Alai

Introduktion

Avsikten med den här artikeln är att ge allmän kunskap om virus, hur de leder till infektion och hur kroppens immunförsvar reagerar. Även om virus är små är de komplexa, varierande enheter som har förmågan att infektera värddjur, replikera sig själva och sedan sprida sig till ytterligare värddjur. Dessutom kan virus ibland överföras mellan värdarter, eller så kan de mutera och återinfektera den ursprungliga värdarten.

Vad är ett virus?

Virus är mikroskopiska paket med genetisk information (DNA eller RNA, beroende på virustyp) som är inneslutna i ett proteinhölje. De kan variera i form och storlek och varierar vanligtvis mellan 20-300 nanometer (en nanometer är en meter dividerad med tusen miljoner) (figur 1). Virus kan existera utanför sin värd, men de kan inte föröka sig isolerat, har inget av en normal cells ”maskineri” och inte heller någon ämnesomsättning. Det finns faktiskt en debatt om huruvida virus faktiskt är en form av liv och anses ibland befinna sig i ”livets utkant”. I likhet med verkliga livsformer har virus genetiskt material, kan reproducera sig och utvecklas genom processer som innefattar mutation och naturligt urval (även om mutationen kräver värdceller i stället för att ske självständigt; till skillnad från levande organismer).

Copyright: Open University

Figur 1. Morfologi och ungefärlig relativ storlek för olika virusfamiljer. Virus består av DNA eller RNA som ofta är tätt associerat med proteiner för att ge ökad stabilitet. Det genetiska materialet (DNA eller RNA) kan ingå i regelbundet formade proteiner som ger geometriska former (capsider) eller ha ett lösare membranhölje, eller både och.

Efter att ha infekterat en värd kommer ett virus att gå in i värdets celler (i en specifik vävnad eller mer generellt, beroende på viruset) och ta över de cellulära systemen och därigenom förvandla cellen till en virusfabrik som producerar många nya viruspartiklar. Denna invasion och förändrade funktion kan orsaka dramatiska förändringar i värdcellens celler, vilket kan skada eller döda dem. Produktionen av nya viruspartiklar leder till att fler av värdens celler infekteras och ligger till grund för överföringen av viruset till en ny värd.

Det uppskattas att varje milliliter havsvatten innehåller upp till 100 miljoner virus, medan sjösediment innehåller cirka 20 miljarder virus per gram.

Hur länge ett virus kan förbli livskraftigt utanför sin värd beror på viruset och dess miljö. Vissa virus kan överleva i luften eller på fasta ytor i flera dagar eller veckor. Medan virus i vatten tenderar att överleva längre – upp till ett år i rent kallt vatten. Värme, rengöringsmedel eller UV-ljus kan inaktivera virus inom några minuter. Däremot kan frystemperaturer bevara virus.

Det finns många olika typer av virus och de finns överallt. Man uppskattar till exempel att varje milliliter havsvatten innehåller upp till 100 miljoner virus, medan sjösediment innehåller cirka 20 miljarder virus per gram. Infekterade individer kan utsöndra många viruspartiklar. Patienter med magsjuka, rotavirus, släpper ut upp till 10 miljarder viruspartiklar per gram avföring.

Avståndet av levande organismer som virus infekterar är stort. Faktum är att man anser att alla organismer, från encelliga enheter som bakterier till mer komplexa flercelliga växter och djur, är mottagliga för infektion av olika typer av virus. Vissa virus infekterar specifikt vissa värdarter, medan andra infekterar ett stort antal olika arter. Konsekvenserna av virusinfektion varierar också enormt mellan olika interaktioner mellan värd och virus. I allmänhet, men inte alltid, leder virusinfektion till sjukdom hos värdorganismen.

Varifrån kommer virus?

Det finns flera teorier om virusens ursprung. Det faktum att de infekterar alla former av liv tyder på att de har ett gammalt ursprung.Det finns flera teorier om virusens ursprung. Det faktum att de infekterar alla former av liv tyder på att de har ett gammalt ursprung. Som nämnts ovan består virus i huvudsak av genetiskt material (DNA eller RNA) som omges av ett proteinhölje. För att virusens genetiska material (vanligen beskrivet som ”virusgenomet”) ska vara framgångsrikt måste det koda för ett tillräckligt antal gener för att viruset ska kunna genomföra cykeln infektion-replikation-reinfektion. Mängden genetisk information i ett virus är mycket liten. Coronavirus genom innehåller till exempel cirka 30 000 nukleotidbaser, medan människans genom är cirka 10 000 gånger större och består av över 3 miljarder baspar (”baser” och ”baspar” är biologiska termer som avser kemiska strukturer i RNA och DNA; sekvenser av baser i RNA och DNA kodar för alla proteiner och bestämmer organismernas fysiska egenskaper).

