint.
Viren besitzen wie lebende Zellen Nukleinsäure ( DNA oder RNA ) und Proteine . Nach der Definition des Biochemikers Wendell Stanley sind Viren jedoch keine Lebewesen, sondern „einfache“ Assoziationen biologischer Moleküle, das Ergebnis einer Selbstorganisation organischer Moleküle. Auch François Jacob betont diese Eigenschaft von Viren: „In einem Kulturmedium suspendiert, können sie alle Funktionen, die Lebewesen gemeinsam haben, weder verstoffwechseln , noch Energie produzieren oder verbrauchen, noch wachsen oder vermehren. Viren haben keine eigene enzymatische Maschinerie, können sich nur vermehren, indem sie die einer Zelle verwenden, die sie infizieren. Außerdem enthalten Viren Nukleinsäure, DNA oder RNA, aber nicht beides gleichzeitig, im Gegensatz zu lebenden Zellen (außer Mimiviren).
Eine ganz andere These vertreten hingegen Gustavo Caetano-Anollés und Arshan Nasir (vom Labor für Evolutionäre Bioinformatik der University of Illinois, USA). Sie argumentieren, dass neben den drei großen „Zweigen“ der Lebewesen (klassischerweise unter dem Namen von Domänen zusammengefasst ) Archaeen , Bakterien ( Prokaryoten ) und Eukaryoten , Viren einen vierten bilden. Sie wären das Ergebnis von Zellen vor dem letzten universellen gemeinsamen Vorfahren ( Last Universal Common Ancestor , Akronym LUCA) der anderen drei Gebiete. Um ihre Theorie voranzutreiben, stützen sich die beiden Forscher nicht auf genetische Sequenzen, sondern auf die 3D- Strukturen der von ihnen produzierten Proteine.
Seit 1990 haben sie 11 Millionen Proteine analysiert, die von 3.460 Virusarten und 1.620 Zellarten der drei Domänen produziert werden; sie behaupten daher, die Evolutionsgeschichte dieser Strukturen verfolgen zu können; Proteine mit ähnlichen Strukturen würden von demselben hypothetischen Vorfahren stammen.
Wenn diese Hypothese immer noch in der Minderheit ist , meint Patrick Forterre , Biologe mit Spezialisierung auf Evolution, dass sie den Vorzug hat, "die Rückkehr von Viren in das Fadenkreuz der Evolutionisten zu begünstigen, während sie weitgehend abwesend waren" .
Zwischeneinheiten MimivirusIn den letzten Jahren wurden Zwischenentitäten entdeckt: Das Mimivirus , das eine Amöbe infiziert , hat 1.200 Gene in seinem Genom (mehr als manche Bakterien ). Von einigen dieser Gene wird angenommen, dass sie an der Proteinsynthese und den DNA-Reparaturmechanismen beteiligt sind. Es gibt etwa dreißig Gene im Mimivirus, die normalerweise in zellulären Organismen vorhanden sind, aber in Viren fehlen.
ATV-VirusAuch das ATV des Archaea- Virus weist erstaunliche Eigenschaften auf: Dieses Virus in Form von Zitrone weist die Besonderheit auf, dass es außerhalb des zellulären Kontexts durch einen aktiven Mechanismus modifiziert wird. Er kann sich bei einer Temperatur von 80 ° C an jedem Ende hinlegen , der Temperatur , bei der sein Wirt Acidianus in der Nähe von hydrothermalen Quellen lebt . Trotzdem fehlen Organe und zyklischer Austausch, also der Stoffwechsel.
Viren und EvolutionAuch bei der Evolution spielen Viren eine Rolle. Patrick Forterre vertritt sogar die Hypothese, dass Viren die ersten Organismen mit DNA sind. Am Ursprung des Lebens dominierte die RNA ( Hypothese der RNA-Welt ) und erfüllte sowohl die Funktionen der Speicherung und Übertragung genetischer Informationen als auch der Katalyse chemischer Reaktionen. Es existierten nur Zellen, deren Genom von RNA kodiert wurde und deren Stoffwechsel durch RNA-Enzyme sichergestellt wurde, die nach und nach durch Protein-Enzyme ersetzt wurden. Diese bereits komplexen Proteine hätten die DNA "erfunden". DNA wurde wegen ihrer größeren Stabilität ausgewählt. Laut Patrick Forterre verleiht die DNA dem Virus die Fähigkeit, Enzymen zu widerstehen , die das RNA- Genom abbauen , eine wahrscheinliche Verteidigungswaffe für Protozellen. Das gleiche Prinzip findet sich bei aktuellen Viren, die ihre DNA verändern, um Enzymen zu widerstehen, die von infizierten Bakterien produziert werden.
