Information

Viralt RNA til DNA

Viralt RNA til DNA



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.

Jeg har et spørgsmål angående revers transkriptase. Hvorfor er det, at når det virale rna omdannes til viralt dna (som i tilfældet med hiv), udvikler virussen resistens over for medicin? Under hvilke omstændigheder forårsager revers transkriptase en viral mutation?


Via: https://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_transcriptase#Replication_fidelity

Der er tre forskellige replikationssystemer i løbet af en retroviruss livscyklus. Først og fremmest syntetiserer revers transkriptase viralt DNA fra viralt RNA og derefter fra nyfremstillet komplementær DNA-streng. Den anden replikationsproces opstår, når værtscellulær DNA-polymerase replikerer det integrerede virale DNA. Til sidst transkriberer RNA-polymerase II det provirale DNA til RNA, som vil blive pakket ind i virioner. Derfor kan mutation forekomme under et eller alle disse replikationstrin.[17]

Revers transkriptase har en høj fejlrate ved transskribering af RNA til DNA, da, i modsætning til de fleste andre DNA-polymeraser, den har ingen korrekturevne. Denne høje fejlrate tillader mutationer at akkumulere med en accelereret hastighed i forhold til korrekturlæste former for replikation. De kommercielt tilgængelige reverse transkriptaser produceret af Promega er angivet i deres manualer som havende fejlrater i området 1 ud af 17.000 baser for AMV og 1 ud af 30.000 baser for M-MLV.[18] (fremhævelse tilføjet.)

Polymeraser er proteiner (enzymer), der laver kopier af genetisk materiale: DNA eller RNA. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Polymerase

Disse enzymer har forskellige Troskab eller fejlprocenter. Det betyder, at forskellige polymeraser kan lave færre eller flere fejl, når de kopierer genetisk information.

For at imødekomme fejl har DNA-polymeraser korrekturlæsning mekanismer, der går tilbage og retter fejl. Det meste af tiden fungerer dette som forventet. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Proofreading_(biologi)

Den omvendte transkriptase, der kopierer RNA til DNA, udfører dog ikke nogen korrekturlæsning, så der vil være forskellige mutationer i en brøkdel af kopierne, afhængigt af transkriptasens troskabsgrad. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Reverse_transcriptase

For virus er det et rent talspil. Alt, hvad de er programmeret til at gøre, er at lave kopier af sig selv og så mange kopier som muligt, når de er i smitsom, ikke-sovende tilstand. https://en.wikipedia.org/wiki/Lysogenic_cycle og https://en.wikipedia.org/wiki/Lytic_cycle

De fleste mutationer vil være skadelige, og virussen vil ikke inficere, integrere og replikere med succes. En tilfældig mutation vil ofte bryde et nødvendigt protein involveret i den virale reproduktionscyklus.

Nogle mutationer er "neutrale" eller "stille" og vil ikke ændre, hvordan virussen kopierer sig selv. Overvej, at den genetiske kode er overflødig - udskift en base her eller der, og du kan stadig få den samme aminosyresekvens. https://en.wikipedia.org/wiki/Silent_mutation

Men hvis du har nok viruspartikler, der kopierer sig selv, er alt, hvad du behøver, mutationer i de dele af virusgenomet, der gør det muligt for det at blive ved med at replikere og også ændre de proteiner, det laver, lige nok til at undgå værtens immunsystem.

Hvis en muteret virus stadig kan replikere og også ændre de proteiner, den får den inficerede celle til at lave på sine vegne, kan den være mere vellykket til at kopiere sig selv. Immunceller bliver nødt til at "genlære" de ændringer, der er foretaget for at udløse det sædvanlige immunrespons og kæmpe tilbage.

I tilfælde af hiv angriber den også immunsystemet direkte, hvilket er en anden komplikation.

Medicin forsøger at forstyrre de forskellige måder, hvorpå hiv virker på at inficere immunceller og lave kopier af sig selv.

For eksempel forsøger en klasse af medicin at "konkurrere" med den del af HIV, der binder til overfladen af ​​T-celler. Det er ligesom en natklub, hvor udsmiderne ved dørene er mere tilbøjelige til at forhindre HIV i at komme ind i cellen/klubben og feste.

Andre klasser af medicin forstyrrer et protein kaldet integrere som HIV gør for at integrere sit virale DNA i værts-DNA'et. Integration af HIV-DNA'et i værtscellens DNA er et kritisk trin for infektion, så det er en måde at målrette mod virussen. https://en.wikipedia.org/wiki/Integrase

Stadig andre lægemidler forsøger at hæmme den omvendte transkriptase, der gør HIV-RNA til DNA. Hvis virus-RNA'et hæmmes i at blive omdannet til DNA, kan det hjælpe med at holde yderligere infektion i skak. PrEP er en kombination af to lægemidler (tenofovir og emtricitabin), som er RT-hæmmere. https://www.cdc.gov/hiv/basics/prep.html

En oversigt over nogle af disse lægemidler er tilgængelig her: https://www.webmd.com/hiv-aids/aids-hiv-medication

Disse medikamenter forsøger alle at målrette de proteiner, der er involveret i, hvordan HIV inficerer og replikerer inde i immunceller.

Til gengæld er revers transkriptase sjusket nok til at omdanne HIV RNA til DNA, at det kan være heldigt og mutere nok til at gøre den ene eller anden medicin mindre effektiv.

Behandlinger sættes nogle gange i såkaldte "cocktails" af flere lægemidler. Et multimedicinsk regime, der angriber virussen på forskellige måder, vil give hiv en sværere tid med at blive heldig nok til at mutere på måder, så den kan komme forbi et flerstrenget angreb hos dem, der er hiv+. En anden god oversigt over sådanne medikamenter - hvoraf mange er rettet mod revers transkriptaseaktivitet - er tilgængelig her: http://www.aidsinfonet.org/fact_sheets/view/403


“DNA” vs. “RNA” vs. “mRNA”: Forskellene er afgørende

COVID-19 har sat gang i mange hidtil usete begivenheder, der højst sandsynligt vil ændre verden for altid. Heldigvis har de ikke alle været dårlige: virussen førte til den bemærkelsesværdige udvikling af vacciner i et tempo og en skala, som aldrig før er set i historien. Både Pfizer-BioNTech-vaccinen og Moderna-vaccinen bruger en relativt ny teknologi, som er blevet godkendt for første gang: mRNA vacciner. (Oxford-vaccinen bruger i stedet genetisk materiale fra det, der er kendt som et adenovirus, der stammer fra chimpanser.)

Denne utrolige udvikling har naturligvis fået mange mennesker til at støve de gamle biologilærebøger af og prøve at huske, hvad de lærte om mRNA tilbage i Biologi 101. Hvad står alle de bogstaver i mRNA står for? Hvordan er det forskelligt fra RNA? For den sags skyld, hvad endda er RNA? Har det noget at gøre med DNA? I denne artikel vil vi besvare alle disse spørgsmål.