Men hur uppstod virus? En idé är att virus har utvecklats från korta sekvenser av genetiskt material som ursprungligen var en del av en större enhet. Man föreslår att dessa korta sekvenser av genetiskt material, som kapslade in ett livskraftigt virusgenom, rymde från den ursprungliga cellen. Det är faktiskt känt att vissa DNA-sekvenser har förmågan att skära sig ut ur en cells arvsmassa och återinföras i en annan del av arvsmassan. Om sådana ”transposabla element” skulle bli bundna i en bit av cellmembranet och lämna cellen, skulle de kunna förflytta sig till en annan cell – på samma sätt som ett virus skulle kunna förflytta sig. En annan åsikt är dock att virus faktiskt är äldre än andra celler. Detta beror på att majoriteten av virusproteinerna inte har några likheter med proteiner i andra organismer, vilket tyder på att deras genom är annorlunda och att de är äldre än celllivet. Eftersom det finns så många olika typer av virus är det möjligt att båda idéerna är korrekta och att olika familjer av virus uppstod oberoende av varandra.

Olika typer av virus använder olika replikationsstrategier när de infekterar en cell. Retrovirus har till exempel ett RNA-genom. Retrovirus har också ett enzym som kan använda RNA-mallen för att producera DNA, som sedan kan infogas i värdcellens DNA. Detta innebär att den infekterade cellen och alla dess avkommor kommer att innehålla viralt DNA. Ett exempel på ett retrovirus är humant immunbristvirus (HIV). Denna process med integrering av virusgenom i värdcellens genom har pågått i miljontals år och man uppskattar att cirka 8 % av vårt DNA faktiskt kommer från virus.

Hur infekterar virus oss?

Överytan på de flesta virus är översållad med proteiner som gör det möjligt för viruspartiklarna att fästa vid värdcellerna och ta sig in i dem. Interaktionen mellan virus och värdceller sker genom samverkan mellan specifika virus- och värdcellsproteiner: att blockera denna interaktion är ett potentiellt sätt att hämma virusinfektioner. När viruspartiklarna väl är inne i en cell monteras de isär, och virusets genetiska information blir en mall för värdcellen så att den kan börja tillverka nya virusproteiner och genomer. Nya viruspartiklar frigörs antingen från värdcellen medan den fortsätter att fungera, eller så spricker värdcellen och dör, varvid viruspartiklarna inuti frigörs.

Hur reagerar kroppen på ett virus?

Olika arter har utvecklat olika strategier för att övervinna virusinfektioner. Hos människor kan immunförsvaret klassificeras i två typer: medfödda och adaptiva, som båda ger skydd mot virusinfektioner. Det medfödda immunförsvaret omfattar fysiska barriärer (t.ex. slemhinnor), kemiska budbärare (t.ex. cytokiner; en typ av signalmolekyl som används av celler) och olika typer av celler (t.ex. leukocyter; vita blodkroppar) och är den första försvarslinjen mot invaderande mikroorganismer. En särskilt viktig cytokin är interferon, som frisätts av celler när de infekteras med viruspartiklar. De interferonmolekyler som frigörs av en infekterad cell kan aktivera signalmekanismer i angränsande celler för att hindra ytterligare virusinfektion. Det har föreslagits att celler som är infekterade med SARS-CoV-2 kanske inte frisätter interferon i samma utsträckning som vid andra virusinfektioner.

Till skillnad från det medfödda immunförsvaret är den stora fördelen med det adaptiva immunförsvaret att det kommer ihåg de virus och bakterier som det har stött på. mer målinriktade interventioner mot virus kommer från det adaptiva immunförsvaret. Det adaptiva immunförsvaret involverar också leukocyter, till exempel lymfocyter som känner igen främmande proteiner och producerar antikroppar. En antikropp binder sig till ett specifikt område (en så kallad epitop) på ett främmande protein, vilket gör att endast det invaderande materialet kan bli föremål för rensning. Produktionen av antikroppar via det adaptiva immunsystemet kan ta flera dagar att utveckla, så det kan finnas en fördröjning mellan infektionsdebuten och förmågan att sätta in ett svar. Till skillnad från det medfödda immunförsvaret är dock den stora fördelen med det adaptiva immunförsvaret att det kommer ihåg de virus och bakterier som det har stött på. Om kroppen utsätts för samma patogen igen kan den därför snabbt öka produktionen av dessa specifika antikroppar igen. Denna immunitet kan minska med tiden när de celler som minns patogenen minskar, vilket är anledningen till att människor kan behöva vaccineras på nytt mot en specifik sjukdom.

