Információ

Honnan származik a reverz transzkriptáz?

Honnan származik a reverz transzkriptáz?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nem tudom eldönteni, hogy a vírusok biztosítanak-e reverz transzkriptázt, vagy az RNS-ükben van a kód, vagy a gazdasejt általában tartalmazza. Több forrás egyszerűen bevezeti az enzimet anélkül, hogy megmagyarázná, ki biztosítja azt / honnan származik. Úgy tűnik, mind a gazdasejtben, mind a vírusokban vannak olyan folyamatok, amelyek reverz transzkriptáztól függenek, tehát azt hiszem, a válasz minden fenti / esetfüggő?


Arra készültem választ írni, hogy minden reverz transzkriptáz vírusgén/fehérje, de aztán a wikipédia emlékeztetett arra, hogy a telomeráz technikailag szintén reverz transzkriptáz.

A (fő?) kérdésedre válaszolva:

Nem tudom kideríteni, hogy a vírusok biztosítanak-e reverz transzkriptázt, vagy az RNS-ükben van ennek kódja

A retrovírusok (majdnem definíció szerint) rendelkeznek a reverz transzkriptáz kódjával a genomjukban. Azonban bennük is van az enzim (vagy inkább egy inaktív pro-enzim) a víruskapszidba csomagolva. A reverz transzkriptáz a Pol gén része.
Vannak más vírusok is, amelyek fordított transzkripciót is használnak, de nem retrovírusok – ezekben az esetekben nem vagyok benne biztos, de feltételezem, hogy a genomjukban is van RT.

Most visszatérve a telomeráz és a retro-transzpozon elemekhez:

Ezek ősi gének/elemek az eukarióta genomban, amelyek alapvetően ugyanazt teszik, mint a vírusos reverz transzkriptázok: DNS-t állítanak elő az RNS-ből.
Általában úgy gondolják, hogy a retrotranszpozonok a genom virális addíciói, amelyeket az evolúció során gyűjtöttek össze. Valószínűleg azonban a telomeráz enzimnek is van egy közös eredete a vírusos reverz transzkriptázokkal (Nakamura 1998, vegyük zsákmányt a 2. ábrán a végén), (Witzany 2008). Ezekkel az evolúciós eseményekkel kapcsolatban az a helyzet, hogy jóval visszamenőleg nyúlnak vissza, egészen addig, amíg az eukaroyták csak elkezdtek fejlődni… valamitől. Az általam idézett források azzal érvelnek, hogy sok "eukaroytikus" tulajdonság (például sejtmag, RNS-feldolgozás, hólyagos transzport) eredetileg vírusokból származott.


Fontos megjegyezni, hogy nem minden vírus rendelkezik reverz transzkriptáz génnel. Az ilyen típusú gének a retrovírusok meghatározó jellemzői.

A retrovírusok egyszálú RNS-vírusok. Miután egy retrovírus megfertőz egy sejtet, reverz transzkriptázt használ, hogy egyszálú RNS-ét kétszálú DNS-vé alakítsa. Az ezen a DNS-en lévő géneket ezután a gazdasejt átírja és új reverz transzkriptázzá és más fehérjékké fordítja. Amikor új vírusok gyűlnek össze a gazdasejtben, mind a reverz transzkriptáz gént tartalmazó RNS, mind a reverz transzkriptáz enzimek egy új vírusba csomagolódnak.

Tehát a kérdésedre válaszolva: A gazdasejtek általában nem tartalmaznak reverz transzkriptázt. A vírusok gént és enzimet is tartalmaznak.

Alberts


A fordított transzkriptáz fél évszázada – boldog születésnapot!

A fordított transzkriptázt (RT) 50 évvel ezelőtt fedezték fel Howard M. Temin, Satoshi Mitzutani [1] és David Baltimore [2]. A SARS-coronavirus-2 világjárvány miatt nem lesz születésnapi parti. Egy évvel elhalasztották a Cold Spring Harborban (CSH) megtartott találkozót, amelyen az RT tudósaival ünnepelték ezt az eseményt. Ez a világjárvány azonban szinte naponta emlékeztet minket az RT-re, és jelenleg az egyik legfontosabb molekulává teszi, mivel a lehetséges fertőzések kimutatására használt RT-qPCR teszt kulcsfontosságú lépéseként szükséges a koronavírus RNS DNS-vé történő reverz transzkripciója. Így az RT 50. születésnapja gratulációt és visszatekintést érdemel a tudásunkhoz, múltunkhoz való hozzájárulásáról, és egy pillantást az 1. ábrán összefoglalt jövőbe.

A fordított átiratok (RT) számos aspektusa közül néhány. A részletekért lásd a szöveget

Az RT-t először ritka kivételnek tartották a biológiában, és csak a retrovírusokra korlátozódott, például a csirkék és egerek leukémia vírusaira. A retrovírus elnevezés az RT-n alapul, lehetővé téve a genetikai információ váratlan áramlását az RNS-ből a DNS-be, amelyet 1970-es felfedezésekor fordítottnak tekintettek. Ezt megelőzően azt hitték, hogy az információátvitel csak a DNS-ből az RNS-ből a fehérjébe történt. amint azt Sir Francis Crick által megalkotott molekuláris biológia központi dogmája írja le – jóllehet nem volt dogmatikus ebben [3]. David Baltimore meglepődött az 1970-es években egy értekezleten, amikor egy előadó leírt egy RT-t a legyekben – azzal érvelve, hogy ott nem ismert retrovírus. Ez volt a mindenütt jelen lévő RT kezdete. Most, hogy ekkora hangsúlyt fektetünk az RNS-világra, átnevezhetjük az RT-t valódi transzkriptáznak, amit senki sem fog megtenni!

A retrovírusok felkeltették a figyelmet a rákkutatásban, mivel képesek felszedni az onkogéneket, és tumorvírusokká válhatnak. A retrovírusoknak sok különböző gerinces gazdája van, specifikus vírusokkal csirkékben, egerekben, juhokban, kecskében, lovakban stb., amelyek főként leukémiákat és limfómákat okoznak, de vérszegénységet és ízületi gyulladást is okozhatnak. Az intenzív kutatás és a nemzetközi verseny középpontjában egy emberi retrovírus megtalálása állt. A Mason Pfizer Monkey vírus és más javaslatok tévesnek bizonyultak. Amikor Luc Montagnier, a párizsi Pasteur Intézet munkatársa 1983-ban végül bemutatott egy emberi izolátumot, amit később HIV-nek neveztek, a CSH nézőterén többen nem hitték el [4]. De tévedtek, ha kételkedtek. R.C. Gallo 1980-ban fedezte fel az első humán tumorvírust, a HTLV-1-et [5].

A HIV természetesen újabb járványt okozott, amelyet a SARS-coronavirus-2 világjárvány kitörése nagyon elhanyagol vagy beárnyékol. A HIV egy retrovírus, 1983-ban fedezték fel, és az RT-n keresztül replikálódik – és ismét az RT a diagnosztika alapja, és egy gyógyszer, az AZT első célpontja volt 1987-ben.