Men først bør vi hurtigt besvare det mest presserende spørgsmål, du måtte have: er det sikkert at tage COVID-19-vaccinerne eller en hvilken som helst mRNA-vaccine? Svaret er "Ja." De nye COVID-19-vacciner har gennemgået den samme strenge testproces som alle andre vacciner, ligesom alle nye mRNA-vacciner udviklet i fremtiden. Hvis du gerne vil vide mere om, hvordan COVID-19-vaccinerne blev testet for sikkerhed og godkendt, kan du læse mere om dem som leveret af CDC og WHO.


Discovery identificerer en yderst effektiv human revers transkriptase, der kan skrive RNA-sekvenser ind i DNA

Rettelse 6/18/21: Den originale version af denne artikel sagde, at polymerase theta var den første pattedyrspolymerase med evnen til at transskribere RNA til DNA. Faktisk har andre polymeraser vist sig at udføre denne funktion, omend med meget lavere effektivitet end HIV revers transkriptase. Artiklen er blevet rettet, og vi beklager fejlen.

PHILADELPHIA - Celler indeholder maskiner, der dublerer DNA til et nyt sæt, der går ind i en nydannet celle. Den samme klasse af maskiner, kaldet polymeraser, bygger også RNA-meddelelser, som er som noter kopieret fra det centrale DNA-lager af opskrifter, så de kan læses mere effektivt ind i proteiner. Men polymeraser mentes kun at arbejde i én retning DNA til DNA eller RNA. Dette forhindrer RNA-meddelelser i at blive omskrevet tilbage til masteropskriftsbogen for genomisk DNA. Nu fremlægger forskere fra Thomas Jefferson University bevis for, at RNA-segmenter kan skrives tilbage til DNA via en polymerase kaldet theta, hvilket kan have vidtrækkende konsekvenser, der påvirker mange biologiområder.

"Dette arbejde åbner døren til mange andre undersøgelser, der vil hjælpe os med at forstå betydningen af ​​polymeraser, der kan skrive RNA-meddelelser ind i DNA," siger Richard Pomerantz, PhD, lektor i biokemi og molekylærbiologi ved Thomas Jefferson University. "At polymerase theta kan gøre dette med høj effektivitet, rejser mange spørgsmål." For eksempel tyder dette fund på, at RNA-meddelelser kan bruges som skabeloner til reparation eller omskrivning af genomisk DNA.

Værket blev offentliggjort den 11. juni i tidsskriftet Videnskabens fremskridt.

Sammen med førsteforfatter Gurushankar Chandramouly og andre samarbejdspartnere startede Dr. Pomerantz' team med at undersøge en meget usædvanlig polymerase, kaldet polymerase theta. Af de 14 DNA-polymeraser i pattedyrsceller er det kun tre, der udfører hovedparten af ​​arbejdet med at duplikere hele genomet for at forberede celledeling. De resterende 11 er for det meste involveret i at opdage og lave reparationer, når der er et brud eller fejl i DNA-strengene. Polymerase theta reparerer DNA, men er meget fejltilbøjelig og laver mange fejl eller mutationer. Forskerne bemærkede derfor, at nogle af polymerase theta's "dårlige" egenskaber var dem, den delte med en anden cellulær maskine, omend en mere almindelig i vira - den omvendte transkriptase. Ligesom Pol theta virker HIV revers transkriptase som en DNA-polymerase, men kan også binde RNA og skrive RNA tilbage i en DNA-streng.

I en række elegante eksperimenter testede forskerne polymerase theta mod revers transkriptase fra HIV, som er en af ​​de bedst undersøgte af sin art. De viste, at polymerase theta var i stand til at omdanne RNA-meddelelser til DNA, hvilket det gjorde såvel som HIV revers transkriptase, og at det faktisk gjorde et bedre stykke arbejde, end når du duplikere DNA til DNA. Polymerase theta var mere effektiv og indførte færre fejl, når man brugte en RNA-skabelon til at skrive nye DNA-meddelelser, end når man kopierede DNA til DNA, hvilket tyder på, at denne funktion kunne være dens primære formål i cellen.

Gruppen samarbejdede med Dr. Xiaojiang S. Chens laboratorium ved USC og brugte røntgenkrystallografi til at definere strukturen og fandt ud af, at dette molekyle var i stand til at ændre form for at kunne rumme det mere omfangsrige RNA-molekyle – en bedrift, der er unik blandt polymeraser.

"Vores forskning tyder på, at polymerase theta's hovedfunktion er at fungere som en revers transkriptase," siger Dr. Pomerantz. "I raske celler kan formålet med dette molekyle være mod RNA-medieret DNA-reparation. I usunde celler, såsom kræftceller, er polymerase theta højt udtrykt og fremmer kræftcellevækst og lægemiddelresistens. Det bliver spændende at forstå yderligere, hvordan polymerase thetas aktivitet på RNA bidrager til DNA-reparation og cancercelleproliferation."

Denne forskning blev støttet af NIH-bevillinger 1R01GM130889-01 og 1R01GM137124-01 og R01CA197506 og R01CA240392. Denne forskning blev også delvist støttet af en bevilling fra Tower Cancer Research Foundation. Forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter.


Forskere afslører den indre funktion af en viral DNA-pakningsmotor

Fem proteiner, vist her i forskellige farver, udgør en viral DNA-pakningsmotor. Kredit: Duke University

Forskere har opdaget den indre funktion af den molekylære motor, der pakker genetisk materiale ind i dobbeltstrengede DNA-vira. Fremskridtet giver indsigt i et kritisk trin i reproduktionscyklussen af ​​vira som kopper, herpes og adenovira. Det kunne også inspirere forskere til at skabe mikroskopiske maskiner baseret på naturligt forekommende biomotorer.

Den U.S. National Science Foundation-finansierede forskning blev udført af forskere ved Duke University, University of Minnesota, University of Massachusetts og University of Texas Medical Branch. Resultaterne vises i en trilogi af artikler udgivet i Videnskabens fremskridt, Proceedings of the National Academy of Sciences og Nukleinsyreforskning.

"Der manglede adskillige oplysninger, der forhindrede os i at forstå, hvordan den slags DNA-pakningsmotorer fungerer, hvilket hindrede vores evne til at designe terapeutiske midler eller udvikle nye teknologier," siger Gaurav Arya, en maskiningeniør, biomedicinsk ingeniør og kemiker hos Duke and medforfatter til papirerne. "Men med ny indsigt og simuleringer var vi i stand til at sammensætte en model af denne fantastiske mekanisme, som er den mest detaljerede, der nogensinde er skabt til denne type system."

Vira findes i mange varianter, men deres klassificering afhænger generelt af, om de koder deres genetiske tegninger til RNA eller enkelt- eller dobbeltstrenget DNA. Forskellen påvirker, hvordan arvematerialet pakkes ind i nye vira. Mens nogle vira bygger en proteinbeholder kaldet en capsid omkring nyproduceret RNA eller DNA, skaber andre kapsiden først og fylder den derefter med det genetiske materiale.

De fleste dobbeltstrengede DNA-vira tager den sidstnævnte vej, hvilket giver mange udfordringer. DNA er negativt ladet og ønsker ikke at blive stuvet sammen i et lille rum. Det er også pakket ind i en ekstrem tæt, næsten krystallinsk struktur, som kræver meget kraft.