Viren und MikrobenViren und Mikroorganismen (oder Mikroben) sind daher keine Konzepte gleicher Art. Sie stehen dem entgegen, dass Mikroben lebende Organismen sind , was für Viren umstritten ist. Aber ihr Umfang ist anders, Mikroorganismen ( Bakterien , Archaea , Hefen , Protisten , usw. ) nur für ihre mikroskopische Größe gruppiert werden, ohne dass diese Gruppierung macht Sinn in Bezug auf die Artbestimmung , während Viren viele Gemeinsamkeiten phylogenetischen Eigenschaften , obwohl das Konzept der Art bleibt für Akaryonten unklar .
Jeder zum Virusreich gehörende Infektionserreger besteht aus mindestens einer Nukleinsäure . Die Formen, die den Viruszyklus nicht ohne Hilfe durchführen können, werden als subvirale Partikel bezeichnet (zB Virusoid , Satelliten-DNA usw.). Die extrazellulären Formen, die den Viruszyklus ohne Hilfe durchführen können, werden als Viruspartikel bezeichnet , die von einer vereinfachten Form bis zum Extrem reichen und nur die Nukleinsäure umfassen - die, wenn sie für mindestens ein Protein kodiert, als Virus bezeichnet wird und wenn sie dies nicht tut Jedes Protein kodieren wird als Viroid bezeichnet - oder eine Form, die eine bis mehrere Nukleinsäuren in einem Proteinbehälter trägt, der als Virion bezeichnet wird.
Es wird als verpackt bezeichnet , weil die Nukleinsäure , im Allgemeinen durch basische Nukleoproteine stabilisiert , in einer schützenden Proteinhülle , dem Kapsid , eingeschlossen ist . Die Form des Kapsids ist die Grundlage für die unterschiedlichen Morphologien von Viren. Das Virion hat eine variable mikroskopische Form: Wenn die „übliche“ Darstellung ihm das Bild von HIV vermittelt , haben die verschiedenen Arten Formen, die von einer Kugel bis zu insektoiden Konformationen reichen.
Die Größe von Viren liegt zwischen 10 und 400 Nanometern . Die Genome von Viren enthalten nur wenige Gene mit 1.200 Genen. Eines der kleinsten bekannten Viren ist das Delta-Virus , das selbst das Hepatitis-B-Virus parasitiert . Es hat nur ein Gen . Eines der größten bekannten Viren ist das Mimivirus mit einem Durchmesser von bis zu 400 Nanometern und einem Genom mit 1.200 Genen.
NukleinsäureDas Nukleinsäurefilament kann DNA oder RNA sein . Es repräsentiert das virale Genom . Es kann kreisförmig oder linear, doppelsträngig (Doppelstrang) oder einsträngig (Einzelstrang) sein. Das Genom in Form von DNA ist normalerweise doppelsträngig. Das Genom in Form von RNA ist in der Regel einzelsträngig und kann positive Polarität (im gleichen Sinne wie Messenger-RNA) oder negative Polarität (komplementär zu Messenger-RNA) aufweisen. Das zentrale Nukleinsäurebündel wird als Nukleoid bezeichnet .
KapsidDas Kapsid ist eine Hülle, die die virale Nukleinsäure umgibt und schützt. Das Kapsid besteht aus der Anordnung von Proteinuntereinheiten, die als Kapsomere bezeichnet werden. Der aus Kapsid und Genom gebildete Satz wird als Nukleokapsid bezeichnet . Die Struktur des Kapsids kann mehrere Formen haben. Es gibt im Allgemeinen zwei Hauptgruppen von Viren: Viren mit kubischer Symmetrie (oder ikosaedrisches Kapsid ) und Viren mit helixförmiger Symmetrie .
