Learning Objectives
- Beschrijf viroïden en hun unieke kenmerken
- Beschrijf virusoïden en hun unieke kenmerken
- Beschrijf prionen en hun unieke kenmerken
Onderzoek pogingen om de veroorzakers van voorheen niet onderzochte ziekten te ontdekken hebben geleid tot de ontdekking van niet-levende ziekteverwekkers die sterk verschillen van virussen. Het gaat hierbij om deeltjes die alleen uit RNA of alleen uit proteïnen bestaan, maar die zich toch ten koste van een gastheer kunnen voortplanten – een belangrijke overeenkomst met virussen waardoor zij ziekten kunnen veroorzaken. Tot dusverre omvatten deze ontdekkingen viroïden, virusoïden, en de eiwitachtige prionen.
Viroïden
Figuur 1. Deze aardappelen zijn besmet met de aardappelspindelknolviroïde (PSTV), die meestal wordt verspreid wanneer besmette messen worden gebruikt om gezonde aardappelen te snijden, die vervolgens worden gepoot. (credit: Pamela Roberts, University of Florida Institute of Food and Agricultural Sciences, USDA ARS)
In 1971 ontdekte Theodor Diener, een patholoog die werkzaam was bij de Agriculture Research Service, een acellulair deeltje dat hij een viroïde noemde, wat “virusachtig” betekent. Viroïden bestaan slechts uit een korte cirkelvormige RNA-streng die in staat is tot zelfreplicatie. De eerste ontdekte viroïde bleek de spilziekte bij aardappelknollen te veroorzaken, die een tragere scheutvorming en diverse misvormingen bij aardappelplanten veroorzaakt (zie figuur 1). Net als virussen nemen aardappelknolviroïden (PSTV’s) de controle over van de gastheermachines om hun RNA-genoom te repliceren. In tegenstelling tot virussen hebben viroïden geen eiwitmantel om hun genetische informatie te beschermen.
Viroïden kunnen leiden tot verwoestende verliezen van commercieel belangrijke landbouwgewassen die op akkers en in boomgaarden worden geteeld. Sinds de ontdekking van PSTV zijn andere viroïden ontdekt die ziekten in planten veroorzaken. Tomato planta macho viroid (TPMVd) infecteert tomatenplanten, wat leidt tot verlies van chlorofyl, misvormde en broze bladeren en zeer kleine tomaten, wat resulteert in productiviteitsverlies in dit veldgewas. Avocado sunblotch viroid (ASBVd) resulteert in lagere opbrengsten en vruchten van mindere kwaliteit. ASBVd is de kleinste tot nu toe ontdekte viroïde die planten infecteert. Peach latent mosaic viroid (PLMVd) kan necrose van bloemknoppen en takken veroorzaken, en verwonding van gerijpt fruit, wat leidt tot schimmel- en bacteriegroei in het fruit. PLMVd kan ook soortgelijke pathologische veranderingen veroorzaken in pruimen, nectarines, abrikozen en kersen, wat ook in deze boomgaarden tot een lagere productiviteit leidt. Viroïden kunnen in het algemeen mechanisch worden verspreid tijdens het onderhoud of de oogst van gewassen, via vegetatieve voortplanting en mogelijk via zaden en insecten, wat kan leiden tot een ernstige daling van de beschikbaarheid van voedsel en verwoestende economische gevolgen kan hebben.
Denken
- Waaruit bestaat het genoom van een viroïde?
Virusoïden
Een tweede soort pathogeen RNA dat commercieel belangrijke landbouwgewassen kan infecteren, zijn de virusoïden, die subvirale deeltjes zijn die het best kunnen worden omschreven als niet-zelfreplicerende ssRNA’s. De RNA-replicatie van virusoïden is vergelijkbaar met die van viroïden, maar in tegenstelling tot viroïden vereisen virusoïden dat de cel ook geïnfecteerd is met een specifiek “helper”-virus. Momenteel zijn er slechts vijf beschreven soorten virusoïden en de bijbehorende helpervirussen. De helpervirussen behoren alle tot de familie van de Sobemovirussen. Een voorbeeld van een helpervirus is het subterranean clover mottle virus, dat een geassocieerde virusoïde heeft die verpakt is binnen de virale capsid. Zodra het helpervirus de gastheercel binnendringt, worden de virusoïden vrijgemaakt en kunnen zij vrij in het cytoplasma van de plantencel worden aangetroffen, waar zij ribozymactiviteit bezitten. Het helpervirus ondergaat de typische virale replicatie, onafhankelijk van de activiteit van het virusoïde. De virusoïde-genomen zijn klein, slechts 220 tot 388 nucleotiden lang. Een virusoïd genoom codeert niet voor eiwitten, maar dient alleen voor de replicatie van virusoïd RNA.