"Fordelen ved dette er, at når virussen er klar til at inficere en ny celle, hjælper trykket med at sprøjte DNA ind i cellen, når den først er punkteret," sagde Joshua Pajak hos Duke. "Det er blevet anslået, at trykket overstiger 800 psi, hvilket er næsten ti gange trykket i en propfyldt flaske champagne."

At tvinge DNA ind i en lille kapsid ved det tryk kræver en ekstremt kraftig motor. Indtil for nylig havde forskere kun en vag fornemmelse af, hvordan motoren fungerede. "Dette arbejde viser, hvordan selv simple vira har udviklet et meget komplekst maskineri," sagde Wilson Francisco, en programdirektør i NSF's afdeling for molekylær og cellulær biovidenskab.

Michael Woodson et al., Et viralt genom, der pakker motoriske overgange mellem cyklisk og spiralformet symmetri for at translokere dsDNA, Videnskabens fremskridt (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abc1955

Joshua Pajak et al., Viral pakning ATPaser bruger en glutamat switch til at koble ATPase aktivitet og DNA translokation, Proceedings of the National Academy of Sciences (2021). DOI: 10.1073/pnas.2024928118


Forskere afslører den indre funktion af en viral DNA-pakningsmotor

3D-model af DNA. Kredit: Michael Ströck/Wikimedia/GNU Free Documentation License

En gruppe forskere har opdaget den detaljerede indre funktion af den molekylære motor, der pakker genetisk materiale ind i dobbeltstrengede DNA-vira. Fremskridtet giver indsigt i et kritisk trin i reproduktionscyklussen af ​​vira som pox-, herpes- og adeno-virus. Det kunne også give inspiration til forskere, der skaber mikroskopiske maskiner baseret på naturligt forekommende biomotorer.

Forskningen blev udført af forskere fra Duke University, University of Minnesota, University of Massachusetts og University of Texas Medical Branch (UTMB). Resultaterne vises online i en trilogi af artikler offentliggjort i Videnskabens fremskridt, Proceedings of the National Academy of Sciences og Nukleinsyreforskning.

"Der manglede adskillige informationer, der forhindrede os i at forstå, hvordan den slags DNA-pakningsmotorer virker, hvilket forhindrede vores evne til at designe terapeutiske midler eller udvikle nye teknologier," siger Gaurav Arya, professor i maskinteknik og materialevidenskab, biomedicinsk teknik, og kemi hos Duke. "Men med ny indsigt og simuleringer var vi i stand til at sammensætte en model af denne fantastiske mekanisme, som er den mest detaljerede, der nogensinde er skabt til denne type system."

Vira findes i mange varianter, men deres klassificering afhænger generelt af, om de koder deres genetiske tegninger til RNA eller enkelt- eller dobbeltstrenget DNA. Forskellen har betydning på mange måder og påvirker, hvordan arvematerialet pakkes ind i nye vira. Mens nogle vira bygger en proteinbeholder kaldet en capsid omkring nyproduceret RNA eller DNA, skaber andre kapsiden først og fylder den derefter med det genetiske materiale.

En trio af undersøgelser har afsløret, hvordan en viral DNA-pakningsmotor fungerer, hvilket potentielt giver indsigt i nye terapeutiske midler eller syntetiske molekylære maskiner. Hvert af fem proteiner skruer op på skift og trækker DNA'et op sammen med dem, før de frigives tilbage til deres oprindelige spiralformede mønster. Kredit: Joshua Pajak, Duke University

De fleste dobbeltstrengede DNA-vira tager den sidstnævnte vej, hvilket giver mange udfordringer. DNA er negativt ladet og ønsker ikke at blive stuvet sammen i et lille rum. Og det er pakket ind i en ekstrem tæt, næsten krystallinsk struktur, som også kræver en masse kraft.

"Fordelen ved dette er, at når virussen er klar til at inficere en ny celle, hjælper trykket med at sprøjte DNA ind i cellen, når den først er punkteret," sagde Joshua Pajak, en doktorand, der arbejder i Aryas laboratorium. "Det er blevet anslået, at trykket overstiger 800 PSI, hvilket er næsten ti gange trykket i en propfyldt flaske champagne."

At tvinge DNA ind i en lille kapsid ved den mængde tryk kræver en ekstremt kraftig motor. Indtil for nylig havde forskerne kun en vag fornemmelse af, hvordan den motor virkede på grund af, hvor svær den er at visualisere. Motoren samles kun på viruspartiklen, hvilket er enormt i forhold til motoren.

"At prøve at se motoren knyttet til virussen er som at prøve at se detaljerne i Frihedsgudindens fakkel ved at tage et billede af hele statuen," sagde Pajak.

Men på en nylig konference erfarede Pajak, at Marc Morais, professor i biokemi og molekylærbiologi ved UTMB, og Paul Jardine, professor i diagnostiske og biologiske videnskaber ved University of Minnesota, havde arbejdet på denne motor i årevis og havde udstyret og nødvendige færdigheder for at se detaljerne. Nogle af deres første resultater så ud til at matche de modeller, Pajak byggede med den lille information, der allerede var tilgængelig. Gruppen blev begejstret for, at deres separate resultater konvergerede mod en fælles mekanisme og gik hurtigt i gang med at løse mysteriet om den virale motor sammen.

I et blad udgivet i Videnskabens fremskridt, Morais og hans kolleger løste detaljerne for hele motoren i en af ​​dens konfigurationer. De fandt ud af, at motoren består af fem proteiner knyttet til hinanden i en ringlignende formation. Hvert af disse proteiner er som to sugekopper med en fjeder imellem, som tillader den nederste del at bevæge sig lodret i en spiralformet formation, så den kan gribe ind i den spiralformede rygrad af DNA.

"Fordi du kunne sætte omkring 100.000 af disse motorer på hovedet af en stift, og de alle tukler rundt, og det viste sig at være svært at se dem godt," sagde Morais. "Men efter at mine UTMB-kolleger Michael Woodson og Mark White hjalp os med at afbilde dem med et kryo-elektronmikroskop, faldt en generel ramme for mekanismen på plads."

I et andet papir, udgivet i Nukleinsyreforskning, fangede Morais-gruppen motoren i en anden konfiguration ved hjælp af røntgenkrystallografi. Denne gang blev de nederste sugekopper af motoren alle skruet sammen i en plan ring, hvilket fik forskerne til at forestille sig, at motoren kunne flytte DNA ind i virussen ved at skralde mellem de to konfigurationer.

For at teste denne hypotese udførte Pajak og Arya kraftige simuleringer på Anton 2, den hurtigste supercomputer, der i øjeblikket er tilgængelig til at køre simuleringer af molekylær dynamik. Deres resultater understøttede ikke kun den foreslåede mekanisme, men gav også oplysninger om, hvordan motorens tandhjul nøjagtigt vrider sig mellem de to konfigurationer.