BriefumschlagViele Viren sind von einer Hülle (oder Peplos ) umgeben, die beim Durchqueren von Zellmembranen entsteht. Seine Konstitution ist komplex und präsentiert eine Mischung aus zellulären Elementen und Elementen viralen Ursprungs. Es enthält Proteine , Kohlenhydrate und Fette . Viren mit einer Hülle sind behüllte Viren . Viren ohne Hülle sind nackte Viren . Nackte Viren sind generell resistenter
Ikosaedrische Viren | |
Das ikosaedrische Kapsid führt zu einem kugelförmigen Aussehen des Virus. Protomeren sind in Kapsomeren organisiert, die regelmäßig und geometrisch angeordnet sind. Ein Kapsomer besteht aus fünf oder sechs Protomeren, genannt Pentons an den Scheitelpunkten und Hexons an den Flächen und Kanten. Unter den ikosaedrischen Viren besitzen die Parvoviren ein aus 12 Kapsomeren gebildetes Kapsid, das Poliovirus 32 Kapsomere, die Papillomaviren 72 Kapsomere, während das Kapsid der Adenoviren aus 252 Kapsomeren besteht. |
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Helikale Viren | |
Diese Viren sind lange Zylinder ( 300 bis 400 nm ), hohl und bestehen aus einer Art Protomer, die in einer spiralförmigen Spirale gewunden sind und Ringe bilden, die Kapsomere genannt werden. Sie können starr oder flexibel sein. Das genetische Material ist in der Röhre untergebracht. Das Virus des Tabakmosaikvirus ist ein Beispiel für ein sehr gut untersuchtes Helixvirus. | |
Behüllte Viren | |
Neben dem Kapsid sind manche Viren in der Lage, sich mit einer der Wirtszelle entlehnten Membranstruktur zu umgeben. Diese Membranhülle besteht aus einer Lipiddoppelschicht, die Proteine aufweisen kann, die durch das virale Genom oder das Genom des Wirts kodiert werden. Diese Hülle bietet Virionen gegenüber solchen, die nur aus einem Kapsid bestehen, einige Vorteile, wie z. B. Schutz gegen Enzyme oder chemische Verbindungen. Behüllte Viren hingegen sind in der äußeren Umgebung empfindlicher, empfindlicher gegenüber Detergenzien und Austrocknung. Die Spicula bildenden Glykoproteine fungieren als Rezeptoren für die spezifische Bindung an Wirtszellen. Das Influenzavirus (Familie Orthomyxoviridae ), das HIV (Familie Retroviridae ) sind Beispiele für umhüllte Viren. |
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Komplexe Viren | |
Diese Viren haben ein symmetrisches Kapsid, das weder helixförmig noch wirklich ikosaedrisch ist. Die Bakteriophagen wie der T4-Phagen von Escherichia coli sind komplexe Viren mit einem ikosaedrischen Kopf, der an einen helikalen Schwanz gebunden ist, an dem Haare und Schwanzfasern befestigt sind. Auch das Pockenvirus (Pocken, Vaccinia) ist ein Beispiel für ein komplexes Virus. Es ist eines der größten tierischen Viren ( 250 bis 350 nm lang und 200 bis 250 nm breit). Einige Viren treten in bazillärer Form auf. Dies ist beim Tollwutvirus (Familie Rhabdoviridae ) und beim Ebolavirus der Fall . |
Es gibt zwei Hauptwege der Replikation des viralen Genoms:
Viren können sich nur in lebenden Zellen vermehren. Es ist die Interaktion des viralen Genoms und der Wirtszelle, die zur Produktion neuer viraler Partikel führt. Die Infektion einer Zelle durch ein Virus, dann die Vermehrung des Virus, kann in verschiedene Stadien zusammengefasst werden. Nach dem Eindringen des Virus in die Zelle können diese Schritte jedoch je nach Art des betreffenden Virus und insbesondere je nachdem, ob es sich um ein DNA-Virus oder ein RNA-Virus oder sogar um einen Girus handelt, unterschiedlich sein .