Az RNS-tumorvírusok onkogéneket hordozhatnak, vagy a víruspromotorok, a hosszú terminális ismétlődések (LTR) révén aktiválhatnak downstream sejtgéneket a promoter beépítésével. A myc gén mind a két mechanizmusban szerepet játszik, akut vagy krónikus betegségeket okoz állatokban [6], és most kutatják, mint gyógyszercélpontot az emberi rák kezelésére. Az első kiemelkedő tumor retrovírus a Rous-szarkóma vírus, az RSV volt, amely képes replikálódni és egy onkogén v-src-t hordozni. A kérdés a következő volt: az onkogének a sejten kívülről vagy belülről származnak? A Természet Mike Bishop és munkatársai San Franciscó-ból készült előnyomat 1971-ben a tübingeni Max Planck Virológiai Intézetben járt, és mindenhol, még az elefántokban is jelenlévő „onkogénről” írt, amely nincs összefüggésben a rákkal. A válasz erre a rejtvényre az volt, hogy az onkogén ugyanúgy néz ki, mint a sejtgének, a „protoonkogének”, a rendelkezésre álló technológiákkal. De rákban mutálódott, nem azonos. Mike Bishop és Harold Varmus az onkogének felfedezéséért 1989-ben Noble-díjat kapott.

Harold Varmus az onkogénekkel foglalkozó European Tumor Virus Meetingen vett részt úgy, hogy Londonból biciklivel bejárta fél Európát még nagy esőben is, úttörő nemcsak a rákkutatásban, hanem a kerékpározásban is 50 évvel azelőtt, hogy erre a SARS-koronavírustól való félelem miatt most szükség lenne. 2 fertőzés a tömegközlekedésben.

Sok évvel ezelőtt, az 1970-es évek környékén, az egyik CSH-találkozón vetítettek egy diaképet, amely egy egészséges csirkét mutatott be, amely endogén retrovírust hordozott. Ez meglepetés volt, mert mindenki beteg csirkét várt, de ez teljesen normálisnak tűnt. Endogén vírusokat egerekben is találtak, és később sok fajban endogén vírusként azonosították őket. Ez csúcsosodott ki a retrovírusokkal foglalkozó leglátványosabb tanulmány közzétételében – Eric Lander és számos más szerző és csoport emberi genomszekvenciája [7]. Ez feltárta, hogy a retrovírusok és retrovírus-szerű elemek ma is csaknem 50%-ban, egyes genomokban pedig 80%-ban népesítik be az emberi és más emlős genomokat [8]. Ezt bizonyította a „Phoenix”, a humán genomból egy tucatnyi mutált szekvenciából rekonstruált retrovírus izolálása, amely lehetővé tette egy konszenzusos ősi szekvencia levezetését. A szövettenyésztő sejtekbe transzfektált DNS-másolat a Phoenix replikálódó retrovírusát hozta létre, amely elektronmikroszkóppal kimutatható. 5 millió éves nyugalmi időszak után a vírus újra „életre kelt” [9]. Genomunkban a Phoenix vírus korábbi fertőzésekből származó szekvenciáit rejtjük, de úgy tűnt, senki sem aggódott amiatt, hogy a közelmúltban feltámadt a laboratóriumban, mint lehetséges veszélyt!

Egy retrovírus fontos új információkkal járult hozzá az emberi evolúció javára: megakadályozta az anyákat saját fejlődő embriójuk immunrendszeri kilökődésében. A tojáshéjat és a kengurutasakot elavulttá vált egy DNS-darab, amely az emberi endogén retrovírus, a HERV-W egyik ősének burokfehérjéjének egy régióját kódolta [10]. A mechanizmus szorosan összefügg az AIDS által okozott immunszuppresszióval, és a HIV gp41 fúziós fehérjében is megtalálható peptidszekvencián alapul. Az emberek és számos más nőstény emlős őseinek méhlepényében lévő sejtek egymástól függetlenül fertőződtek meg 25-40 millió évvel ezelőtt.

Az endogén vírusok védelmet nyújthatnak az exogén vírusokkal szemben. Ezt az immunitást egy valós idejű endogenizációs folyamatban mutatták ki, amelyet koaláknál figyeltek meg Ausztráliában. Olyan tényezők fenyegették őket, mint például autóbalesetek vagy tüzek, és őrizetbe vették őket, hogy a lakosság felépülhessen egy szigeten. Nem volt olyan biztonságos hely, mint várták, mert a Gibbon majom leukémia vírusa ott lakott, és sok koalát megölt. Néhányan túlélték és immunisak voltak, mert a vírus bejutott a csíravonalukba. Ez lehetővé tette a tudósok számára, hogy valós időben figyeljék az endogenizáció evolúciós eseményét [11]. A koalák endogenizálása 100 évig, körülbelül 10 generációig tartott. Mennyi ideig kell a HIV-nek endogenizálódnia emberi csírasejt-genomokban, és megvédeni utódait a felülfertőződéstől? Lehetségesnek tűnik a fertőzés és így az endogenizáció is? Tíz koalanemzedék 250 évnek felelhet meg az ember számára – ez túl hosszú a várakozáshoz!

Ez az endogén vírusok által az exogén vírusokkal szembeni védelem nem különbözik attól a megközelítéstől, amelyet a baktériumok fágok elleni védekezésként fejlesztettek ki. Egy behatoló bakteriális vírus/fág DNS-fragmentuma memóriaként, „távtartóként” tárolódik a palindrom szekvenciákon belül. RNS-transzkriptuma felismeri egy behatoló új fág DNS-genomját szekvencia-homológia alapján, és molekulaollóval történő megsemmisítéséhez, a CRISPR/Cas-effektushoz [12] vezet, amelyről mindenki tudja, hogy idén elnyerte a kémiai Nemesdíjat.

A baktériumok sok RT-t hordoznak a retroelemekből. Ezen RT-k egyike erősen mutagén, és a fehérjeszekvenciák hipervariációjának elősegítésével ösztönzi az evolúciót, amely tulajdonság megegyezik az adaptív immunválaszsal. Ez a baktériumok és fágok kölcsönhatásának kiterjesztett tropizmusához vezet, valószínűleg a környezeti stresszhez való alkalmazkodás érdekében. Az ezt az RT-t hordozó szekvenciákat DGR-nek, diverzitásgeneráló retroelemeknek nevezzük [13]. Segíthetnek széles spektrumú fágok létrehozásában. A baktériumok másik rejtélyes RT-je a retronokhoz tartozik, amelyek elágazó egyszálú RNS/DNS-struktúrákból állnak [14], amelyeket Howard Temin már észrevett [15]. Úgy néz ki, mint egy konzervált evolúciós intermedier az RNS-ből a DNS-be. A bakteriális RT-k katalitikus RNS-ekhez (II. csoportú intronokhoz) is kötődhetnek [16]. Az RNS-ből a DNS-világba vezető átmeneti intermedierekre is hasonlítanak, mivel az RT a két világ közötti kapcsolat [17], ami az RT-t az evolúció egyik fő mozgatórugója.