Virusoïden behoren tot een grotere groep infectieuze agentia die satelliet-RNA’s worden genoemd; dit zijn soortgelijke ziekteverwekkende RNA’s die bij dieren worden aangetroffen. In tegenstelling tot de plantaardige virusoïden kunnen satelliet RNA’s coderen voor eiwitten; maar net als plantaardige virusoïden moeten satelliet RNA’s coïnfecteren met een helpervirus om zich te kunnen vermenigvuldigen. Eén satelliet-RNA dat mensen infecteert en dat door sommige wetenschappers als een virusoïde wordt omschreven, is het hepatitis delta virus (HDV), dat volgens sommige berichten ook wel hepatitis delta virusoïde wordt genoemd. HDV is veel groter dan een plantenvirusoïde, heeft een circulair ssRNA-genoom van 1700 nucleotiden en kan de biosynthese van HDV-geassocieerde eiwitten sturen. Het HDV-helpervirus is het hepatitis B-virus (HBV). Co-infectie met HBV en HDV leidt tijdens de infectie tot ernstiger pathologische veranderingen in de lever, waardoor HDV voor het eerst werd ontdekt.
Denk er eens over
- Wat is het belangrijkste verschil tussen een viroïde en een virusoïde?
Prionen
Ooit geloofden wetenschappers dat elk infectieus deeltje DNA of RNA moest bevatten. In 1982 ontdekte Stanley Prusiner, een arts die scrapie bestudeerde (een dodelijke, degeneratieve ziekte bij schapen), dat de ziekte werd veroorzaakt door eiwitachtige infectieuze deeltjes, of prionen. Omdat eiwitten acellulair zijn en geen DNA of RNA bevatten, werden Prusiner’s bevindingen aanvankelijk met weerstand en scepticisme begroet; maar zijn onderzoek werd uiteindelijk gevalideerd en hij ontving de Nobelprijs voor Fysiologie of Geneeskunde in 1997.
Een prion is een verkeerd gevouwen schurkenvorm van een normaal eiwit (PrPc) dat in de cel wordt aangetroffen. Dit misvormde prioneiwit (PrPsc), dat door een genetische mutatie kan worden veroorzaakt of spontaan kan ontstaan, kan besmettelijk zijn en andere endogene normale eiwitten aanzetten tot misvouwing, waardoor plaques worden gevormd (zie figuur 2). Vandaag de dag is bekend dat prionen verschillende vormen van overdraagbare spongiforme encefalopathie (TSE) bij mens en dier veroorzaken.
Figuur 2. Endogeen normaal prioneiwit (PrPc) wordt omgezet in de ziekteveroorzakende vorm (PrPsc) wanneer het in aanraking komt met deze variantvorm van het eiwit. PrPsc kan spontaan ontstaan in hersenweefsel, vooral als een gemuteerde vorm van het eiwit aanwezig is, of het kan afkomstig zijn van verkeerd gevouwen prionen die in voedsel geconsumeerd worden en uiteindelijk hun weg vinden naar hersenweefsel. (credit b: aanpassing van werk van USDA)
TSE is een zeldzame degeneratieve aandoening die de hersenen en het zenuwstelsel aantast. Door de ophoping van afwijkende eiwitten wordt het hersenweefsel sponsachtig, waardoor hersencellen afsterven en gaten in het weefsel ontstaan, wat leidt tot hersenbeschadiging, verlies van motorische coördinatie en dementie (zie figuur 3). Geïnfecteerde personen zijn geestelijk gehandicapt en kunnen zich niet meer bewegen of spreken. Er is geen genezing mogelijk en de ziekte ontwikkelt zich snel, wat uiteindelijk binnen enkele maanden of jaren tot de dood leidt.
Figuur 3. De ziekte van Creutzfeldt-Jakob (CJD) is een dodelijke ziekte die degeneratie van neuraal weefsel veroorzaakt. (a) Deze hersenscans vergelijken een normaal brein met een brein met CJD. (b) Vergeleken met een normaal brein zit het hersenweefsel van een CJD-patiënt vol sponsachtige laesies, die het gevolg zijn van abnormale formaties van prioneiwit. (credit a (rechts): bewerking van Dr. Laughlin Dawes; credit b (boven): bewerking van Suzanne Wakim; credit b (onder): bewerking van Centers for Disease Control and Prevention)
TSE’s bij mensen zijn onder meer kuru, fatale familiaire insomnie, de ziekte van Gerstmann-Straussler-Scheinker en de ziekte van Creutzfeldt-Jakob (zie figuur 3). TSE’s bij dieren zijn onder meer de gekkekoeienziekte, scrapie (bij schapen en geiten) en Chronic Wasting Disease (bij elanden en herten). TSE’s kunnen worden overgedragen tussen dieren onderling en van dieren op mensen door het eten van besmet vlees of besmet diervoeder. Overdracht tussen mensen kan plaatsvinden door erfelijkheid (zoals vaak het geval is bij GSS en CJD) of door contact met besmet weefsel, zoals bij een bloedtransfusie of orgaantransplantatie het geval kan zijn. Er zijn geen aanwijzingen voor overdracht via toevallig contact met een besmet persoon. Tabel 1 bevat een lijst van TSE’s die bij mensen voorkomen en hun wijze van overdracht.