Einige Viren induzieren Strukturen, in denen die Replikationsaktivität konzentriert ist:
ViruskulturUm die Biologie, Vermehrung und den Zyklus von Viren besser zu verstehen und eventuell Impfstoffe herzustellen , ist es notwendig, die Viren zu kultivieren. Diese können sich nur in lebenden Zellen vermehren. Viren, die eukaryontische Zellen infizieren, werden auf Zellkulturen kultiviert , die aus tierischen oder pflanzlichen Geweben gewonnen wurden. Die Zellen werden in einem Glas- oder Plastikbehälter gezüchtet und dann mit dem untersuchten Virus infiziert. Tierische Viren können auch auf embryonierten Eiern und manchmal in Tieren kultiviert werden, wenn eine In-vitro-Kultur nicht möglich ist. Bakterielle Viren können auch durch Animpfen einer empfindlichen Bakterienkultur kultiviert werden. Pflanzenviren können auch auf Pflanzengewebemonolayern, Zellsuspensionen oder auf ganzen Pflanzen gezüchtet werden.
Viren können dann auf unterschiedliche Weise quantifiziert werden. Sie können direkt elektronenmikroskopisch gezählt werden. Bei bakteriellen Viren wird häufig die Technik der viralen Plaques (oder Plaques ) verwendet, um die Anzahl der Viren in einer Suspension zu bestimmen. Eine Verdünnung der Virussuspension wird zu einer Bakteriensuspension gegeben, dann wird das Ganze in Petrischalen verteilt . Nach der Kultur sind klare Bereiche (Plaques) auf der Oberfläche des Agars die Folge der Zerstörung eines Bakteriums und benachbarter Bakterien durch ein Virion.
Viren können mit verschiedenen biochemischen Methoden ( differentielle Zentrifugation , Fällung, Denaturierung, enzymatischer Verdau) gereinigt werden .
Jedes Lebewesen kann mit einem Virus infiziert werden. Es gibt Bakterienviren ( Bakteriophagen ), Archaeenviren, Algenviren ( Phycodnaviridae ), Pflanzenviren, Pilzviren, Tierviren, darunter viele Krankheitserreger und sogar Virusviren.
Es gibt mehrere Hypothesen über den Ursprung und die Evolution von Viren. Es ist wahrscheinlich, dass nicht alle Viren von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen, und verschiedene Viren können unterschiedliche Ursprünge haben.
Studien an verschiedenen Giraffen aus dem Jahr 2013 sprechen eher für die Hypothese einer Vereinfachung. Dies würde bedeuten, dass Viren ein phylogenetischer Zweig sein könnten, genau wie die anderen Königreiche ( Eukaryoten , Bakterien , Archaeen ) der Lebewesen .
Es ist möglich, dass Viren sehr alt sind, vielleicht älter als ältere Bakterien.
In den frühen 2000er Jahren entdeckten Forscher in Amöben der Gattung Acanthamoeba ein Riesenvirus ( Megaviridae ): das Mimivirus . So groß und komplex wie manche Bakterien, hat es die Wahrnehmung der Virologen hinsichtlich der Obergrenzen der Größe (seine Gesamtlänge überschreitet 0,7 Mikrometer) und der Anzahl der Gene in der Viruswelt (es hat über 1.000 Gene) verändert.
Zehn Jahre später veröffentlichten französische Forscher (2013) die Beschreibung von zwei noch größeren Viren, deren Genom etwa doppelt so groß ist (in der Anzahl der Gene) wie die zuvor entdeckten Riesenviren. Diese beiden riesigen neuen Viren wurden in eine für sie geschaffene Kategorie ( Pandoraviren ) eingeordnet, da sie nicht mit bekannten Viren verwandt sind und sogar einige unerwartete Eigenschaften aufweisen:
Der erste ( Pandoraviren salinus ) wurde in den Meeressedimenten aus gefunden Chile und den zweiten ( Pandoraviren dulcis ) in einem Pool von Süßwasser in der Nähe von Melbourne (Australien).
Obwohl sie die wesentlichen Merkmale eines Virus aufweisen (kein Ribosom , keine Teilung oder Energieproduktion), scheinen sie von einem völlig neuen Typ zu sein. Ihr Genom übertrifft an Größe das von bestimmten kleinen Eukaryoten (Kernzellen) Parasiten.