Van még egy rokona az RT-nek. A CSH Laboratóriumhoz kapcsolódik a TERT, a telomer RT is, amelyet Elizabeth Blackburn és Carol Greider, a CSH gyakori vendégei írnak le, aki 2009-ben Jack Szostakkal együtt Nobel-díjat kapott. A TERT meghosszabbítja a kromoszómavégeket az embrionális szövetekben és őssejtekben, és aktív a rákos sejtekben, ami megfelel a hosszú élettartamnak [18]. Más RT-kkel ellentétben az RNáz H nem vesz részt, mivel az RNS-re templátként van szükség a telomer DNS ismételt másolataihoz. A lineáris kromoszómák végét meg kell védeni a rövidülés ellen, amit a TERT és annak stabil pszeudoknot RNS szerkezete biztosít. Feltételezték, hogy a TERT nem LTR retrotranszpozonokhoz kapcsolódik, amelyek elvesztették az endonukleázt [19]. Ez a legrégebbi ősi RT-prekurzor, egy ribonukleoprotein, amely nem kódoló pszeudok-nem szerkezetű RNS-ből és az RT enzimből áll, vagy az intronok az eredete?

Végül, nem utolsósorban, tiszteletünket fejezzük ki Barbara McClintocknak ​​a mobil genetikai elemek felfedezéséért, amelyek magukban foglalják a retrotranszpozonokat a másolás és beillesztés mechanizmusával. Öröksége továbbra is elfoglalja a kutatókat a genomikus evolúció és az adaptív folyamatok eme kiemelkedő erejének tanulmányozásával, és hozzájárul a további CSH-találkozókhoz.

Ez az emlékezés megmutatta, milyen tágak az RT-k természetükben és az evolúció során, és mennyi nyitott kérdés vár még további elemzésre.

Egy csokor virág kellemes születésnapi meglepetést okoz, ezért az áttekintés végén két, a növényekben látható, az RT-vel kapcsolatos jelenséget tárgyalunk. Az első a petúnia fehér mintázata, amelyet a kék elszíneződésért felelős gén elnémulása okoz. Az elnémítás az Argonaute fehérjék PAZ és PIWI doménjétől függ, amelyek szerkezetileg rokonok a retrovírus RT és RNáz H enzimekkel. Ezek a RISC RNS-indukálta csendesítő komplexum összetevői, amelyről úgy gondolják, hogy vírusellenes immunvédelemként fejlődött ki. Ezzel szemben a szegfűszirmok körüli fehér peremeket vírusok okozzák, amelyek közül az egyik a szegfű viroidja, a CarSVd (Carnation Small Viroid), a másik pedig egy növényi pararetrovírus. RT-je segít homológ DNS-t létrehozni a viroidból, lehetővé téve a DNS-rekombinációt [20]. Így ez a viroid egy feltehetően biztosított RT-t használ ki át a növényi pararetrovírus, például karfiol mozaikvírus, ami színmintázatokhoz vezet.

Az RT születésnapja alkalmából a virágcsokor csendes petúniákkal és tarka szegfűvel köszönt, ahol a virágok szépsége az RT-nek köszönhető (2. ábra).


Mi a szerepe a reverz transzkriptáz enzimnek?

Reverz transzkriptáz, más néven RNS-irányított DNS polimeráz, an enzim retrovírusok genetikai anyagából kódolva, amely katalizálja a átírása retrovírus RNS (ribonukleinsav) DNS-be (dezoxiribonukleinsav).

Ezenkívül mi a reverz transzkriptáz, és miért fontos a biotechnológiában? Egy enzim, amely egy RNS-templátot ír át DNS-be, és RNS-t biztosít a DNS-nek az információáramláshoz, a szokásos irány ellentéte. Reverz transzkriptáz katalizálja az elsővel komplementer második DNS-szál szintézisét.

Ezen kívül mi haszna van a reverz transzkriptáznak a tudósoknak?

Az reverz transzkriptáz katalizálja az RNS-templátmolekulák átalakulását DNS kettős hélixlé, és nagyon hasznos eszközt biztosít a molekuláris biológiai kutatásokhoz.

Miért van szükség a retrovírusoknak reverz transzkriptázra?

Retrovírusok használat reverz transzkriptáz hogy egyszálú RNS-üket kétszálú DNS-vé alakítsák. Azt van DNS, amely az emberi sejtek és más magasabb életformákból származó sejtek genomját tárolja. Miután RNS-ből DNS-be transzformálták, a vírus DNS-é tud beépül a fertőzött sejtek genomjába.


Seb daganatos betegsége

D Közvetlen megközelítés egy lehetséges integrált tumorigén DNS-génen keresztül

Bár a reverz transzkriptáz hatáson keresztül történő tumorigenezis és a tumorigén DNS-termék beépülése a gazda genomjába valószínűtlennek tűnik, ennek lehetőségét meg lehetne vizsgálni. Ezt úgy lehetne megközelíteni, hogy lehetőséget biztosítunk a jelzett WTV-transzkriptumok számára, hogy a daganatokból és a nem daganatos szövetekből származó gazdanövényi DNS-sel összekapcsolódjanak. Egy integrált DNS-tumorigén géntől elvárható, hogy összekapcsolódjon azzal a vírus-átirattal, amelyből származott. Várhatóan előfordulhat a daganat daganatos sejtjeiben, mint például a pszeudofloém, de nem a látszólag egészséges sejtekben, mint például a kérgi sejtekben, amelyek gyakran beburkolják az ősdaganatokat. Ez nem várható el a fertőzött rovarvektorokból vagy egészséges növényekből származó DNS-ben. Az ezzel a hipotézissel összhangban lévő pozitív eredmények indokolhatják a fűfajokon más fitoreovírusok által kiváltott számos epebetegség vizsgálatát, ahol hasonló eredmények várhatók. Másrészt a rizstörpe vírussal negatív eredmények várhatók.


Reverz transzkriptáz: kettős szálú DNS előállításának folyamata (diagrammal)

A kezdeti információ a dohánymozaik vírus (TMV) virológiai vizsgálatából származott, hogy csak az RNS képes genetikai anyagként működni, fertőzni, teljes vírust termelni, és végül replikákat izolálni.

Ezt követte Weismann és August 1968-ban a kétszálú RNS-re vonatkozó bizonyítékok. A reverz transzkripció az a folyamat, amelynek során egy egyszálú RNS (ribonukleinsav) templátból kétszálú DNS-molekulát (dezoxiribonukleinsav) állítanak elő. Ezt fordított transzkripciónak nevezik, mivel a transzkripcióval ellentétes vagy fordított irányban működik.

Ez az ötlet kezdetben nagyon népszerűtlen volt, mivel ellentmondott a molekuláris biológia központi dogmájának, amely szerint a DNS-t RNS-vé írják át, amely aztán fehérjékké alakul át. 1970-ben azonban, amikor Mizutani és Howard Temin a Madisonban, valamint David Baltimore az MIT-n (USA) felfedezték a reverz transzkripcióért felelős enzimet, a reverz transzkriptázt, végül elfogadták annak lehetőségét, hogy a genetikai információ fordított módon továbbadható (13.13. ábra). ).

A VI. osztályú ssRNA-RT vírusok, más néven retrovírusok, RNS-t reverz transzkripciós vírusok DNS intermedierrel. Genomjaik két pozitív értelmes egyszálú RNS-molekulából állnak, 5′ sapkával és 3′ poliadenilált farokkal. A retrovírusok példái közé tartozik a Human Immunodeficiency Virus (HIV) és a Human T-Lymphotropic virus (HTLV). Amint a vírusok bejutottak a sejtbe, és bevonat nélküliek, a genom reverz transzkripcióra kerül kétszálú DNS-vé, amely beépülhet a gazdasejtbe, és ezt követően expresszálódik.