Mens toppen af ​​proteinerne forbliver statisk knyttet til viruspartiklen, bevæger deres nederste halvdele sig op og ned i et cyklisk mønster drevet af et energibærende molekyle kaldet ATP. Når alle proteinerne er flyttet op - trækker DNA'et med sig - frigiver proteinerne biproduktet af den kemiske ATP-reaktion. Dette får den nederste ring til at frigive DNA'et og nå tilbage til deres oprindelige spiralformede tilstand, hvor de igen griber fat i mere ATP og DNA for at gentage processen.

"Joshua sammensatte en masse spor og information for at skabe denne model," sagde Arya. "Men en model er kun nyttig, hvis den kan forudsige ny indsigt, som vi ikke allerede kendte."

I sin kerne er modellen en række mekaniske handlinger, der skal passe sammen og foregå i sekventiel rækkefølge, for at alt fungerer korrekt. Pajaks simuleringer forudsagde en specifik serie af mekaniske signaler, der fortæller bunden af ​​proteinerne, om de skulle gribe DNA'et eller ej. Som en række dominobrikker, der falder, bør fjernelse af en af ​​signalvejene fra midten stoppe kædereaktionen og blokere signalet.

For at validere denne forudsigelse henvendte forskerne sig til Jardine og kollegerne Shelley Grimes og Dwight Anderson for at se, om fjernelse af en af ​​de signalerende dominobrikker faktisk stoppede motoren i at pakke DNA. En tredje artikel, udgivet i PNAS, viser, at sabotagen virkede. Efter at have muteret en domino i signalvejen, så den ikke var i stand til at fungere, kunne motoren stadig binde og brænde brændstof lige så godt som nogensinde, men det var meget værre til faktisk at pakke DNA.

"Den nye mekanisme forudsagt af højopløsningsstrukturerne og de detaljerede forudsigelser gav et detaljeringsniveau, der var større, end vi nogensinde har haft," sagde Jardine. "Dette gjorde det muligt for os at teste rollen af ​​kritiske komponenter i motoren og derfor vurdere gyldigheden af ​​denne nye mekanisme, som vi i øjeblikket forstår den."

Resultatet er en stærk indikation af, at modellen er meget tæt på at beskrive, hvordan motoren opfører sig i naturen. Gruppen planlægger at fortsætte deres stærkt integrerede strukturelle, biokemiske og simuleringstilgang for yderligere at teste og forfine den foreslåede model. De håber, at denne grundlæggende forståelse potentielt kan bruges til en dag at bekæmpe sygdom eller skabe en syntetisk molekylær motor.

"Al teknologi er inspireret af naturen på en eller anden måde," sagde Arya. "Nu hvor vi virkelig ved, hvordan denne molekylære motor fungerer, vil den forhåbentlig inspirere andre forskere til at skabe nye opfindelser ved hjælp af de samme mekanismer."


Virale genomer | Kromosom

Vira er en særlig klasse af smitsomme stoffer, der er så små, at de kun kan ses under elektronmikroskop. En komplet “viral partikel” eller “virion består af en blok af genetisk materiale (DNA eller RNA) omgivet af en proteinkappe og nogle gange af en ekstra membranøs kappe.

Vira indeholder hverken cytoplasma eller udviser nogen vækst eller metabolisk aktivitet. Men når deres genetiske materiale kommer ind i en passende værtscelle, sker virusspecifik proteinsyntese-replikation af det virale kromosom, disse processer anvender både cellulære (af værts-) og virale enzymer.

På basis af værtsorganismerne er vira opdelt i tre hovedgrupper:

Morfologiske egenskaber ved vira:

Det virale kromosom er indesluttet i en proteinskal kaldet capsid. Det virale kromosom og dets proteinkappe kaldes sammen nukleocapsid. Vira varierer betydeligt i deres morfologiske træk (tabel 5.4).

1. Ikosaedriske virioner:

Deres kapsid er icosahedral, dvs. virionet er et regulært polyeder med 20 trekantede flader og 12 hjørner. Eksempler er adenovira og bakteriofag φX174.

2. Heliske virioner:

Nukleinsyren af ​​sådanne virioner er indesluttet i en cylindrisk, stavformet kapsid, der danner en spiralformet struktur, f.eks. TMV, bakteriofag M13.

3. I nogle tilfælde er nukleocapsidet icosahedral, mens det i andre er spiralformet i nogle komponenter. Sådanne vira er indhyllet.

Disse vira har ikke et klart identificerbart kapsid. Den virale nukleinsyre er til stede i midten af ​​skallen, som består af proteinmolekyler. Nogle af skallerne er komplekse, mens andre er enkle. I Herpes, en dyrevirus, der indeholder DNA som genetisk materiale, har kapsiden en diameter på 1000A, den er yderligere omgivet af en kuvert, der gør dens diameter 1500A. (Fig. 5.19).

Capsidet består af proteinunderenheder (capsomerer), som danner et icosahedron.

Bakteriofager har relativt komplekse strukturer: de indeholder et hoved, en hale, en bundplade og flere halefibre (fig. 5.20). Hovedet er sekskantet (lateral side) og indeholder det virale DNA. Halen har et kernerør omgivet af en skede. I haleenden er der en basalplade med 6 pigge, hvorfra der kommer 6 halefibre ud.

På infektionstidspunktet binder halefibrene sig til specifikke receptorsteder på værtscellen. Bundpladen trækkes til celleoverfladen, og sammentrækning af rørkappen sker sammen med fjernelse af bundpladeproppen. Halens kerne trænger ind i cellevæggen, som er svækket af nogle hydrolytiske enzymer til stede i fagen og den virale hale. DNA kommer ind i værtscellen gennem halens kernerør.

I tilfælde af tobaksmosaikvirus (TMV, der formerer sig i tobaksplanteceller) og nogle små bakterielle vira (f.eks. F2, R17, QB), indeholder proteinkappen en enkelt type protein. Disse proteinmolekyler er arrangeret i enten en spiralformet symmetri eller en kubisk symmetri.

Skallen af ​​TMV indeholder omkring 2150 proteinmolekyler, som er identiske, hvert molekyle har en molekylvægt på -17.000. Disse molekyler er spiralformet arrangeret omkring RNA-genomet, som indeholder 6.000 nukleotider.

De vira, der lyserer eller forstyrrer værtscellen efter infektion, kaldes lytiske vira. Under infektion injiceres nukleinsyren i værtscellen. De enzymer, der kræves til viral DNA-replikation, syntetiseres derefter, således at replikation af DNA sker for at producere adskillige kopier af det virale kromosom.

Kapsidets proteinkomponenter syntetiseres i de senere stadier, hvilket fører til dannelsen af ​​hoveder og haler. Det virale DNA pakkes derefter ind i hovederne. Til sidst brister cellevæggen, og afkomsfagpartiklerne frigives (fig. 5.21).

Lysogene vira (tempererede fager):

Lysogeni involverer et symbiotisk forhold mellem en tempereret fag og dens bakterielle vært. Det virale kromosom bliver indsat i det bakterielle kromosom, hvor det forbliver og replikeres sammen med sidstnævnte. Det virale DNA, der er integreret i bakteriegenomet, kaldes et provirus eller en profag (fig. 5.22). Bakterien, der indeholder en profag, er immun over for infektionen af ​​den samme virus.

