biologimolekul virus

BIOLOGIMOLEKUL VIRUS
Emmy Hermiyanti
L3J05027
PROGRAM PASCA SARJANA
UNIVERSITAS PADJADJARAN
BANDUNG
PENDAHULUAN
Virus berbeda dengan agen penyebab infeksi lainnya dalam hal struktur dan biologi, khususnya
reproduksi. Walaupun virus membawa informasi genetik didalam DNA atau RNA, tetapi ada
kekurangan sistem sintesis yang diperlukan untuk memproses informasi ini kedalam materi virus
baru. Replikasi baru terjadi setelah virus menginfeksi sel hospes yang kemudian mengendalikan
sel hospes untuk melakukan transkripsi dan/atau translasi informasi genetik demi kelangsungan
hidup virus. . Virus dapat menginfeksi setiap bentuk kehidupan sehingga sering menyebabkan
penyakit yang diantaranya berakibat cukup serius. Beberapa virus dapat memasukkan informasi
genetiknya kedalam genom manusia kemudian menyebabkan kanker. Target khemoterapi pada
virus sangat sulit , untungnya dapat dikontrol dengan pemberian vaksin
Struktur umum virus
Ukuran virus bervariasi dari mulai yang paling kecil yaitu poliovirus: 30 nm sampai yang cukup
besar yaitu vaccinia virus : 400nm, hampir seukuran dengan bakteri.
Mereka mempunyai organisasi yang berbeda pada kelompok yang berbeda, tapi pada umumnya
mempunyai karakteristik seperti dibawah ini :
 Materi genetik, baik yang berbentuk single-strandad (ss) atau double-strandad (ds), linier
atau sirkuler RNA atau DNA, berada didalam kapsul atau capsid yang terdiri dari
molekul protein individu yang disebut capsomere.
 Unit lengkap dari asam nukleat dan capsid disebut nucleocapsid dengan bentuk yang
simetris berbentuk icosahedral, helical atau complex. (gb.1)
 Dalam banyak kasus, partikel virus atau virion hanya terdiri dari nukleokapsid,
sedangkan virus lain mempunyai envelope (amplop) atau membran yang menyelubungi
(gb.2). Biasanya terdiri 2 lapisan lipid (lipid bilayer) yang berasal dari sel hospes yang
mana protein dan glikoproteinvirus disisipkan.
Permukaan luar partikel virus adalah bagian yang pertamakali mengadakan
kontak dengan membran dari sel hospes
Hal yang penting untuk diketahui untuk dapat mengerti bagaimana proses virus dapat
menginfeksi sel hospes adalah dengan mempelajari struktur dan fungsi dari permukaan luar
partikel virus. Secara umum, virus yang tidak beramplop (virus yang telanjang) resisten hidup
dialam bebas; bahkan mereka tahan terhadap asam empedu saat menginfeksi saluran cerna. Virus
yang beramplop lebih rentan terhadap dipengaruhi oleh lingkungan seperti kekeringan, asiditas
cairan lambung dan empedu. Perbedaan dalam hal kerentanan ini yang mempengaruhi cara
penularan virus.
INFEKSI DARI SEL HOSPES
Tahapan dari infeksi sel hospes dapat dilihat pada gb 3a dan 3b.
Rute virus masuk kedalam tubuh
Partikel virus memasuki sel hospes melalui banyak cara
Cara yang apaling banyak dijumpai dalam penularan virus (gb.4)
 Via inhalasi droplet (rhinovirus)
 Melalui makanan atau minuman (hepatitis A)
 Transfer langsung dari sel hospes yang terinfeksi (virus HIV)
 Gigitan vector antropoda ( yellow fever)
Virus memperlihatkan adanya spesifikasi yang didasari atas kemampuannya
menempel pada sel hospes
Seperti semua agen patogen, virus biasanya hanya menginfeksi hanya satu atau beberapa spesies
saja dari sel hospes. Dasar dari spesifikasi virus adalah kemampuannya menempel pada sel
hospes.
Proses penempelan atau adsorbsi oleh sel hospel pertama-tama tergantung pada
operasional dari seluruh kekuatan intermolekuler. Lebih spesifik lagi yaitu adalnya interaksi
antara molekul dari nukleokapsid atau membran virus dengan molekul dari membran sel hospes.