A reverz transzkriptáz enzim általi reverz transzkripció több lépésben történik:

1. Egy specifikus sejtes tRNS primerként működik, és hibridizálódik a vírusgenom egy komplementer részéhez, amelyet primer kötőhelynek vagy PBS-nek neveznek.

2. A komplementer DNS ezután a vírus RNS U5 (nem kódoló régió) és R régiójához (az RNS-molekula mindkét végén található közvetlen ismétlődés) kötődik.

3. A reverz transzkriptáz enzim RNAse H nevű doménje lebontja az RNS 5′ végét, amely eltávolítja az U5 és R régiót.

4. A primer ezután ‘ugrik’ a vírusgenom 3′ végére, és az újonnan szintetizált DNS-szálak hibridizálódnak az RNS-en lévő komplementer R-régióval.

5. A komplementer DNS (cDNS) első szála meghosszabbodik, és a virális RNS többségét az RNS-áz H lebontja.

6. Miután a szál elkészült, a második szál szintézise megindul a vírus RNS-éből.

7. Ezután egy másik "ugrás" következik, ahol a második szálból származó PBS hibridizál az első szálon lévő komplementer PBS-sel.

8. Mindkét szál tovább nyúlik, és az integráz enzim segítségével beépülhet a gazdaszervezet genomjába. Az így létrehozott DNS-duplex irányítja a vírusfertőzési folyamat hátralevő részét (azonnali lízis vagy beépülés a gazda genomjába, és nyugalmi állapotban marad) (13.14. ábra).

Más DNS- és RNS-polimerázokhoz hasonlóan az RT is szintetizálja a polinukleotidokat az 5′-3′ irányban. A DNS polimerázhoz hasonlóan primert igényel. Itt a primer egy tRNS-molekula, amelyet a virion fog el a gazdasejtből, amelyben előállították. A tRNS 3′ vége bázispárosodik a virális templáttal azon a helyen, ahol a DNS szintézis megindul, és szabad 3′-OH-ja elfogadja a dezoxinukleotidokat.

Ennek az enzimnek háromféle enzimaktivitása van:

1. RNS-irányított DNS-polimeráz, ezért RT-nek nevezik.

2. RNS-H aktivitás, RNS lebontása RNS-DNS hibridben.

3. DNS-irányított DNS-polimeráz.

Az enzim egy heterodimer, amely 66 kDa-os és 51kDa-os alegységekből áll. A két polipeptidnek azonos az N-terminális szekvenciája, ami azt jelzi, hogy az 51 kDa-os egység lehasad a 66 kDa-os egységről. A 66 kDa-os monomer azonosítható ‘finger’, ‘palm’ és ‘thumb’ komponensekkel rendelkezik, amelyek funkcionálisan analógok a Klenow-fragmens szerkezetében lévőkkel.

A 66 kDa és 51 kDa méretű monomerek határfelülete nyomvonalat biztosít a polimeráz aktív helytől az RNázH ​​aktív helyig, és lehetővé teszi az RNS primer templát szál egyidejű megsemmisítését közvetlenül a másolás után (13.15. ábra).

Egy kétszálú DNS-molekulával rendelkező RT komplexben a polimeráz aktív helyéhez közeli DNS A-formában van, míg a többi normál B-formában van. Az 51 kDa-os monomer kötőhelyet is biztosíthat a lizin-tRNS számára, amely elindítja a kezdeti DNS-szintézist. A HIV RT nagy klinikai jelentőséggel bír, mivel felelős a HIV replikációjáért és fertőzéséért. A HIV RT 1 bázis/2000-4000 polimerizált nukleotid sebességgel okoz beépülési hibás bázist. Ez azt jelenti, hogy a vírus gyorsan változik, ami nehéz feladattá teszi a vakcina kifejlesztését.


Hivatkozások

Alexandersen S, Chamings A, Bhatta TR. 2020. A diagnosztikai mintákban található SARS-CoV-2 genomi és szubgenomikus RNS-ek nem jelzik az aktív replikációt. Nat Commun. 11(1):6059.

Boldogh I, Albrecht T, Porter DD. 2011. Tartós vírusfertőzések. In: Baron S, szerkesztő. Orvosi mikrobiológia. Galveston (TX): A Texasi Egyetem orvosi fiókja Galvestonban.

Cohen JI. 2020. Herpesvírus látencia. J Clin Invest. 130(7):3361–3369.

Feschotte C, Gilbert C. 2012. Endogén vírusok: betekintés a vírus evolúciójába és a gazdabiológiára gyakorolt ​​hatásba. Nat Rev Genet. 13(4):283–296.

Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR, Rall GF, Skalka AM. 2015. A virológia alapelvei: 2 kötetes készlet - Csomag. 4. kiadás Washington, D.C., DC: Amerikai Mikrobiológiai Társaság.

Hilleman MR. 2004. Stratégiák és mechanizmusok a gazdaszervezet és a kórokozó túlélésére akut és perzisztens vírusfertőzésekben. Proc Natl Acad Sci U S A. 101 2. melléklet (2. kiegészítés): 14560–14566.

Hwang B, Lee JH, Bang D. 2018. Egysejtű RNS szekvenálási technológiák és bioinformatikai csővezetékek. Exp Mol Med. 50. (8):96.

Lodish H, Berk A, Kaiser C, Krieger M, Bretscher A, Ploegh H, Amon A, Martin K. Molecular cell biology. 8. kiadás New York: W.H. Freeman 2016

Lubinski JM, Jiang M, Hook L, Chang Y, Sarver C, Mastellos D, Lambris JD, Cohen GH, Eisenberg RJ, Friedman HM. 2002. Az 1-es típusú Herpes simplex vírus in vivo elkerüli az antitest és a komplement hatásait. J Virol. 76(18):9232–9241.

Perlman S, Dandekar AA. 2005. A koronavírus-fertőzések immunpatogenezise: a SARS következményei. Nat Rev Immunol. 5(12):917–927.

A Sagan szabvány: A rendkívüli állításokhoz rendkívüli bizonyítékok szükségesek. Effectiviology.com. [Hozzáférés: 2020. december 16.]. https://effectiviology.com/sagan-standard-extraordinary-claims-require-extraordinary-evidence/.

V’kovski P, Kratzel A, Steiner S, Stalder H, Thiel V. 2020. Coronavirus biology and replikation: impplications for SARS-CoV-2. Nat Rev Microbiol. doi:10.1038/s41579-020-00468-6. http://dx.doi.org/10.1038/s41579-020-00468-6.

Wiedemann A, Foucat E, Hocini H, Lefebvre C, Hejblum BP, Durand M, Krüger M, Keita AK, Ayouba A, Mély S, et al. 2020. Hosszan tartó súlyos immunműködési zavarok az Ebola vírus betegséget túlélőknél. Nat Commun. 11(1):3730.

Younesi V, Nikzamir H, Yousefi M, Khoshnoodi J, Arjmand M, Rabbani H, Shokri F. 2010. Az Epstein Barr vírus gátolja a TLR7/8 és TLR9 agonisták stimuláló hatását, de nem a CD40 ligandumot humán B limfocitákban: A TLR stimuláció gátlása az EBV által. Microbiol Immunol. 54(9):534–541.