Virale kromosomer:

Virus indeholder enten DNA eller RNA som deres genetiske materiale. Disse nukleinsyrer kan være enten enkelt- eller dobbeltstrengede (tabel 5.5). Små vira kan indeholde 3 kb (kb =,kilo-baser = 1000 baser), mens store vira kan have omkring 300 kb. i deres genom. Antallet af gener i viralt genom kan således variere fra kun 3 til hundredvis. Retroviraene er diploide (har to kopier af genomet pr. kapsid), mens de andre er haploide.

Adskillige vira har dobbeltstrenget DNA som deres genetiske materiale. Basesammensætningen af ​​forskellige vira er modificeret, hvilket fører til ændringer i de fysiske egenskaber af DNA såsom smeltetemperatur, flydende tæthed i cæsiumchlorid (CsCl) osv.

I nogle af vira, som f.eks. T-lige colifager, cytosin (C) modificeres til 5-hydroxymethyl-cytosin (HMC). I visse tilfælde omdannes thymin til 5-hydroxy-methyluracil eller 5-di-hydroxymethyluracil, f.eks. i B. subtilisbacteriophges. Visse fysiske egenskaber ved DNA, såsom flydende tæthed i CsCl eller smeltetemperatur ændres på grund af disse substitutioner.

Nogle af vira indeholder lineært DNA, mens andre indeholder cirkulært (cyklisk) DNA (tabel 5.5). I tilfælde af fag lambda (λ), kan DNA eksistere i både lineære og cykliske former. Når det isoleres fra en viral partikel, er λ-DNA'et lineært, men når det trænger ind i værtscellen, bliver det cirkulært. Det går dog ind i værtscellen i sin lineære form.

A. kromosomet er et dobbeltstrenget DNA-molekyle, der indeholder 47.000 nukleotider, og det er 17 pm langt. Der er enkeltstrenget projektion af 12 nukleotider ved hver 5′-ende, disse projektioner er komplementære til hinanden, og derfor kaldes de kohæsive ender.

Disse sammenhængende ender er ansvarlige for cirkulariseringen af ​​kromosomet. Cirkularisering af kromosomet beskytter det mod nedbrydning af værtens exonukleaser. Ydermere kan det lineære DNA ikke replikere vegetativt, cirkulariteten giver derfor også en fordel ved replikation.

Enkeltstrenget DNA forekommer i meget små bakteriofager (tabel 5.4). Det enkeltstrengede DNA, der findes i virionet, kaldes den positive (+) streng som regel kun plus (+) strengen findes i fagpartiklerne. I adeno-associerede vira eksisterer der imidlertid to komplementære strenge i forskellige virioner. Det enkeltstrengede DNA indeholder omvendte gentagne sekvenser, der danner hårnåle. Hårnålestrukturerne spiller en vigtig rolle i cirkularisering af de lineære tråde og i replikation.

Dobbeltstrengede RNA'er findes i adskillige icosahedriske vira fra dyr og planter. Genomerne af sådanne vira er segmenteret (tabel 5.5). De forskellige segmenter kan forbindes korte strækninger af basepar. Transskription af hvert segment sker separat, og det involverede enzym er “Dobbeltstrenget RNA-transkriptase”. Hvert mRNA producerer ved translation en separat polypeptidkæde.

Enkeltstrenget RNA er arvematerialet i en række vira (tabel 5.5). Nogle vira indeholder et enkelt RNA-molekyle i deres genom, mens nogle andre vira indeholder flere segmenter, f.eks. har influenzavirus 8 segmenter. Vira indeholder enten positive (+) eller negative (-) strenge af RNA i deres kapsider.

Den virale RNA-streng, der fungerer som mRNA i værtscellen, kaldes plus (+) strengen eller den positive streng. RNA-genomerne fra dyrevirus har en hætte i deres 5′-ende og en poly(A)-sekvens i 3′-enden. I Picornavirus RNA er der dog en speciel sekvens i 5′-enden, hvortil et lille protein er kovalent bundet.

RNA-genomerne af plantevirus har en hætte i 5′-enden, men de indeholder ikke poly (A) ved deres 3′-ender, deres 3′-ende ligner tRNA. Hver retroviruspartikel indeholder to kopier af (+) RNA-strengen, der repræsenterer dens genom. Disse kopier holdes sammen nær 5′-enden.

Disse RNA'er indeholder ikke en hætte, men ender i et nukleosidtrifosfat ved deres 5′-ender. Disse strenge fungerer ikke som mRNA direkte. I stedet transskriberes de af enzymet “enkeltstrenget RNA-transkriptase”, der er til stede i virion, for at producere mRNA.

Pakning af nukleinsyrer i vira:

Viralt genom (DNA/RNA) er tæt pakket ind i proteinskallen (kapsid). Densiteten af ​​nukleinsyren i proteinskallen er højere end 500 mg/ml, hvilket er meget større end tætheden af ​​DNA i andre organismer. For eksempel er tætheden af ​​DNA i en bakterie omkring 10 mg/ml, mens den i den eukaryote kerne er omkring 100 mg/ml. Dette viser, at nukleinsyren er meget tæt pakket i de virale partikler.

Det genetiske materiale af TMV er enkeltstrenget RNA indeholdende 6400 nukleotider, der udgør en længde på 2 pm. Dette RNA er pakket ind i det stavformede rum på 0,3 x 0,008 pm. Adenovira indeholder 11 pm langt dobbeltstrenget DNA bestående af 35.000 bp: dette er pakket ind i en icosahedron type capsid med 0,07 pm diameter.

Fag T4 har et meget langt dobbeltstrenget DNA-molekyle (55 pm) med 170.000 bp. Capsiden, der indeholder dette ret lange DNA, er et icosahedron med dimensionerne 1,0 x 0,065 pm. I modsætning til eukaryot kerne og bakteriel nukleoid er kapsidets volumen fuldt pakket med nukleinsyren.

Pakning af nukleinsyre til dannelse af et nukleocapsid sker på to generelle måder. I en mekanisme samler proteinmolekylerne sig omkring nukleinsyren, fx i TMV. I den anden mekanisme dannes først proteinkappen, og derefter indsættes nukleinsyren i den. I TMV opstår der en dupleks hårnålestruktur i RNA'et.

Samlingen af ​​proteinmonomerer begynder ved dette kernedannelsescenter og fortsætter i begge retninger og når enderne. I alt 17 proteinenheder danner et cirkulært lag, og to sådanne lag danner tilsammen en enhed af capsid. Denne struktur interagerer med RNA'et, som er viklet for at danne en helix inde i skallen.

I bakteriofag T4 og λ osv. dannes proteinskallen først. Nukleinsyren indsættes i pelsen fra den ene ende og derefter forbindes halen med hovedet. I tilfælde af cirkulært DNA skal det først omdannes til et lineært molekyle til pakning.

Lambda (λ) genomet er cirkulært og indeholder to “cos” steder, cosL og cosR. Den frie ende i λ-DNA produceres ved enzymatisk spaltning på cosL-stedet. Indsættelse af DNA sker fra denne ende og fortsætter, indtil cosR-stedet kommer ind i capsidet, en spaltning sker derefter ved cosR-stedet for at producere den anden ende af λ-genomet.