Das Pandoravirus nutzt daher direkt den genetischen Code des Wirts. Diese Organismen sind jedoch weder Eukaryoten , Eubakterien noch Archabakterien . Diese Entdeckung stellt das in den 1950er Jahren von der Virologie aufgestellte Dogma in Frage, dass zwischen Viren und Bakterien keine Kontinuität besteht. Zelluläres Leben könnte daher aus vorzellularen Lebensformen entstanden sein, die vielfältiger sind, als wir dachten.
Andererseits spielen Viren als natürlicher Vektor beim sogenannten horizontalen Gentransfer (im Gegensatz zum sogenannten vertikalen Transfer von Eltern zu Nachkommen) zwischen verschiedenen Individuen und sogar verschiedenen Arten eine wichtige Rolle , wodurch die genetische Vielfalt gesteigert werden kann. und die Verbreitung genetischer Innovationen über die Nachkommen von Individuen hinaus, die eine bestimmte genetische Mutation tragen. Insbesondere Transduktion und Endogenisierung sind typischerweise genetische Evolutionen, die nur mit Hilfe von Viren stattfinden können.
In der Abiotik (der Prämisse der Lebewesen) besagt eine der Hypothesen, dass Viren sehr früh in der Evolutionsgeschichte der Lebewesen eine Schlüsselrolle gespielt hätten, wahrscheinlich vor der Divergenz zwischen Bakterien , Archaeen und Eukaryoten , zur Zeit des letzten gemeinsamen Vorfahr universell . Sie bleiben eines der größten unerforschten Reservoirs genetischer Vielfalt auf dem Planeten.
Auch im menschlichen Körper spielen Viren eine wichtige Rolle. Laut dem Forscher Clément Gilbert „beheimatet der Körper eines gesunden erwachsenen Mannes mehr als drei Billionen Viren, die meisten von ihnen Bakteriophagen , die Bakterien im Darmtrakt und auf den Schleimhäuten infizieren. Die Auswirkungen dieser Viren sind noch nicht vollständig verstanden, aber wir können bereits darauf wetten, dass sie eine wichtige Rolle bei der Regulierung der Zusammensetzung von Bakteriengemeinschaften spielen, die in Symbiose mit dem Menschen leben “ . Er weist auch darauf hin, dass "mehr als 8% des menschlichen Genoms von Retroviren stammen " , was bedeutet, dass "wir in gewisser Weise mit Viren verwandt sind" .
Viren haben unterschiedliche Mechanismen, die ihnen verschiedene strategische Infektionsmöglichkeiten bieten, deren Auftreten schließlich Krankheiten verursacht. Das Virion dringt in eine mehr oder weniger spezifische Wirtszelle ein, wo es sich auflöst und seinen Inhalt freisetzt, der durch seine Aktivierung Vorrang vor normalen Zellfunktionen hat. Auf dieser Ebene können die zytopathischen Wirkungen von Viren zu verschiedenen Nebenwirkungen führen. Die Proteinsynthesekapazitäten der infizierten Zelle können entführt oder gehemmt werden, während das Chromatin durch virale Enzyme fragmentiert wird. Viruspartikel sammeln sich im Zytoplasma an, bevor sie sich zu Virionen zusammenfügen. Die endozelluläre Virusüberladung verursacht schließlich den Tod der Wirtszelle durch Lyse, wodurch die Virionen freigesetzt werden, die sich dann ausbreiten.
Wenn das Virus in eine nicht-permissive Zelle eindringt, kann es sich nicht vermehren. Sein Genom kann jedoch in Form eines freien Episoms bestehen oder in das zelluläre Genom integriert sein. Virale Zelltransformation tritt auf, wenn das Virusgenom mit der DNA des Zellgenoms interagiert. Diese Viren werden als onkogene Viren bezeichnet . Unter diesen können Retroviren durch die Integration in das zelluläre Genom tumorerzeugend werden und möglicherweise zu Krebs führen .
Die Fähigkeit eines Virus, Krankheiten auszulösen, wird als Pathogenität beschrieben, während seine Intensität als Virulenz ausgedrückt wird . Die Klassifikation der Hauptgruppen von Viren und ihre Entsprechungen in der Pathologie sind in der medizinischen Enzyklopädie Vulgaris zu finden . Diese Klassifizierung basiert insbesondere auf der Art der Nukleinsäuremoleküle (RNA oder DNA), aus denen das Virion besteht.
