Bioinf - HIV en virussen

Recap

(dia 7 en 8)

AIDS

• HIV is het virus dat bij de mens AIDS veroorzaakt HIV breekt stap voor stap je afweersysteem af, waardoor je vatbaar wordt voor allerlei andere infecties (door andere ziektewekkers) HIV: Human Immunodeficiency Virus, oftewel: “Menselijk virus dat de afweer afbreekt”.

• AIDS is de ziekte/symptoom van een infectie met een virus, waardoor je lichaam niet meer in staat is je te beschermen tegen andere infecties. AIDS: Acquired Immune Deficiency Syndrome, oftewel: “Verkregen afbraak van afweer”.

Consequenties van AIDS

• Sinds 1981 (tot 2022) zijn er ongeveer 40,4 miljoen (32,9 - 51,3 miljoen) overleden aan aids of AIDS-gerelateerde ziekten.
• In 2022 leefden over de hele wereld ongeveer 39 miljoen (33,1 - 45,7 miljoen) mensen met HIV.
• In 2022 zijn er gemiddeld 1,3 miljoen (1,0 - 1,7 miljoen) mensen bijgekomen met een HIV infectie.
  • ~ elke 24 seconden → ~ 260 na 90 minuten
• In 2022 zijn er ongeveer 630 000 (480 00 - 880 000) mensen overleden aan AIDS-gerelateerde ziekten.
  • ~ Elke 50 seconden → ~ 108 na 90 minuten

HIV en behandelingen

HIV-remmers zijn steeds beter beschikbaar en werken ook als preventiemiddel. Helaas is het niet voor iedereen op de wereld beschikbaar.

• In 2022 zijn de HIV-remmers door gemiddeld 76% van de mensheid in gebruik.

Combinatie therapie van verschillende remmers uit verschillende klassen, gebaseerd op het werkingsmechanisme van het middel.

• Elk klasse HIV-remmer richt zich op een ander onderdeel van het replicatiecyclus van het virus.

We kunnen HIV nog niet genezen of voorkomen

Wel is er al uitgebreid onderzoek naar vaccin voor 40 jaar bezig.

• Verschillende vaccins in verschillende fasen van onderzoek.
• Veel onderzoek gericht op de envelopeiwitten van het virus.

Een vaccin moet het lichaam vertellen het envelopeiwit onschadelijk te maken met anti-lichamen. Problemen hierbij zijn:

• gp120(HIV) muteert zeer snel en kan daardoor het immuun systeem ontwijken.
• gp120 is gemaskeerd door o.a. glycosylering.
• Het virus is heel variabel. (Door ontbreken proofreading reverse transcriptase en laag GC percentage)

In 2021 kwam Moderna met het bericht over de ontwikkeling van een mRNA vaccin tegen HIV.

• Dit vaccin kan mogelijk het immuun systeem bepaalde antilichamen laten opwekken die een breed schaal van HIV kan neutraliseren
• “De bnAb die de onderzoekers willen opwekken, kan veel verschillende hiv-stammen (varianten) onschadelijk maken.” → Broadly neutralizing HIV-1 antibodies.

Genoomanalyse van H/SIV virussen

• HIV: Human Immunodeficiency virus

  • Veel verschillende subtypen van HIV-1
  • Verschillende subtypen van HIV-2

• SIV: Simian(ape-like) Immunodeficiency virus

  • Elke soort aap een eigen vorm van SIV die ook daarnaar wordt vernoemd.
    • SIV in African Green Monkey → SIVafg.
    • SIV in Sooty mangaby → SIVsmm.
  • Meeste van deze organismen krijgen geen AIDS.

HIV en SIV zijn verwant aan elkaar.

Waarschijnlijk heeft de mens HIV opgelopen van een SIV variant door het jagen en blootgesteld worden aan het bloed van apen.

Onderzoeksvragen vergelijkend genoomanalyse

Genoomanalyse

Wat is een genoom?

• “In modern molecular biology, the genome is the entirety of an organism’s hereditary information. It is encoded either in DNA or, for many types of virus, in RNA.”
• Betreft coderende (genen) en niet coderende onderdelen.
• Inclusief mitochondriaal DNA (alle eukaryoten) en chloroplast DNA (in planten en algen).