2. rész: Bővített kiadás: Reverz transzkriptáz felfedezése

00:00:1420 Sziasztok.
00:00:1520 David Baltimore vagyok.
00:00:1620 Professzor vagyok a Kaliforniai Műszaki Egyetemen (Caltech).
00:00:2302 És azért vagyok itt, hogy a vírusokról beszéljek.
00:00:2516 Több mint 50 éve dolgozom a vírusokon.
00:00:3014 És lenyűgözőnek találom őket.
00:00:3420 És a HIV-re fogok koncentrálni, mert a legtöbb ember ismeri ezt a vírust.
00:00:4114 És persze ez a 20. és 21. század csapása.
00:00:4706 Tehát a vírusokat az élővilág külön birodalmának nevezem.
00:00:5112 Ezek valójában nem egy királyság, de annyira különböznek minden más organizmustól, hogy
00:00:5713 nagyon különállónak kell tekinteni őket.
00:00:5927 Rendkívül aprók.
00:01:0200 Csak úgy tudják megkettőzni magukat, ha behatolnak az élő sejtekbe és eltérítik a
00:01:0924 sejtek aktivitása a vég felé, amit a vírus genetikája diktál.
00:01:1617 És így obligát sejtparaziták.
00:01:2017 A vírusok csak egy sejtben létezhetnek. csak akkor létezhet, ha a sejtek kifejlődtek.
00:01:2818 RNS vagy DNS lehet genetikai anyaguk a biológiai világ többi részén
00:01:3409 DNS-t használ.
00:01:3803 És mindenféle sejtben növekedhetnek: állati sejtekben, baktériumokban, növényekben.
00:01:4527 És az a tény, hogy sok közülük RNS vírus, arra utal, hogy a
00:01:5220 egy RNS-világ, amely közvetítő volt a ma ismert világ fejlődésében,
00:02:0016, amely mind a DNS-en, mind az RNS-en alapul.
00:02:0418 A molekuláris biológia központi dogmája nem változott az 1950-es évek óta, amikor is
00:02:1208 először Francis Crick mondta ki.
00:02:1803 És ez az, hogy a DNS képes megkettőzni önmagát, átírható RNS-vé, és az RNS
00:02:2421 viszont sablon lehet a fehérje előállításához.
00:02:2812 A fehérje pedig az, amitől az élet működik.
00:02:3204 Minden sejtünk fehérjékből épül fel.
00:02:3415 Életünk minden eseményét a fehérjék határozzák meg.
00:02:4113 1970-ben egy víruson dolgoztam, és volt szerencsém felfedezni, hogy
00:02:4724 kissé megváltoztatta a központi dogmát.
00:02:5126 Felfedeztük a fordított transzkripciót: DNS-t eredményező RNS.
00:02:5918 És ez a fordított transzkripció valójában nagyon nagy mennyiségű DNS-t eredményez.
00:03:0904 tőlünk és a legtöbb magasabb rendű szervezettől.
00:03:1215 A fordított transzkripció felfedezése kiegészítette a logikánk megértését.
00:03:1827 hogyan szaporodnak a vírusok.
00:03:2210 És hadd írjam le ezt a logikát úgy, hogy a legfontosabb termékre összpontosítok
00:03:2905 vírusfertőzés során készült, amely hírvivő RNS.
00:03:3405 A hírvivő RNS fehérjét kódol.
00:03:3714 És ezek a fehérjék, ma vírusfehérjék, képesek átvenni a sejtek uralmát, és több vírusrészecskét termelhetnek.
00:03:4701 Ezek jelentik a vírusfertőzési folyamat lényegét.
00:03:5205 És hát a. a nukleinsav, a vírus DNS-e vagy RNS-e tartja az utasításokat
00:04:0006 a fehérjék előállításáért.
00:04:0212 És a kérdés az, hogy ezek az utasítások hogyan jutnak el a fehérje előállításához?
00:04:0804 És ennek hat módja van, attól függően, hogy pontosan hogyan
00:04:1511 kerül továbbításra.
00:04:1800 És ez a hat módszer megkülönbözteti a vírusok egyik osztályát a vírusok másik osztályától.
00:04:2502 Tehát a legegyszerűbbek, a legegyszerűbbek a kétszálú DNS-vírusok,
00:04:3112 I. osztályú vírusok.
00:04:3419 Ezek egyszerűen hírvivő RNS-t termelnek, mint ahogy mi is előállítjuk a hírvivő RNS-t normál sejtjeinkben,
00:04:4203 mert kétszálú DNS-t hordozunk örökítőanyagként.
00:04:4721 Aztán vannak egyszálú DNS-vírusok.
00:04:5011 Kétszálúvá kell válniuk – ezek a II. osztályú vírusok –, majd
00:04:5524 hírvivő RNS-t tudnak előállítani.
00:04:5812 És akkor újra el kell készíteniük azokat az egyes szálakat, hogy azok genetikai anyagai legyenek.
00:05:0228 azok a vírusok.
00:05:0408 Aztán vannak RNS-vírusok.
00:05:0711 Vannak kétszálú RNS-vírusok, amelyek nagyon hasonlítanak a kétszálú DNS-vírusokhoz
00:05:1226 kivéve, hogy RNS-ek.
00:05:1515 És hírvivő RNS-t készítenek a kettős szálú RNS-ükből.
00:05:2010 Kétféle egyszálú RNS-vírus létezik.
00:05:2402 Hordozhatják a genetikai anyag érzéki szálát, amit mi plusz szálnak nevezünk,
00:05:3314 ebben az esetben kódolni tudják a fehérjét, ha azt a sejtbe helyezik.
00:05:4021 Vagy az V. osztályú vírusokban hordozhatják a mínusz szálat, a komplementer szálat.
00:05:4706 Ez mindaddig értelmetlen, amíg egy plusz szálba nem másolják.
00:05:5204 Tehát le kell másolni, mielőtt fehérjét termelhetne.
00:05:5720 És a vírusrészecskének polimerázt kell hordoznia ahhoz.
00:06:0328 És akkor ott van a fordított transzkripciós folyamat, amelyben egy RNS-t hordoz a vírus,
00:06:0821 de ez. bemásolják először egyszálú DNS-be, majd kétszálú DNS-be, és azután
00:06:1419 a sablon a hírvivő RNS előállításához.
00:06:1728 Tehát ez hat különböző típusú vírust ad nekünk.
00:06:2122 Felhívom őket. Baltimore-i osztályozásnak hívják, mert először 1970-ben adtuk ki,
00:06:3213 és sok tankönyv használja rendszerezési módként. vírusokra gondolva.
00:06:3726 És. de ez tényleg nem besorolás.
00:06:4206 Ez egy nyilatkozat arról, hogy a vírusok hogyan illeszkednek a genetikai információ kezelési stílusukhoz
00:06:4922 a központi dogma szükségleteibe.
00:06:5204 Hány vírus létezik?
00:06:5501 Megszámlálhatatlan számú vírus létezik.
00:06:5810 Az állatvilágban minden állatnak megvan a maga víruskészlete, amely minden baktériumnak megvan
00:07:0326 saját víruskészletét.
00:07:0604 Minden bizonnyal milliónyi vírus van, amelyek könnyen megkülönböztethetők egymástól,
00:07:1213 és számos becslés született, amelyek ennél sokkal magasabbak.
00:07:1809 Mivel a vírusok csak a sejtek belsejében tudnak növekedni, be kell jutniuk egy sejtbe.
00:07:2322 De ha egyszer bejutnak, nagyon gyorsan átvehetik a cellát.
00:07:2822 Egyes vírusok, különösen a baktériumok életciklusa mindössze 20 vagy 30 perc.
00:07:3701 És még az emlősvírusoknak is csak néhány órába telik, mire hatalmas számú másolatot készítenek magukról.
00:07:4618 Csak akkor tudnak tovább élni, ha egyik szervezetről a másikra továbbítják őket, mert
00:07:5210 kötelező paraziták lévén, nem tudnak egyedül élni a világban.
00:07:5717 Így minden vírus az átvitel története.
00:08:0205 Tudjuk, hogy az emberben történő átvitel tüsszögéssel vagy olyan felület megérintésével járhat,
00:08:0814 beteg ember megérintette.
00:08:1109 De a macskáknál más az átvitel, a rovaroknál más,
00:08:1902 és ez a vírusok evolúciójának része.
00:08:2106 Úgy fejlődnek, hogy a vendéglátóik életstílusának részévé váljanak.
00:08:2826 Ha a vírusok nagyon jellemzőek egy fajra, például az emberi fajra, akkor
00:08:3513 valójában szabaduljunk meg tőlük, mert rajtunk kívül nincs tározójuk.
00:08:4013 És ha be tudjuk oltani a világ teljes lakosságát, akkor megszabadulhatunk ettől a vírustól,
00:08:4720 mert immunissá tesszük magunkat rá.
00:08:5121 És ezt megtettük a himlővel.
00:08:5317 Már majdnem megtettük ezt a gyermekbénulás ellen, és azt hiszik, hogy néhány éven belül
00:09:0023 A gyermekbénulás megszűnik a Földről.
00:09:0514 Nos, a sejtekben szaporodó vírusoknak tenniük kell valamit, hogy kiszabaduljanak a sejtekből.
00:09:1413 És általában két dolog egyikét csinálják.
00:09:1712 Vagy fogadnak. kibújik a sejtek felszínéről, és ez az, amit ez a kép mutatja,
00:09:2422 vagy nagy számban nőnek fel a cellában, majd szétrobbanják a cellát.
00:09:3215 És ez felszabadítja a vírusrészecskéket a sejt belsejéből, bárhol is van, a