För att förhindra att virus sprids i våra kroppar genomgår vissa infekterade celler en specialiserad typ av nedbrytning som kallas apoptos (även kallad ”programmerad celldöd”). Apoptos är en fysiologisk process och är en normal del av livet som används på ett mycket reglerat sätt för att avlägsna skadade, oönskade eller infekterade celler i alla vävnader. Celler som är infekterade med ett virus kan utlösa apoptos och därmed dö. Detta låter som ett drastiskt tillvägagångssätt, men det begränsar effektivt den kontinuerliga frisättningen av nytt virus från en cell.

Inte alla virus är ”dåliga”

Under de senaste åren har många bakterier blivit resistenta mot antibiotika. Virus som infekterar och förstör bakterier har därför hamnat i fokus för medicinsk forskning. Dessa virus, som kallas bakteriofager, infekterar inte mänskliga celler och kan därför användas som selektiva antibiotika. Andra virus som selektivt infekterar mänskliga celler kan användas för att leverera terapeutiskt DNA till patientceller, en teknik som kallas genterapi.

Vad vet vi om det nya coronavirus som orsakar COVID-19?

COVID-19 är en sjukdom som orsakas av en nyligen erkänd typ av coronavirus som kallas SARS-CoV-2. Teorier har föreslagits om hur detta nya coronavirus uppstod, men det behövs mer information innan dess ursprung kan fastställas. Andra medlemmar av coronavirusfamiljen är de virus som orsakar SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) och MERS (Middle Eastern Respiratory Syndrome) och som också orsakar allvarliga infektioner i de övre luftvägarna hos människor. Samma virus kan också infektera djur. Hos kycklingar orsakar de också luftvägsinfektioner, medan de hos kor och grisar orsakar diarré. Aktuella uppgifter tyder på att SARS-CoV-2 orsakar en mindre risk för dödlighet (~1 % av de infekterade personerna dör) jämfört med SARS (10 %) och MERS (37 %), men högre än influensa (0,1 %).

Området på SARS-CoV-2 är täckt av kluster av ”spik”-proteiner (figur 2). Dessa proteiner binder specifikt till ett protein som kallas angiotensin-konverterande enzym 2 (ACE2), som finns på ytan av celler i lungorna och andra organ som hjärta, njurar och tarmar. När SARS-CoV-2 har fästs internaliseras det i cellen, viruspartikeln öppnas och frigör sitt RNA-genom, som sedan används som mall för att tillverka mer viralt RNA och proteiner. Det har visat sig att celler som är involverade i både det medfödda och det adaptiva immunsystemet snabbt kan utarmas efter SARS-CoV-2-infektion, vilket allvarligt äventyrar den antivirala immuniteten.

The Open University under Creative Commons BY-NC-SA 4.0 license

Figure 2. Diagram över coronavirusets struktur.

Avbildningen visar strukturen hos ett coronavirus i tvärsnitt. Coronavirusgenomet är en lång RNA-sträng som är lindad runt ett protein och monterad inuti ett skal av membranprotein. Denna struktur omges av ett hölje som innehåller ytterligare två proteiner, varav ett, spikproteinet, ansvarar för att viruset fäster vid målcellen före infektionen. För mer information se: För mer information: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22816037.

För närvarande läggs stor vikt vid matematiska modeller för överföring av SARS-CoV-2, som ger information om folkhälsobeslut för att undvika en överväldigande hälso- och sjukvård. Matematiska modeller ligger utanför ramen för denna artikel, men den intresserade läsaren hänvisas till en informell video som förklarar en ”SIR-modell” (Susceptible, Infected, Recovered/Removed) för sjukdomsöverföring som kan tillämpas på COVID-19: https://www.youtube.com/watch?v=k6nLfCbAzgo.

Vad är ”flockimmunitet”?

En virusinfektion kan bara spridas i en population om individer som är mottagliga för den kommer i kontakt med viruspartiklar. Om människor isolerar sig är chansen mycket mindre att de kommer i kontakt med viruset eller för det vidare till mottagliga individer. När någon väl har haft en virusinfektion och utvecklat skyddande antikroppar mot den är han eller hon dessutom i allmänhet inte mottaglig för återinfektion. Ju fler personer inom en population som har återhämtat sig från viruset, desto mindre chans att viruset stöter på en mottaglig person och desto mindre chans att det sprids. Detta koncept kallas flockimmunitet.