Dalam banyak kasus terdapat interaksi yang spesifik dengan sel hospes melalui reseptor.
Sebagai contoh misalnya virus influenza, hemaglutininnya menempel dengan glikoprotein (asam
sialak) yang terdapat pada sel mukus membran, sel darah merah . Contoh lain dapat dilihat pada
Gb.5. Penempelan pada reseptor kemudian diikuti dengan masuknya virus kedalam sel hospes.
Sekali virus berada didalam sitoplasma sel hospes maka dia tidak infeksius lagi
Setelah terjadi fusi antara virus dan membramn sel hospes, atau difagosit dalam bentuk
fagosome, maka partikel virus dibawa ke sitoplasma melalui plasma membran. Pada tahap ini
amplop dan/atau kapsid akan terkuak nukleus virus akan terurai. Sekarang virus tidak infeksius
lagi dan ini disebut eclipse phase. Keadaan ini menetap sampai terbentuk partikel virus baru
melalui replikasi. Asam nukleat sendiri yang menentukan bagaimana cara replikasi berlangsung.
Pertama-tama virus harus membentuk mesenger RNA (m RNA)
Virus hanya mempunyai salah satu asam nukleat yaitu RNA atau DNA; tidak pernah keduaduanya.. Asam nukleat tampil sebagai single atau double strandad dalam bentu linier (DNA dan
RNA) atau sirkuler (DNA). Genom dari virus terdapat dalam satu atau beberapa molekul dari
asam nukleat. Dengan diversitas ini maka tidak heran bila proses replikasi dari tiap virus
berbeda. Pada virus DNA, m RNA dapat dibentuk sendiri oleh virus dengan cara menggunakan
RNA polimerase dari sel hospes, kemudian langsung mentranskrip kode genetik yang berada
pada DNA virus. Sedangkan virus RNA tidak dapat dengan cara ini, karena tidak ada polimerase
dari sel hospes yang sesuai. Oleh karena itu untuk melakukan transkripsi maka virus harus
menyediakan sendiri polimerasenya yang dapat diperoleh dari nukleokapsid atau disintesa
setelah infeksi. .
Virus RNA memproduksi mRNA dengan beberapa cara yang berbeda
Pada virus dsRNA , satu strand yang pertama ditranskrip oleh polimerase virus menjadi mRNA
(Gb.6).
Pada ssRNA terdapat tiga rute yang jelas berbeda dalam pembentukan mRNA yaitu ;
 Bila single strand mempunyai konfigurasi positive sense (misalnya mempunyai sekuense
basa yang sama seperti yang dibutuhkan pada saat translasi), maka konfigurasi ini dapat
langsung dipergunakan sebagai mRNA.
 Bla mempunyai konfigurasi negative sense, maka pertama-tama harus diterjemahkan
(transcribe) dengan memgunakan polimerase dari virus kedalam positive sense strand
yang kemudian bertindak sebagai mRNA
 Retrovirus mempunyai pola yang sama sekali berbeda. Pertama-tama positive sense
ssRNA oleh reverse transcriptase (enzim dari virus, terdapat dalam nukleokapsid)
menjadi negative sense ssDNA. Setelah terbentuk dsDNA kemudian akan memasuki
nukleus dan kemudian berintegrasi dengan genom sel hospes dan selanjutnya sel hospes
membentuk mRNA virus.
mRNA virus kemudian ditranslasi kedalam sitoplasma sel hospes untuk
menghasilkan protein yang dibutuhkan virus.
Sekali mRNA virus terbentuk maka akan ditanslasi dengan memanfaatkan ribosom dari sel
hospes untuk mensintesa protein yang dibutuhkan virus (gb. 7). RNA virus biasanya
monocistronic (mempunyai single coding region) dapat mengubah mRNA dari ribosom sel
hospes untuk menghasilkan protein yang lebih “disukai”. Pada fase awal diproduksi protein yang
diperlukan untuk replikasi asam nukleat virus seperti enzim dan molekul regulator. Pada fase
selanjutnya diproduksi protein yang penting unutk pembentukan kapsid.