Nogle af vira, f.eks. fag T4 og λ. har terminal redundans i deres genomer. I disse vira forbinder flere genomer sig ende-til-ende for at producere “konkatemerisk struktur.” I tilfælde af T4 starter indsættelse af det virale kromosom ved a “tilfældig” punkt og fortsætter, indtil den nødvendige mængde DNA er blevet indsat i hovedet. DNA'et indsat i hovedet har en terminal redundans.

En sandsynlig oprindelse af “concatermeric” DNA er rekombination. Rekombination mellem to kromosomer kombinerer to genomer ende-til-ende. Then recombination with a third genome produces a concatemer through successive recombination’s (Fig. 5.23).

Another mechanism suggested for concatemer formation is the rolling circle replication. Specific endonuclease cuts the concatemer at the points that produce the genome of the “required length.” The genomic DNA has homologous ends due to the terminal redundancy. Therefore, some chromosomes may be heterozygous for the terminal genes.

Mechanisms of Lysogenic and Lytic Pathways:

Bacteriophage λ is a temperate phage that maintains a lysogenic relationship with its bacterial host. However, it can undergo lytic cycle also. Infection, as a rule, occurs in the linear form, but the chromosome converts into a circular one once it enters the host cell. A generalized map of the X chromosome showing different functions is presented in Fig. 5.24.

Genes related to similar functions are clustered. On the linear chromosome, genes for head formation are located on left end, while those for lysis are located at the right end. The regulatory region lies between the region for recombination and the region for replication. The genes present in the regulatory region are responsible for determining whether the X will enter into a lysogenic relationship with its host or it will follow the lytic pathway.

Regulatory genes are clustered and flanked by genes for recombination on their left side and those for replication on the right side (Fig. 5.25). Genes N (anti-terminator) and era (anti-repressor) are located within the regulatory region. These genes are called “immediate early genes” they are transcribed by the host RNA polymerase.

In the presence of anti-termination factor (p N ), transcription of both the genes (N and era) continues. These two genes are transcribed from different DNA strands in the opposite direction, the gene N being transcribed towards the left, while era is transcribed towards the right.

The transcription extends to other region of the genome for different functions (Fig. 5.25). In the absence of cl repressor protein, the host RNA polymerase binds to PL/OL sites so that the transcription of the “late genes” is initiated as a result, phage particles are produced and the cell is lysed.

The regulatory region contains the cl gene which is responsible for the lysogenic pathway. A mutation in this region causes the phage to undergo lytic cycle.

The cl gene is transcribed to produce mRNA the enzyme involved in transcription is RNA polymerase that binds to the promoter for repressor maintenance (PRM). The transcription occurs from right to left. This cl mRNA is translated to produce the repressor monomer (Fig. 5.25).

Repressor dimers are formed that bind to the PL/OR og PL/OL sites, thus preventing the RNA polymerase from binding to these promoters. This leads to the inhibition of transcription of N and cro genes. Later, the X chromosome is integrated into the bacterial chromosome its delayed early genes are not expressed and the phage remains as a “provirus”. Delayed early genes are the genes for recombination, replication and Q (anti-terminator). Late genes are tail, head and lysis genes.

When the cl repressor is bound to the 0L and 0R sites, RNA polymerase initiates transcription of the cl gene, and synthesis of repressor protein is continued. But in absence of the repressor, RNA polymerase binds to PL/OL og Pr/Or sites and transcription of N and cro genes begins.

Thus the presence of cl repressor itself is necessary for its synthesis. Continuous production of cl repressor is necessary for lysogeny to be maintained. During this period, the OL og OR sites are always bound by repressor.

When the lysogenized cell is infected by another phage X, the cl repressor protein produced by the “prophage” immediately binds to the OL and 0R sites of the infecting X genome. The function of the infecting X genes is thus inhibited and the cell remains immune to X infection.


Opdagelse

The original central dogma of molecular biology held that DNA was transcribed to RNA, which in turn was translated into protein. However, this concept was challenged in the 1970s when two scientific teams, one led by Howard Temin at the University of Wisconsin and the other led by David Baltimore at MIT, independently identified new enzymes associated with replication of RNA viruses called retroviruses [1,2]. These enzymes convert the viral RNA genome into a complementary DNA (cDNA) molecule, which then is capable of integrating into the host’s genome. These are RNA-dependent DNA polymerases and are called reverse transcriptase because, in contrast to the DNA-to-RNA flow of the central dogma, they transcribe RNA templates into cDNA molecules (figur 1). In 1975, Temin and Baltimore received the Nobel Prize in Physiology or Medicine (shared with Renato Dulbecco for related work on tumor-inducing viruses) for their pioneering work in identifying reverse transcriptases [3].


RELATERET HISTORIE

&ldquoIt is estimated that there may be tenfold more asymptomatic carriers of the disease, which means that there could be over seven-and-a-half million carriers worldwide,&rdquo said Subramani. &ldquoThis is a disease that is spreading very rapidly across the globe, so these faculty are here to share their knowledge regarding the biology of the virus and why this pandemic has brought the world to its knees.&rdquo

Emily Troemel, a professor who studies host-pathogen interactions in the Section of Cell and Developmental Biology, kicked off the discussion by describing basic biological aspects of coronaviruses, including how health workers test for the presence of SARS-CoV-2 infection and facets scientists have learned about the virus&rsquo genome.

Coronaviruses, as Troemel noted, feature RNA-based genomes, unlike most of life on the planet, which feature DNA genomes. RNA genomes in coronaviruses are positive-sense, which are similar to the cell&rsquos own messenger RNA and allows these viruses to immediately hijack the protein synthesis machinery of host cells. This feature enables these viruses to quickly and effectively take over host cells and rapidly expand.

&ldquoKnowing that it has RNA in its genome helps us understand how we test for the presence of coronavirus,&rdquo said Troemel. &ldquoIn addition, we are able to look at changes in the sequence in the viral genome and that&rsquos enabling us to track the spread of this virus around the globe&hellip. We can learn about how the biology of the virus is changing and how it may be altering the way it interacts with host cells, and also potentially different ways that we could treat it. It&rsquos part of an amazing open science effort with an unprecedented level of information acquisition and information sharing among researchers.&rdquo

Matt Daugherty, an assistant professor in the Section of Molecular Biology, studies the evolutionary arms race that pits the immune systems of hosts on one hand and pathogens on the other. He covered aspects such as how SARS-CoV-2 and other viruses enter the human population and become pandemics how SARS-CoV-2 relates to past and present epidemic viruses in the human population and, based on what scientists have learned from other viruses, what we can expect in terms of long-term immunity and co-existence with SARS-CoV-2.

&ldquoWe as a species are always being exposed to viruses,&rdquo Daugherty noted.

Since SARS-CoV-2 is so new, there are many key unknowns related to human immune defenses against it, Daugherty said. Even with coronaviruses that cause common colds, it&rsquos unclear whether humans develop long-term immunity to these viruses or need to continually develop new immunities.