00:09:3806 vérrendszer. bloodstream in the humans, for instance.
00:09:4416 Viruses only made sense when molecular biology was born as a science, because they're
00:09:5007 so small that the only really important thing that they have is their genetic instructions,
00:09:5528 their DNA or their RNA.
00:09:5822 They generally protect that in a coat, but the coat is. is largely inert, except for
00:10:0422 helping them get into the next infected cell, or next cell that they're going to infect.
00:10:1317 Some of them have a few other proteins that help initiate the infection.
00:10:1903 And then, we're now learning about viruses that are very big and complicated -- surprising.
00:10:2526 They're actually of the size of bacteria.
00:10:2827 But what distinguishes them is that they require to be inside a cell to multiply, whereas bacteria
00:10:3823 can multiply as free-living organisms.
00:10:4403 The way we detect viruses is by what's called a plaque assay.
00:10:4926 We have a lawn of susceptible cells.
00:10:5321 They could be mammalian cells they could be bacterial cells.
00:10:5808 We put a few virus particles down.
00:11:0028 Those virus particles chew up the lawn from a center where they land, and they form
00:11:0715 a plaque.
00:11:0915 And if you count the number of plaques, you know how many viruses were there.
00:11:1426 And if you make. if you put down twice as many viruses, you get twice as many plaques,
00:11:2028 so it's a highly quantitative test, and bacterial genetics was done using those tasks.
00:11:2917 those techniques.
00:11:3023 Here, we can see tiny plaques made by a kind of bacterial virus, or huge plaques made
00:11:4100 by poliovirus plated on human cells.
00:11:4528 A distinction which I find very important among viruses is the distinction between
00:11:5301 equilibrium viruses and non-equilibrium viruses.
00:11:5816 Equilibrium viruses have. are viruses that have been, for a very long time, parasites
00:12:0617 of a particular species.
00:12:0820 And so they're highly adapted to that species, to the lifestyle of that species, to the cells
00:12:1405 of that species.
00:12:1623 And what happens is that they evolve to actually be less lethal, because they don't want to
00:12:2209 kill off their hosts.
00:12:2313 If they killed off every member of the species, that virus would have. would die itself.
00:12:2926 And so, they cause enough disease to help their spread, but they don't.
00:12:3706 like causing sneezing or coughing. but they don't kill most people.
00:12:4222 The common cold virus is a very good example of a. an equilibrium virus in humans.
00:12:5007 Then, there are non-equilibrium viruses.
00:12:5324 Non-equilibrium viruses are viruses that have jumped from one species to another.
00:13:0024 They're not yet adapted to that new host.
00:13:0316 They've only been with that new host for a while, even decades.
00:13:1021 And they can be extremely lethal, because this is not a host they care about.
00:13:1521 And so they haven't evolved to be non-lethal in that host.
00:13:2203 They may in fact spread poorly, or they could spread very well.
00:13:2625 They may be very efficient, very inefficient.
00:13:2919 There's enormous variation.
00:13:3218 But those are the viruses that cause us the biggest problems, because those viruses
00:13:3902 can be lethal.
00:13:4002 So, if we talk about equilibrium viruses, we talk about polio.
00:13:4503 Polio, in its day, caused. volt. was lethal to a very small fraction of the people
00:13:5312 who were infected by it.
00:13:5509 Most people didn't know they were infected -- 90%+.
00:13:5900 A few people actually were paralyzed by it.
00:14:0226 And a few people were actually killed by it.
00:14:0620 And that's in the nature of an equilibrium virus, largely non-lethal, although occasionally lethal.
00:14:1422 Smallpox actually was. van. is a virus that's lethal to a fair number of people,
00:14:2226 and you really want to get it when you're young and get over it.
00:14:2625 And that was the nature of vaccination against smallpox in the very early days.
00:14:3424 The common cold virus we mentioned.
00:14:3822 Measles virus, another one, actually causes quite severe infections to a few people.
00:14:4514 Most people get over it after being in bed for a couple of days.
00:14:5013 Herpes viruses are all around us and are. keep infecting people, but are generally non-lethal.
00:15:0001 Now, non-equilibrium viruses.
00:15:0122 The most famous one of those is influenza virus.
00:15:0613 It's a natural virus of birds.
00:15:1006 In birds, it's generally not very lethal.
00:15:1328 It comes to humans and it's lethal to older people and very young people.
00:15:2114 And it's really a serious disease for adults to get.
00:15:2722 And that's why we try to vaccinate against it, although our vaccines are nowhere near
00:15:3219 as good as we'd like them to be.
00:15:3609 HIV is a virus that recently came to us from chimpanzees, but in fact it's not even
00:15:4403 a natural virus of chimpanzees.
00:15:4507 It seems to be a natural virus of monkeys.
00:15:5013 And they gave it to chimpanzees, which in turn gave it to us.
00:15:5527 SARS is a virus, probably, from bats.
00:16:0101 Ebola is a virus almost certainly from bats.
00:16:0422 Hantaan was from rodents.
00:16:0811 Those have been very lethal to humans, but generally in contained areas, because they.
00:16:1511 they haven't evolved to be able to spread very effectively.
00:16:1915 Now, let me turn to HIV, because it's a virus that we've heard so much about and that
00:16:2901 has been such a devastating virus to human beings.
00:16:3325 In. in the last few decades, the spread of the human immunodeficiency virus
00:16:4102 throughout the world has been a constant source of fear and news.
00:16:4909 It came into our midst, really, in the early 1980s.
00:16:5401 Before that, it was in human beings, but it was in very limited populations, mainly in Africa.
00:17:0213 Somewhere around the 1980s, it started spreading, coincident with travel.
00:17:0824 It was taken on airplanes in people from its. its source in Africa into Europe,
00:17:1609 into the United States.
00:17:2006 Making sense of. of HIV depended on having discovered the reverse transcriptase.
00:17:2715 So, our work in 1970 actually set the base for finding HIV, because HIV. it uses
00:17:3528 a reverse transcriptase, and it was that enzyme that revealed the nature of that virus.
00:17:4217 So, let me talk about the discovery of reverse transcription for a minute.
00:17:4917 In 1960, I began working on viruses.
00:17:5406 And I realized that in order to understand this lifecycle of viruses the thing to do
00:18:0117 was to examine the enzymes that made viral DNA or RNA.
00:18:0909 And so we actually discovered a number of polymerases in viruses all through the 1960s.
00:18:2104 And then in 1969, we found the polymerases that. that allow negative-strand viruses
00:18:3226 to be made.
00:18:3413 And they, as I mentioned earlier, are in the virus particle.
00:18:3717 And that suggested that if we were going to understand cancer inducing viruses,
00:18:4208 maybe we should look in the virus particle.
00:18:4600 Howard Temin, in the 1960s, had speculated that RNA. that the RNA tumor viruses --
00:18:5127 the viruses that have RNA as their genetic material but cause cancer -- might actually copy their
00:19:0124 RNA into DNA.