Virus dengan genom single nucleic acid molecule mentranslasi poli protein yang
multifungsi, kemudian akan dipecah secara enzimatik. Sedangkan virus yang genomnya tersebar
didalam beberapa molekul, maka akan terbentuk beberapa macam mRNA yang masing-masng
akan membuat protein.Setelah translasi protein dapat diglikosilasi kembali dengan menggunakan
enzim sel hospes.
Virus juga harus me replikasi asam nukleatnya
Untuk pembentukan kapsid baru berarti memerlukan produksi molekul tambahan. Oleh karena
itu virus harus mereplikasi asam nukleat sehingga dapat menyediakan materi genetik yang
kemudian akan dibungkus oleh kapsid tersebut. Pada virus positive sense ssRNA seperti
poliovirus, polimerase yang ditranslasi dari template mRNA virus menghasilkan negative sense
RNA yang selanjutnya ditranskripsi lebih banyak positive ssRNA. Siklus transkripsi ini terus
berlangsung menghasilkan strand positif dalam jumlah yang besar, yang kemudian dikemas
dengan menggunakan protein yang telah dibentuk sebelumnya dari mRNA untuk membentuk
partikel virus yang baru.
Untuk virus negative sense ssRNA (mis. virus rabies) transkripsi oleh polimerase virus
akan menghasilkan positive sense ssRNA yang kemudian akan meghasilkan negative sense
mRNA yang baru. (Gb. 8). Replikasi ini terjadi dalam sitoplasma sel hospes, sedangkan pada
virus lainnya seperti campak dan influensa replikasi terjadi di inti sel sehingga sejumlah besar
negative sense RNA akan ditranskripsi membentuk partikel baru.
Replikasi pada inti sel hospes juga terjadi pada virus dsRNA seperti rotavirus yang
kemudian akan memproduksi positive sense RNA seperti diatas. Yang g kemudian akan
bertindak sebagai template pada partikel subviral untuk memsintesa negative sense RNA yang
baru guna memperbaiki kondisi double stranded.
Replikasi virus DNA terjadi di inti sel hospes kecuali poxvirus yang terjadi di
sitoplasma
Virus DNA membentuk kompleks dengan histon dari sel hospes untuk menghasilkan struktur
yang stabil. Pada virus herpes, mRNA ditranslasi dalam sitoplasma menghasilkan polimerase
DNA yang penting untuk sintesa DNA yang baru. Adenovirus menggunakan baik enzim dari sel
hospes maupun virus untuk kepentingan ini. Sedangkan retrovirus mensintesa RNA virus baru
di inti sel hospes. Polimerase RNA sel hospes ditranskrip dari DNA virus yang sudah
berintegrasi dengan genom sel hospes. (Gb.6). Virus hepatitis B (suatu virus ds DNA) secara
unik menggunakan ssRNA (sebagai perantara) yang kemudian ditranskrip untuk menghasilkan
DNA baru. Retrovirus dan virus hepatitis B merupakan virus-virus yang mempunyai aktifitas
reverse transkriptase.
Stadium akhir dari replikasi adalah penyusunan dan pelepasan parikel virus
baru
Penyusunan virus baru melibatkan gabungan dari asam nukleat yang telah direplikasi dengan
kapsomer yang baru disintesa untuk kemudian membentuk nukleokapsid baru. Aktifitas ini
terjadi di sitoplasma atau di inti sel hospes. Amplop dari virus melalui beberapa tahapan sebelum
dilepaskan. Protein amplop dan glikoprotein yang ditranslasi dari mRNA virus didisipkan pada
membran sel hospes (biasanya membrana plasma). Nukleokapsid yang muda ini bergabung
dengan membran secara spesifik melalui glikoprotein dan menbentuk tonjolan. (gb. 3.9). Virus
baru memerlukan membran dari sel hospes ditambahadenganmolekul dari virus untuk
membentuk amplop. Enzim dari virus seperti muraminidase pada virus influensa ikut berperan
dalam proses ini. Enzim dari sel hospes (seperti protease seluler)dapat memecah protein amplop
yang besar, suatu proses yang diperlukan dimana virus muda sangat infeksius. Pada virus herpes
terjadi proses yang sama. Pelepasan virus yang sudah beramplop tidak harus disertai dengan
kematian sel, jadi sel hospes yang sudah terinfeksi dapat terus menghasilkan protein virus dalam
waktu yang lama.