| Tabel 1. Overdraagbare spongiforme encefalopathieën (TSE’s) bij de mens | |
|---|---|
| Ziekte | Mechanisme(n) van transmissie |
| Sporadische CJD (sCJD) | Niet bekend; mogelijk door verandering van normaal primair eiwit (PrP) in een afwijkende vorm als gevolg van een somatische mutatie |
| Variante CJD (vCJD) | Het eten van besmette rundveeproducten en door secundaire overdracht via bloed |
| Variante CJD (vCJD) | |
| Familiaire CJD (fCJD) | Mutatie in kiemlijn PrP-gen |
| Iatrogene CJD (iCJD) | Verontreinigde neurochirurgische instrumenten, hoornvliestransplantaat, gonadotroof hormoon, en, in tweede instantie, door bloedtransfusie |
| Kuru | Het eten van besmet vlees door ritueel kannibalisme | Gerstmann-Straussler-Scheinker-ziekte (GSS) | Mutatie in het kiembaan-PrP-gen |
| Fatale familiaire slapeloosheid (FFI) | Mutatie in het kiembaan-PrP-gen |
| Mutatie in het kiembaan-PrP gen | |
Prionnen zijn zeer moeilijk te vernietigen omdat ze resistent zijn tegen hitte, chemicaliën, en straling. Zelfs standaard sterilisatieprocedures garanderen niet de vernietiging van deze deeltjes. Momenteel bestaat er geen behandeling of genezing voor TSE-ziekte, en besmet vlees of besmette dieren moeten volgens federale richtlijnen worden behandeld om overdracht te voorkomen.
Denk er eens over
- Heeft een prion een genoom?
Clinical Focus: Joaquim, Resolutie
Dit voorbeeld sluit Joaquim’s verhaal af dat eerder begon bij Virussen en Isolatie, kweek en identificatie van virussen.
Een paar dagen later ontvangt Joaquim’s arts de resultaten van de immunofluorescentietest op zijn huidmonster. De test is negatief voor rabiës antigeen. Een tweede virale antigeentest op zijn speekselmonster is ook negatief. Ondanks deze resultaten besluit de arts de huidige behandeling van Joaquim voort te zetten. Gezien de positieve RT-PCR-test is het beter een mogelijke rabiësinfectie niet uit te sluiten.
Nabij de plaats van de beet krijgt Joaquim een injectie met rabiësimmunoglobuline, dat zich hecht aan het rabiësvirus dat mogelijk in zijn weefsel aanwezig is en dit inactiveert. Gedurende de volgende 14 dagen krijgt hij een serie van vier rabiësspecifieke vaccinaties in de arm. Deze vaccins activeren Joaquim’s immuunrespons en helpen zijn lichaam het virus te herkennen en te bestrijden. Gelukkig verbeteren de symptomen van Joaquim en herstelt hij volledig.
Niet alle gevallen van rabiës hebben zo’n gelukkige afloop. In feite is rabiës meestal fataal zodra de patiënt symptomen begint te vertonen, en behandelingen na een beet zijn voornamelijk palliatief (d.w.z. sedatie en pijnbestrijding).
Kernbegrippen en samenvatting
- Andere acellulaire agentia zoals viroïden, virusoïden, en prionen veroorzaken ook ziekten. Viroïden bestaan uit kleine, naakte ssRNA’s die ziekten bij planten veroorzaken. Virusoïden zijn ssRNA’s die andere helpervirussen nodig hebben om een infectie tot stand te brengen. Prionen zijn eiwitachtige infectieuze deeltjes die overdraagbare spongiforme encefalopathieën veroorzaken.
- Prionen zijn uiterst resistent tegen chemicaliën, hitte en straling.
- Er zijn geen behandelingen voor prioninfectie.
Meerkeuze
Welke van deze infectieuze agentia heeft geen nucleïnezuur?
- viroïden
- virussen
- bacteriën
- prionen
Welk van het volgende is waar van prionen?
- Ze kunnen worden geïnactiveerd door koken bij 100 °C.
- Ze bevatten een capsid.
- Ze zijn een malafide vorm van eiwit, PrP.
- Ze kunnen betrouwbaar worden geïnactiveerd door een autoclaaf.
Denk er eens over
- Beschrijf de ziekteverschijnselen die worden waargenomen bij dieren die met prionen zijn besmet.
- Deelt een prion zich voort? Leg uit.