Den andel av befolkningen som behöver vara immun mot infektion för att uppnå flockimmunitet beror på flera faktorer. En kritisk faktor är mängden kontakt mellan människor eftersom det kan vara så att viruspartiklar kan spridas. I en fritt blandande population beror flockimmuniteten på det antal människor som i genomsnitt blir smittade av en individ (känt som det ”grundläggande reproduktionstalet”; R0). Värdet på R0 varierar beroende på virustyp. COVID-19 beräknas ha ett R0 på omkring 2,5. Mässling däremot sprids mycket lättare, med ett R0 på mellan 12-18. Den andel av befolkningen som krävs för att vara immun mot en sjukdom och därmed effektivt stoppa dess spridning kallas ”tröskelvärdet för flockimmunitet” och kan beräknas med hjälp av R0 i följande ekvation:

Tröskelvärde för flockimmunitet = (R0 – 1)

För COVID-19 med ett R0 på 2.5 skulle ekvationen vara:

CoVID-19 herd-immunitetströskel = (2,5 – 1)

Så, cirka 60 % av befolkningen måste vara immuna mot COVID-19 för att förhindra ytterligare spridning.

Herdimmunitet kan uppnås genom att människor smittas och deras immunsystem utvecklar resistens, eller genom vaccinationer med delar av viruset som utlöser ett svar från det adaptiva immunsystemet utan att leda till sjukdom. Ju mer smittsam en sjukdom är, desto större är andelen människor som behöver vaccineras. När det gäller t.ex. mässling, som har en R0 på 12-18, rekommenderar Världshälsoorganisationen en vaccinationsfrekvens på 95 % för att utrota sjukdomen, något som Storbritannien för närvarande kämpar för att uppnå.

För närvarande finns det inget vaccin mot COVID-19, vilket innebär att flockimmunitet endast skulle kunna uppnås genom att ca 60 % av befolkningen blir smittad och utvecklar immunitet. För Förenade kungariket skulle detta kräva att nära 40 miljoner människor smittas för att nå målet för flockimmunitet. Med en dödsrisk på ~1 % skulle dock många tusen människor dö av infektionen. Dessutom skulle tiotusentals av de smittade drabbas av andningssvårigheter och behöva läggas in på sjukhus, och detta antal på en gång skulle överväldiga hälsovårdssystemet. På längre sikt kan världens befolkning utveckla en immunitet mot COVID-19 som mildrar ytterligare utbrott, men flockimmunitet är inte en rimlig lösning på den nuvarande COVID-19-krisen.

Då virus producerar olika proteiner kan de kringgå den immunitet som erhållits genom vaccinering eller tidigare exponering för det ursprungliga viruset.

Det har visats att antikroppar som är riktade mot spikproteinet i SARS-CoV-2 kan förhindra att viruset tar sig in i celler. Sådana framsteg i vår kunskap om SARS-CoV-2 kommer att leda till utveckling av tester som visar om en person har smittats och inte längre är mottaglig samt terapeutiska vacciner.

En kritisk information som behövs i kampen mot COVID-19 är att veta hur mycket SARS-CoV-2 virusgenomet kan genomgå mutationer. En mutation skulle uppstå genom en förändring av bassekvenser i dess RNA-genom, vilket skulle leda till produktion av ett annat protein. Genom att producera olika proteiner kan virus kringgå den immunitet som erhållits genom vaccination eller tidigare exponering för det ursprungliga viruset. Det är känt att SARS-CoV-2 kan mutera, och det virus som för närvarande sprids runt om i världen skulle ha genomgått mutationer när det överfördes från sin ursprungliga art till människan. Dessutom vet man att det finns genetiska skillnader mellan det ursprungliga SARS-CoV-2 som utvecklades i Wuhan i Kina och de virusstammar som för närvarande orsakar COVID-19 i Förenta staterna. Detta innebär att SARS-CoV-2 muterar när det passerar genom mänskliga värdar. Den goda nyheten är dock att mutationsfrekvensen för SARS-CoV-2 inte är så hög jämfört med andra virus, t.ex. de som orsakar influensa.

Ett betydande antal biomedicinska, farmaceutiska och kliniska forskare har riktat sin uppmärksamhet mot SARS-CoV-2. En snabb kontroll av databaser för forskningspublikationer, t.ex. PubMed, visar att det fanns 695 publicerade artiklar om Coronavirus under hela 2019. Medan räkningen redan är 1 818 publikationer för de tre första månaderna 2020. Med varje ny bit information kommer vi närmare att förstå viruset och utveckla lösningar för att försvara oss mot det.