00:19:0318 But nobody could find clear evidence that that was true.
00:19:0800 And so in 1970, when we said, let's look in the virus particle, we found the enzyme
00:19:1520 that copies RNA into DNA.
00:19:1801 It was actually, for me, because I was a. had a background in that kind of experimentation,
00:19:2315 a very simple experiment.
00:19:2425 It took a matter of days to discover it.
00:19:2917 And in 1975, Howard Temin and I, along with Renato Dulbecco, who worked on DNA viruses,
00:19:3712 were honored with a Nobel Prize, because the work that the three of us had done
00:19:4309 really set the stage for understanding the genetic nature of cancer.
00:19:4713 And that was a big deal, scientifically, and actually has turned out to be a big deal in
00:19:5513 our treatment of cancer.
00:19:5822 It's nostalgic for me to remember back to the circumstances of doing those experiments
00:20:0607 because I was thinking about this diagram and realized that the.
00:20:1306 the tumor-inducing viruses didn't fit into it.
00:20:1613 And so got ahold of a stock of those viruses to test whether they might have a polymerase.
00:20:2506 And as I said, in a few days, found what we were looking for.
00:20:3200 The reverse transcriptase is an enzyme, now, that's understood in great detail.
00:20:3815 You can see how the DNA or RNA are threaded through the. the polymerase from its structure.
00:20:5122 So, let me say a few words about what the discovery of reverse transcription allowed.
00:21:0009 It allowed various kinds of understanding, and it allowed various kinds of technology.
00:21:0621 The understanding was the understanding that RNA tumor viruses are retroviruses, that they
00:21:1324 reverse transcribe their genome and integrate it into the host cell.
00:21:1911 And that really said that cancer was a consequence of genetic alteration of cells.
00:21:3026 And the other thing is that reverse transcription allowed biotechnologists to capture the
00:21:4104 genetic information from individual genes as messenger RNA that was reverse transcribed in the laboratory.
00:21:5103 And that became a central methodology of biotechnology.
00:21:5704 We also learned from work on the structure of the human genome that as much as 45% of
00:22:0621 the human genome arose by reverse transcription over historic time, mainly by the
00:22:1427 copying of mobile genetic elements, which are like viruses except they don't have an extracellular existence.
00:22:2301 They simply are part of cellular life.
00:22:2719 And finally, the discovery of reverse transcription set the base for, ten years later, the discovery
00:22:3503 of. hogy. that the AIDS epidemic was being caused by the spread of a virus, HIV,
00:22:4520 and that that virus was a retrovirus, like the tumor viruses that up to then were
00:22:5217 the only ones known.
00:22:5506 So, it's been particularly gratifying to me that this discovery has reverberated down
00:23:0326 through time in so many different ways.
00:23:0626 And it really speaks to the importance of basic research.
00:23:1217 So, if we look at the life cycle of a retrovirus -- any retrovirus -- what it does is to
00:23:2028 make its way into a cell by fusing to the surface of the cell and popping the core of the virus
00:23:3009 into the cell itself.
00:23:3222 There, that core acts as an enzyme to make a DNA copy of the RNA in the virus.
00:23:4120 That in turn integrates itself, forming what's called the provirus.
00:23:4624 And the provirus then acts as a template to make proteins. to make RNA to make proteins.
00:23:5512 And those proteins come together to form new virus particles that bud out from the
00:24:0002 surface of the cell and become a free-living virus looking for a new potential host.
00:24:0705 It's a very interesting life cycle because the virus is actually finding its way
00:24:1324 into the chromosomes of the cell, turning itself from a free-living virus into genes of the cell.
00:24:2112 And that is a unique and remarkable way of the virus hiding out, allowing its transmission
00:24:3124 from one cell to the next cell to the next cell without the virus having to do anything,
00:24:3724 because every time the cell duplicates it duplicates the proviral DNA.
00:24:4426 Here it is budding off the surface of a cell.
00:24:4910 And so, let me just talk for a minute about how awful the AIDS epidemic has been,
00:24:5804 how powerful HIV has been.
00:25:0107 This. these are statistics from 2005.
00:25:0510 And I put them in here because that was sort of the peak of the epidemic.
00:25:1009 By that time, 65 million people had been infected all around the world, the bulk in Africa.
00:25:1701 There were 25 million who had been killed by the virus.
00:25:2222 40 million people were living with HIV, many in India, many in China, but the bulk in.
00:25:3005 in Africa.
00:25:3322 There were, at that time, 13,000 infections per day, 5 million people infected every year.
00:25:4427 It was a really devastating epidemic for the world.
00:25:5111 Now, if we look at it now, or at 2015, when the last statistics were available,
00:26:0108 what we see is an epidemic that is waning some but still really serious.
00:26:0801 So by now, 75 million people have been infected, 35 million have been killed, and there are
00:26:1528 still on the order of 40 million people living with AIDS.
00:26:2100 I've shown the 2005 numbers in parentheses.
00:26:2700 But there are now, as opposed to 2005, 18 million people on antiretrovirals,
00:26:3325 chemicals that prevent the growth of retroviral. of retroviruses.
00:26:4100 And those people are largely very healthy, and are also not transmitting virus,
00:26:4718 because the virus has been knocked down so effectively.
00:26:5207 And that's part of the reason why transmissions are down.
00:26:5524 So, the number of infections is now about 50% of what it was.
00:27:0210 The number dying is only 30% of what it was.
00:27:0819 And this. these retrovirals. antiretrovirals are making all the difference.
00:27:1414 But they're extremely expensive, even expensive in Africa, although much cheaper than here.
00:27:2406 And it's increasing the lifespan of people who are infected, it's lowering the infection rates,
00:27:2926 but it's not clear that it is the final answer.
00:27:3508 The final answer would be to make a vaccine that could prevent the transmission of HIV.
00:27:4306 And we. many, many other people in the scientific community are working on finding a way
00:27:5013 to vaccinate people.
00:27:5113 But this virus, as opposed to any other virus, has been a recalcitrant to our attempts to
00:27:5809 make a vaccine.
00:28:0126 So, HIV is the classic non-equilibrium virus.
00:28:0610 It's, as I say, endemic in African monkeys.
00:28:1015 It got a foothold in the human populations maybe 90 years ago.
00:28:1612 For a long time, it was found only in villages in Africa.
00:28:2107 Then, as. as transportation became more and more commonly used to take people
00:28:3006 from one continent to another, it seeded other continents and became a worldwide epidemic.
00:28:3800 It grows in one of the key cell types of our immune system, and so it actually knocks out
00:28:4419 our immune systems.
00:28:4609 And that's what. why it's a lethal virus.
00:28:4910 We die of some infection, not of HIV infection.
00:28:5807 And with that, I've finished with this discussion of viruses and of HIV.