Im Jahr 2018 waren 129 Virusarten an menschlichen Krankheiten beteiligt.
Die Erkältung , Grippe , Windpocken , Masern , infektiöse Mononukleose sind Beispiele für relativ häufige menschliche Pathologien viralen Ursprungs. Wir kennen andere schädlichere Beispiele wie AIDS , bestimmte Coronaviren ( SARS , Coronavirus-Krankheit 2019 ), Vogelgrippe , Pocken oder Ebola-Virus-Krankheit , hämorrhagisches Fieber, das durch das Ebola-Virus verursacht wird .
Einige Beispiele für Viren, die für Homo sapiens pathogen sind :
Gefährlichkeit eines Virus: Laut Professor Arnaud Fontanet, Epidemiologe , der die Abteilung Epidemiologie für neu auftretende Krankheiten am Institut Pasteur in Paris leitet , sind die Merkmale eines gefährlichen Virus:
Da Viren die Zellmaschinerie des Wirts nutzen, um sich innerhalb der Zelle selbst zu vermehren, ist es schwierig, sie zu eliminieren, ohne die Wirtszelle zu töten. Antivirale Medikamente ermöglichen es jedoch, die Vermehrung des Virus zu unterbrechen.
Ein anderer Ansatz ist die Impfung, die hilft, Infektionen zu widerstehen.
Die Symptome einer Infektion können mit einer Vielzahl von Medikamenten behandelt werden , aber Antibiotika , die keine Viren angreifen, können nicht verwendet werden. Antibiotika greifen in Inhaltsstoffe oder den Stoffwechsel von Bakterien ein und behandeln daher nur Erkrankungen bakteriellen Ursprungs und keine viralen Erkrankungen.
Verschiedene In-vitro- Desinfektionsmethoden können Viren inaktivieren ( 1% Natriumhypochlorit , 70% Ethanol , 2% Glutaraldehyd , Formaldehyd , 2% Wasserstoffperoxid, Peressigsäure ).
Viren haben normalerweise einfaches genetisches Material, sie sind ausgezeichnete Werkzeuge für das Studium der Molekularbiologie und Zellbiologie . Sie ermöglichen die Manipulation zellulärer Funktionen, was es ermöglicht, unser Verständnis zu vertiefen und bestimmte molekulare Mechanismen der Genetik wie DNA-Replikation , Transkription , posttranskriptionelle Modifikationen von RNA , Translation , Proteintransport und Immunologie aufzuklären .
Viren können (verwendet werden Virotherapie ) als ein Gen - Vektor in die Zielzellen. Werkzeug, das zum Beispiel verwendet wird, um einer Zelle die Fähigkeit zu verleihen, ein interessierendes Protein zu produzieren, oder um die Wirkung der Einführung des neuen Gens in das Genom zu untersuchen .
Einige Viren werden in der Gentherapie verwendet , um verschiedene genetische Erkrankungen zu behandeln , beispielsweise um ein defektes Gen zu ersetzen, das funktionelle oder mechanische Störungen verursacht.
Viren werden auch im Kampf gegen Krebs eingesetzt. Einige Viren können auf irgendeine Weise so programmiert werden, dass sie Krebszellen gezielt zerstören.
Viren werden nach ihrer Replikationsstrategie klassifiziert, das heißt nach der Art der Nukleinsäure ihres Genoms ( DNA oder RNA ), der Struktur der Nukleinsäure (einzelsträngig oder doppelsträngig) und der Form der Nukleinsäuren Säure (linear, kreisförmig, segmentiert oder nicht): Dies ist die Baltimore-Klassifikation. Auch morphologische Daten können berücksichtigt werden (Anwesenheit oder Abwesenheit einer Umhüllung, Symmetrie des Kapsids). Häufig wird Serogruppierung immer noch verwendet, um die Definition von Unterschieden zwischen eng verwandten Viren zu verfeinern.
Ein Schritt in Richtung einer phylogenetischen Klassifikation wurde im Oktober 2018 mit der Anerkennung der Gruppierung von einzelsträngigen RNA-Viren mit negativer Polarität in einen Zweig , zwei Unterzweige und sechs Klassen durch das ICTV ( International Committee of Taxonomy of Viruses ) getan .