&ldquoOne thing I take comfort in with all of these other viruses is knowing that we aren&rsquot constantly dealing with influenza pandemics and other pandemic viruses, and that&rsquos because of the largely effective role of our immune system in dealing with these viruses once the immune system has been prepared,&rdquo said Daugherty.

For a virus that originated in an animal species to successfully infect humans, it needs to adapt to a range of genetic differences between the original host species and humans. But effective vaccines can ultimately thwart such pathogens.

&ldquoWe have really good ways of making effective vaccines, and the hope is that this will hold for SARS-CoV-2 as well,&rdquo said Daugherty. &ldquoI take some comfort in knowing that these types of pandemics do pass and we will get through this.&rdquo

Justin Meyer, an assistant professor in the Section of Ecology, Behavior and Evolution, discussed concepts related to science and society&rsquos ability to predict future pandemics. These include variables that contribute to the spread of pathogens the increased likelihood of future pandemics and predictions for where the next pandemic is likely to occur.

Factors that boost the risk of pandemics include human exposure to pathogens through meat consumption and contact with wild animals, increased human encroachment in wild areas and the exotic animal trade. Increased urbanization&mdashmore people living in close proximity means more opportunities for viruses to spread&mdashand the rising consequences of climate change, also increase pandemic risks.

&ldquoWe&rsquore augmenting the temperature of the earth and environments in a way that we&rsquore making ourselves more susceptible to diseases,&rdquo said Meyer. &ldquoWhen we warm the earth, we create more habitats for mosquitoes that carry vectors like malaria by increasing their range. They can spread to new human populations. By increasing temperatures, we&rsquore increasing flooding and there are many pathogens that are waterborne, such as cholera, which we will be exposing more and more people to.&rdquo

During the roundtable discussion, Subramani prompted the scientists with a handful of questions, including: Since many coronaviruses are relatively harmless, what makes SARS-CoV-2 so damaging to the lungs? What is the appropriate vaccine target for SARS-CoV-2 and in what time frame&mdashfrom validation to FDA approval&mdashis a vaccine likely? Can we look to drug targets where vaccines have been developed for related viruses and would that timeline be the same? Is there any evidence that SARS-CoV-2 has a mutation rate that is extraordinarily high?


Diskussion

Most of the current antiviral therapeutics act for inhibiting specific viral proteins, e.g. essential viral enzymes. Unfortunately, this approach has been ineffective because of drug resistance developed by viruses, especially in the case of RNA viruses which can mutate very rapidly. The next‐generation antiviral therapeutics are emerging which target host proteins required by the pathogens, instead of targeting pathogen proteins. If these host factors are indispensable for pathogens, but not essential for host cells, their silencing may effectively inhibit infections without developing drug resistance rapidly 1, 21, 22. Another alternative approach is to inhibit the interactions between these host factors and pathogen proteins, instead of targeting the proteins 23. The development of these novel strategic therapeutic approaches against infectious diseases raises the need for enlightening the infection mechanisms through PHIs, in order to identify putative host‐oriented anti‐infective therapeutic targets. To understand the complex mechanisms of infections, computational analysis of underlying protein interaction networks may serve crucial insights to develop non𠄌onventional solutions 2, 14, 24. This study of computational analysis of virus–human interactomes aims to provide initial insights on the infection mechanisms of DNA and RNA viruses, comparatively, through the observation of the characteristics of human proteins interacting with viral proteins. The common and special infection strategies of DNA and RNA viruses found here may lead to the development of broad and specific next‐generation antiviral therapeutics.

Highly targeted human proteins

As the main viral infection strategy, all viruses manipulate cellular processes to proliferate within the host. Therefore, viral proteins highly interact with human proteins functioning in cell cycle, human transcription factors to promote viral genetic material transcription, nuclear membrane proteins for transporting viral genetic material across the nuclear membrane, and also regulatory proteins for translation and apoptosis 3, 15, 25, 26. We identified human proteins that are highly interacting with viral proteins, sequentially based on the total number of targeting virus families (Table 4 ). The list includes the top viral targets which interact with multiple viral families, within the most comprehensive PHI data. Some of these human proteins were previously reported as targets for multiple viruses, i.e. P53, NPM, ROA2, GBLP, and HNRPK 3, 15.

Our analyses revealed that there are six heterogeneous nuclear ribonucleoproteins (HNRPs) in the highly targeted human proteins list (HNRPK, ROA1, HNRPC, HNRH1, HNRPF, ROA2). HNRPs are RNA𠄋inding proteins, which function in processing heterogeneous nuclear RNAs into mature mRNAs and in regulating gene expression. Specifically, they take role in the export of mRNA from the nucleus to the cytoplasm. They also recruit regulatory proteins associated with pathways related to DNA and RNA metabolism 27, 28. Being targeted by multiple viruses, HNRPU was reported as a hotspot of viral infection, and proposed as a potential antiviral human protein 4. In the present study, HNRPU is found to be targeted by five viral families (see Data S3). Our data additionally indicate several other HNRPs, targeted by viral proteins (see Data S1–S3). For all virus‐targeted HNRPs, the number of targeting RNA virus families is found to be higher than that of DNA virus families (see Data S3), revealing that they may play crucial roles in viral RNA processing. The protein family of HNRPs may serve as host‐oriented antiviral drug targets.

Moreover, our analyses also reflected that proteins functioning in transport and localization related processes within the cell are targeted highly by both DNA and RNA viruses, i.e. IMA1, ADT2, TCPG, and TCPE. IMA1 (Karyopherin alpha 2, KPNA2) functions mainly in nuclear import as an adapter protein for nuclear receptor KPNB1 (Karyopherin beta 1). Interacting with IMA1 enables viruses to enter the nucleus and consequently to use the host's transcriptional machinery. Besides, viruses may interact with IMA1 in order to inhibit the host antiviral response, since nuclear import factors regulate the transport of innate immune regulatory proteins to the nucleus of cells to activate the antiviral response 3, 29, 30, 31. The transmembrane transporter activity of ADT2 is responsible for the exchange of cytoplasmic ADP with mitochondrial ATP across the mitochondrial membrane, serving crucial roles in metabolic processes 32. Attacking to human metabolic processes was reported as a common infection strategy of bacteria and viruses 15. The proteins, TCPG and TCPE are responsible for RNA localization activity and our results reveal that they are targeted by larger number of RNA families (Table 4 ). Highly targeted transporter proteins should be investigated further for their potential to be next‐generation antiviral target, because of their crucial roles in viral life cycle within the host organism.

EF1A1 and EF1A3 function as translation elongation factors in protein biosynthesis. EF1A proteins promote the GTP�pendent binding of aminoacyl‐tRNA to the A‐site of ribosomes during protein biosynthesis with a responsibility of achieving accuracy of translation 33. Translation elongation factors were reported as targets for viruses, in early studies 34, 35, 36. Since they are essential components of the cellular translational machinery, viruses interact with them for biosynthesis of viral proteins within the host cell. We found translational elongation as the top biological process, commonly targeted by both DNA and RNA viruses (Table 7 ).