  • Part 1: Introduction to Viruses

Felfedezés

Retroviruses were originally known as RNA tumor viruses because they have RNA, not DNA, genomes, and because they were the first viruses recognized to cause certain cancers in animals. At the middle of the twentieth century, Howard Temin was interested in understanding how RNA tumor viruses cause cancer. One finding that interested him was the genetic-like stability of the uncontrolled cell growth caused by these viruses. It was known then that certain bacterial viruses, called phages, could integrate their DNA into their hosts' chromosomes and persist as stable genetic elements known as prophages. By analogy, Temin proposed the provirus hypothesis, which suggests that RNA tumor viruses can cause permanent alterations to cells by integrating into host chromosomes. In order for this to occur, Temin suggested that virion RNAs were first converted into DNAs, which could then become integrated.

The chemistry of using RNA as a sablon for DNA seemed possible. However, reverse transcription was at odds with the then-popular central dogma of molecular biology, advanced by Francis Crick, which maintained that genetic information flowed unidirectionally from DNA to RNA to protein. RNA tumor viruses were RNA viruses, so it was assumed that their replication involved RNA polymerases, as had been demonstrated for other RNA viruses, and not a DNA polymerase. Because his proposal of a reverse flow of genetic information from RNA to DNA seemed heretical, and because the experimental techniques needed to test this idea were not yet developed, Temin and his hypothesis were rebuffed for many years.

The biochemical proof for reverse transcription finally arrived in 1970 when two separate research teams, one led by Temin and the other by David Baltimore, simultaneously discovered the elusive RNA-copying DNA polymerase in purified virions. In 1975 Temin and Baltimore shared the Nobel Prize in physiology or medicine for their discovery of reverse transcriptase.


Reverse transcriptase: discovery and impacts

In 1970 Temin and Japanese virologist Satoshi Mizutani, and American virologist David Baltimore, working independently, reported the discovery of an enzyme that could synthesize proviral DNA from the RNA genome of RSV. This enzyme was named RNA-directed DNA polymerase, commonly referred to as reverse transcriptase. This discovery resulted in the identification of a unique virus family (Retroviridae), and the understanding of the pathogenesis of these viruses spurred a rush to discover other infectious cancer-causing agents. In 1975 Temin, Baltimore, and Dulbecco (who mentored both Temin and Baltimore) were awarded the Nobel Prize for Physiology or Medicine “for their discoveries concerning the interaction between tumour viruses and the genetic material of the cell.”

In the early 1980s the HTLV-I and HTLV-II retroviruses were discovered and found to cause leukemia. In 1983 HIV was isolated and identified as the causative agent of AIDS. HIV infects white blood cells known as helper T cells and results in the production of more virus and, eventually, cell death and destruction of the immune system. In 2007 approximately 2.1 million people worldwide died of AIDS, an estimated 33.2 million people were living with HIV, and approximately 2.5 million people were newly infected with HIV. Drugs that inhibit reverse transcriptase were the first treatments available to people living with HIV. Nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NRTIs) such as AZT (zidovudine)—the first drug approved by the U.S. Food and Drug Administration to prolong the lives of AIDS patients—act by terminating the proviral DNA chain before the enzyme can finish transcription. NRTIs are often given in combination with non-nucleoside reverse transcriptase inhibitors (NNRTIs) such as efavirenz that act by binding to and altering the shape of the enzyme itself, thereby blocking the enzyme’s function.

The ability of reverse transcriptase to synthesize DNA from RNA has been used in the laboratory. For example, RT-PCR is commonly used to quantify the amount of messenger RNA (mRNA) transcribed from a gene. Because RNA is fragile and difficult to study, a strand of complementary DNA (cDNA) is synthesized from RNA, using reverse transcriptase during the RT-PCR procedure. The cDNA can then be amplified by polymerase chain reaction and used for subsequent experiments.


Egyéb fertőző ágensek

Viroidok

Viroidok are small, circular ssRNA molecules that lack protein. These infectious molecules are associated with a number of plant diseases. Since ssRNA is highly susceptible to enzymatic degradation, the viroid RNA has extensive complementary base pairing, causing the viroid to take on a hairpin configuration that is resistant to enzymes. For replication viroids rely on a plant RNA polymerase with RNA replicase activity.

Prionok

Prionok are infectious agents that completely lack nucleic acid of any kind, being made entirely of protein. They are associated with a variety of diseases, primarily in animals, although a prion has been found that infects yeast (!). Diseases include bovine spongiform encephalopathy (BSE or &ldquomad cow disease&rdquo), Creutzfeld-Jakob disease in humans, and scrapie in sheep.

The prion protein is found in the neurons of healthy animals (PrPC or Prion Protein Cellular), with a particular secondary structure. The pathogenic form (PrPSC or Prion Protein Scrapie) has a different secondary structure and is capable of converting the PrPC into the pathogenic form. Accumulation of the pathogenic form causes destruction of brain and nervous tissue, leading to disease symptoms such as memory loss, lack of coordination, and eventually death.

Prions. Joannamasel at English Wikipedia [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

Key Words

Baltimore Scheme, Class I, Class II, Class III, Class IV, Class V, Class VI, Class VII, DNA-dependent RNA polymerase, DNA-dependent DNA-polymerase, concatemer, productive infection, latent infection, plus-strand DNA/+DNA, minus-strand DNA/-DNA, dsDNA, ssDNA, replicative form (RF), rolling-circle replication, pregenome, reverse transcriptase, RNA-dependent DNA-polymerase, dsRNA, RNA-dependent RNA-polymerase, transcriptase, replicase, plus-strand RNA/+ssRNA, minus-strand RNA/-ssRNA, polyprotein, subgenomic mRNA, ribosomal frame-shifting, open reading frame (ORF), readthrough mechanism, stop codon, retrovirus, ribonuclease, provirus, viroid, prion, PrPC/Prion Protein Cellular, PrPSC/Prion Protein Scrapie.