Wat kan je aan een genoom analyseren:

• Grootte
• Coding/non-coding stukken
• Expressie profielen van de genen
• GC-content
• Aan- en afwezigheden van genen (in vergelijking met andere organismen)

Waarom zou je een genoom willen analyseren:

• Hoe zit een organisme in elkaar?
• Wat maakt een organisme anders dan alle andere organismen?
• Hoe is de evolutie verlopen?
• etc

HIV genoomanalyse

Het HIV genoom bestaat uit:

• 2 identieke RNA strengen
• 9 genen (3 regulatie, 6 structureel)
• 15 virale eiwitten
• 9181 nt (HIV-1), 10359 nt (HIV-2)
• en is klein

Hoofdstuk 21

Wat zijn virussen

Niet:

• Cellen
• Gevoelig voor antibiotica
• Levend Wel: Virussen zijn kleine infectueuze partikels die nucleïnezuren bevatten omgeven door een eiwit mantel, met soms daaromheen nog een membraan.

Virussen zijn veel simpeler dan zelfs prokaryoten.

Virussen kunnen niet zelfstandig reproduceren en hebben geen werkende metabolisme buiten een host-cel.

Het virale genoom en de capside

Virage genomen kunnen:

• Dubbel (dsDNA) of enkel strengs DNA (ssDNA) hebben.
• Dubbel (dsRNA) of enkel strengs RNA (ssRNA) hebben.

Een virus kan dus een DNA of RNA virus zijn.

Het virale genoom bestaat dus uit:

• ss DNA of
• ds DNA of
• ss RNA of
• ds RNA

Virale genomen hebben enkel een lineaire of circulaire nucleotide streng.

Virale genomen hebben tussen 3 tot 1000’en genen.

De omhulling van de nucleotiden noemen we capside.

De capside bestaat uit capsomeren.

Daaromheen zit eventueel nog een membraan (membranous envelope)

Soorten virussen

• a) Mosaic viruses

  • Plantvirus
  • ssRNA
  • Eerst ontdekte virussen
  • verkleuring bladeren
  • We noemen ze helicale virussen
    • Rod-shaped

• b) Adenoviruses

  • Dierenvirus
  • Luchtwegen
  • dsDNA
  • Icosahedral virus
  • Glycoproteins

• c) Influienza viruses

  • Dierenvirus
  • Griepvirus
  • ssRNA
  • Membraan

• d) Bacteriophages

  • Bacteriefirus
  • Worden bacteriofagen / fagen genoemd
  • Vaak complexe capside

Sommige virussen hebben een membraan/envelope.

Ze komen aan dit membraan door het te stelen van host-cellen.

Host range

Ieder virus heeft een host range:

• Een spectrum aan organismen, weefsels, cellen dat het virus kan infecteren.

(dia 17, 18 en 19)

Fagen

Fagen zijn de best bestudeerde virussen.

Zij (en andere virussen) kennen een lytische cyclus en soms een lysogene cyclus.

Lytische cyclus:

• Host-cel gaat dood na maken van nieuwe virussen. (virulente fagen)

Lysogene cyclus:

• Virale genoom wordt in de host-cel geplaatst en cel gaat door zoals normaal, totdat het virus loskomt van de cel waardoor de cel overgaat naar de lytische cyclus. (gematigde fagen)

(zie dia 27)

Classificeren van dierlijke virussen

Er zijn twee criteria voor het onderscheiden van virussen:

• DNA of RNA
• Enkelstrengs of dubbelstrengs

Virussen zijn ook opgedeeld in sub-groups (baltimore classification), zie tabel hieronder voor guide:

Waardoor worden we ziek van virussen?

• Virussen kunnen cellen doden door het vrijlaten van hydrolytische enzymen uit lysosomen.
• Sommige virussen zetten de gastheercel aan tot productie van toxines.
• Sommige hebben eiwitten aan de buitenkant zitten die toxisch zijn.

Verspreiding

Virussen verspreiden zich op twee verschillende manieren:

• Horizontale verspreiding, door beschadigde celwanden.
• Verticale verspreiding, overerving van de parent cel.

Viroids en Prionen

Viroids en Prionen zijn kleiner dan een virus, maar zijn wel infectueus.

• Viroids zijn circulaire RNA moleculen die plantencellen kunnen infecteren en zullen net zoals virussen werken.
• Prionen zijn traag opererende, vrijwel onverwoestbare proteïnen die hersenweefsel van dieren aantasten.
  • Scrapie bij schapen, gekke-koeien-ziekte en Creutzfeldt-Jakob bij mensen worden allemaal veroorzaakt door prionen