Interacting with human transcription factors was reported as one of the main viral infection strategies 3, 15. Among the highly targeted human proteins, YBOX1 and P53 have transcription factor activity. Both of these proteins are multifunctional. YBOX1 functions in transcription of numerous genes, as a transcription factor. It also contributes to the regulation of translation. On the other hand, P53 is the famous tumor supressor acting as an activator for apoptotic cell death. Apoptosis is a very crucial process during the viral infection progress, and should be strategically controlled by viruses for a successful viral infection. Apoptosis is an innate immune response to viral infection. In the early stage of viral life cycle in the host cell, apoptosis is inhibited by corresponding virus–human protein interactions. After completion of transcription and translation of viral genetic material, viruses try to induce apoptosis to assist virus dissemination 37, 38, 39.

Among the highly targeted human proteins in Table 4 , EF1A1, ADT2, TBA1C, GRP78, TBB5, P53, TCPG, HS90B, and TBA1A were found as drug targets listed in DrugBank 40. However, only ADT2, GRP78, TBB5, P53, and TBA1A are approved for commercial drugs. Nevertheless, no antiviral therapeutic usage is available for these drug targets yet. Above‐mentioned human proteins ribonucleoproteins, proteins functioning in intracellular transport and localization, translation elongation factors and transcription factors require further investigation for their potential for serving as antiviral drug targets.

Targeted human mechanisms

Gene ontology and pathway enrichment analyses of pathogen‐targeted host proteins are widely used in bioinformatic analysis of PHI networks to understand the attack strategies of pathogens 3, 4, 15, 41, 42 as well as in verification of computationally predicted PHIs 43. Additionally, GO and pathway terms are widely used as features in computational PHI prediction studies 44, 45.

Our observation of the enriched GO process terms for human proteins targeted by only DNA viruses (Table 5 ) may lead to the conclusion that DNA viruses have specifically evolved to be able to attack human cellular and metabolic processes simultaneously, during infections. Using this PHI mechanism, DNA viruses can finely exploit the cellular and metabolic mechanisms of infected cells to their own advantage, generally resulting in chronic infections in human. On the other hand, GO process terms enriched in human proteins targeted by only RNA viruses are mostly related to RNA processing, intracellular transport and localization within the cell (Table 5 ). It was reported that RNA viruses extensively target human proteins that are involved in RNA metabolism and also protein and RNA transport to promote viral RNA processing for a successful infection 4.

Further investigation of the enriched processes of human proteins attacked by multiple DNA viruses (Table 6 ) pointed out their high preference to target cellular processes. It was reported that DNA viruses tend to target crosstalking human proteins linking the cell cycle with either transcription or chromosome biology, with a possible aim of promoting viral replication instead of cellular growth 4. For the RNA viruses, we found that the human proteins attacked by multiple RNA virus families are enriched in specific processes within the cellular mechanisms (Table 6 ). All viruses need host's transcriptional machinery for viral genetic material transcription.

In the case of human proteins targeted by both DNA and RNA viruses, the P‐values of the enriched GO process terms are very low, indicating statistically strong results (Table 7 ). The most highly‐targeted human process is translational elongation. Translational control of viral gene expression in eukaryotic hosts was reported repeatedly 46, 47, 48. Here, we presented translational elongation as the top GO process term enriched in human proteins targeted by both DNA and RNA viruses within the current experimental PHI data. The remaining list includes cellular and metabolic processes, which can be considered as targets of both virus types. Based on these observations, we can state that the common viral infection strategy is to target human proteins functioning within the processes of gene expression and protein synthesis, simply because of the lack of their own such machineries. All viruses depend on the cellular mechanisms for these processes and they recruit host ribosomes for translation of viral proteins.

A comparative investigation of the enriched pathway terms for human protein sets targeted by only DNA viruses and by only RNA viruses (Table 8 ) reveals additional support for the different infection strategies of these viral groups. There is no common term in these two lists of enriched human pathways. Cell cycle pathway targeted by only DNA viruses and RNA‐related pathways targeted by only RNA viruses, provide parallel results with GO enrichment analyses. The enriched pathway terms in 4𠄍NA viruses‐targeted human protein set are only Epstein�rr virus (EBV) infection and viral carcinogenesis (Table 9 ). EBV is a species of DNA virus family Herpesviridae, which constitute nearly half of the DNA viruses–human PHI data (Table 1 ). On the other hand, it is estimated that 15% of all human tumors are caused by viruses, mainly DNA viruses, i.e. Herpesviruses and Papillomaviruses 49. The pathway enrichment analysis of 4‐RNA viruses‐targeted set brings the terms of protein processing and immune system related terms forward (Table 9 ). Finally, for the common targets of two virus types, we obtained ribosome term enriched with a very small P‐value (Table 10 ). Both viruses use host ribosome for viral protein synthesis.


Types of Nucleic Acid

Unlike nearly all living organisms that use DNA as their genetic material, viruses may use either DNA or RNA. Det virus core contains the genome—the total genetic content of the virus. Viral genomes tend to be small, containing only those genes that encode proteins which the virus cannot get from the host cell. This genetic material may be single- or double-stranded. It may also be linear or circular. While most viruses contain a single nucleic acid, others have genomes divided into several segments. The RNA genome of the influenza virus is segmented, which contributes to its variability and continuous evolution, and explains why it is difficult to develop a vaccine against it.

In DNA viruses, the viral DNA directs the host cell’s replication proteins to synthesize new copies of the viral genome and to transcribe and translate that genome into viral proteins. Human diseases caused by DNA viruses include chickenpox, hepatitis B, and adenoviruses. Sexually transmitted DNA viruses include the herpes virus and the human papilloma virus (HPV), which has been associated with cervical cancer and genital warts.

RNA viruses contain only RNA as their genetic material. To replicate their genomes in the host cell, the RNA viruses must encode their own enzymes that can replicate RNA into RNA or, in the retroviruses, into DNA. Disse RNA polymerase enzymes are more likely to make copying errors than DNA polymerases, and therefore often make mistakes during transcription. For this reason, mutations in RNA viruses occur more frequently than in DNA viruses. This causes them to change and adapt more rapidly to their host. Human diseases caused by RNA viruses include influenza, hepatitis C, measles, and rabies. The HIV virus, which is sexually transmitted, is an RNA retrovirus.


Summary – DNA vs RNA Viruses

DNA viruses and RNA viruses are the two main categories of viruses. As their names imply, DNA viruses contain DNA as their genetic material while RNA viruses contain RNA as their genetic material. Thus, this is one of the key differences between DNA and RNA viruses. Generally, DNA genomes are larger than RNA genomes. Furthermore, most DNA viruses contain double-stranded DNA while most RNA viruses contain single-stranded RNA. DNA viruses show accurate replications while RNA viruses show error-prone replication. Apart from that, DNA viruses are stable and show a lower mutation rate while RNA viruses are unstable and show a higher rate of mutation. This is the summary of the differences between DNA and RNA viruses.

Reference:

1. “DNA Viruses.” NeuroImage, Academic Press, Available here.
2. “RNA Virus.” Wikipedia, Wikimedia Foundation, 20 Feb. 2019, Available here.