Es gibt zwei Kategorien von prokaryotischen Viren, abhängig von der Art des Wirts, den sie parasitieren. Die erste Kategorie umfasst solche, die Bakterien infizieren und Bakteriophagen genannt werden . Die zweite Kategorie umfasst diejenigen, die Archaeen infizieren . Es gibt vier morphologische Hauptgruppen prokaryontischer Viren.
Bakteriophagen spielen eine Rolle in Ökosystemen. In aquatischen Ökosystemen sind sie beispielsweise an der Kontrolle der Bakterienhäufigkeit und -diversität beteiligt.
Im Prinzip spezifisch für eine Art oder eine Gruppe genetisch verwandter Stämme, neigen Viren dazu, einen Haupt- oder ausschließlichen Zell- oder Gewebetyp zu infizieren. Es gibt jedoch viele Viren wie Tollwut , die im Vergleich zu anderen Viren wie Staupe , Katzen-Immunschwächevirus oder Pocken weniger wirtsspezifisch sind . Virionen werden hauptsächlich durch direkten Kontakt zwischen Individuen verbreitet, können aber auch in Form von Aerosolen in die Luft diffundieren (Niesen), durch verschiedene Ausscheidungen (Erbrochenes, Urin, Stuhl, Tränen usw.) mögliche parasitäre Arthropoden (Mücken, Zecken, Flöhe usw.).
Gliederfüßer-VirenDie Arboviren sind Viren, deren Überträger blutsaugende Arthropoden sind.
Die Baculovirus sind Viren von Insekten sehr sucht. Sie infizieren hauptsächlich Lepidoptera . Die Insektenlarve infiziert sich durch die Nahrungsaufnahme. Aus dem Verdauungstrakt kann sich die Infektion auf andere Gewebe ausbreiten. Die Verwendung von pathogenen wirbellosen Viren bei der Bekämpfung von Schadinsekten in Kulturpflanzen und Wäldern könnte eines der Mittel sein, um chemische Insektizide zu begrenzen oder zu ersetzen.
Baculoviren werden auch in der Molekularbiologie verwendet , um ein fremdes Gen (rekombinantes Protein) in Insektenzellkulturen zu exprimieren.
Darüber hinaus werden einige Pflanzenviren von Wirbellosen übertragen, vermehren sich jedoch nicht in diesen Vektoren.
PflanzenvirenDie Struktur des Virus aus Pflanzen oder Pflanzenviren ähnelt der von Bakterien- und Tierviren. Viele Pflanzenviren kommen in Form von dünnen, langen Helices vor. Die meisten haben ein Genom, das aus RNA besteht . Pflanzenviren können durch Wind oder Vektoren wie Insekten und Nematoden , manchmal auch durch Samen und Pollen, verbreitet werden . Viren können die Pflanze auch durch eine Wunde oder ein Transplantat infizieren .
An der infizierten Pflanze können verschiedene Arten von Symptomen auftreten. Viren können Flecken oder Welken auf Blättern und Blüten verursachen. Tumoren können an den Stängeln oder Blättern auftreten.
Das Tabakmosaikvirus (TMV oder Tobamovirus) ist ein gut untersuchtes Beispiel für ein Pflanzenvirus.
PilzvirenPilz Viren oder mycoviruses , sind etwas Besonderes , weil sie während der Zellfusion zu verbreiten. Es gibt keine extrazellulären Virionen. In Hefen wie Saccharomyces werden Viren während der zytoplasmatischen Mischung während der Zellfusion übertragen. Auch Fadenpilze wie Penicillium oder der Champignon Agaricus bisporus können mit Viren infiziert sein, was bei der Produktion zu Problemen führen kann. Es war angedacht, diese Viren im Rahmen einer biologischen Bekämpfung von pathogenen Pilzen einzusetzen.
Sputnik wurde 2008 entdeckt und ist ein Spezialfall, der ein anderes Virus ( Mamavirus ) aus der Klasse der Riesenviren (Genom von mehr als 300.000 bp und Größe größer als 0,2 μm ) infizieren kann .
Auch bekannt als andere Virophagen Mavirus- assoziierte CroV (in) (ein Riesenvirus, der den eukaryontischen Wirt Cafeteria roenbergensis infiziert , Körper einzellig ).