Insersi molekul virus kedalam membran sel hospes membuat sel hospes berbeda secara
antigenik. Respon imun ekspresi antigen ini yang menjadi dasar perkembangan terapi anti virus.
DAMPAK INFEKSI VIRUS
Infeksi virus dapat mengakibatkan sel menjadi lisis, persisten atau laten
Pada suatu infeksi yang “lytic” seperti pada virus polio dan influensa, virus memasuki siklus
replikasi , memproduksi banyak partikel virus baru. Kemudian dilepaskan dengan cara
melisiskan sel. Sedangak virus hepatitis B melakukan cara lain yaitu dengan dimana selhospes
tetap hidup dan terus melepas partikel virus secara lambat. Keadaan ini yang disebut persisten ,
dan mempunyai kepentingan besar secara epidemiologik, oleh karena individu yang terinfeksi
bisa menjadi karier yang asimptomatis sementara itu tetapmenjadi sumber infeksi. Pada infeksi
tipe liytic dan persisten virus tetap berreplikasi, sedangkan pada tipe laten virus tetap inaktif ,
dan material genetik dari virus dapat:
 Tetap ada dalam sitoplasma sel hospes (herpes virus)
 Bergabung kedalam genom (retrovirus)
Replikasi tidak akan terjadi sampai suatu sinyal mencetuskan pelepasan dari keadaan laten.
Bagaimana stimuli sampai tercetus sehingga menghasilkan sinyal belum banyak dimengerti.
Pada infeksi virus herpes simplex, keadaan stres dapat mengaktifkan virus sehingga infeksi aktif
kembali. dan terlihat sebagai luka-luka didekat mulut. Pada HIV, stimulasi yang bersifat
antigenik dapat diartikan sebagai sinyal yang kemudian mengaktifasi virus.
Beberapa virus dapat mengubah sel hospes menjadi tumor atau sel kanker
Proses infeksi yang bersifat litik, persisten atau laten melibatkan sel hospes yang seara esensi
masih tampak normal, walaupun metabolik dan proses regulasi sudah sangat terganggu. Bahkan
beberapa virus dapat mengubah sel hospes menjadi sel tumor atau sel kanker. Perubahan ini
tampak secara morfologi, perilaku sel dan biokimia. Sel kehilang kontrol pertumbuhan dan
inhibisi kontak sehingga sel terus membelah dan beragregasi. Mereka bersifat invasif dan bila
disuntikkan pada binatang percobaan dapat membentuk tumor. Tidak semua sel tumor tumbuh
dengan cepat secara invivo, seperti misalnya pada wart dengan pertumbuhan yang lambat
sebagai akibat infeksi papovavirus.
Kanker yang diinduksi oleh infeksi virus dapat berasal dari virus DNA atau RNA.
Termasuk didalamnya the human T cell lymphotropic viruses 1 and 2 , Epstein-Barr virus,
papillomavirus 16 dan 18, serta hepatitis virus B. Walaupun hasil akhir dari transformasi dapat
mirip antara satu sama lain, tetapi mekanissme yang terlibat dari tiap virus berbeda. Walaupun
begitu semua transformasi melibatkan hal2 yang mempengaruhi normal regulasi dari
pembelahan sel dan respon terhadap external growth promoting dan growth inhibiting factor.
Perubahan ini terjadi sesaat setelah virul yang bereplikasi di intisel bergabung dengan genomsel
hospes. Sebagai contoh pada Rous sarcoma virus, suatu retrovirus yang menyebabkan kanker
pada ayam.Transformasi muncul saat introduksi viral oncogen yaitu gen src kedalam genom sel
hospes. Ini adalah kode enzim tyrosin-spesific protein kinase yang terlibat dalam fosforilasi
residu tirosin dalam target protein. Beberapa growth regulating factor beberja melalui reseptor
membran yang spesifik yang mempunyai aktifitas tyrosin-spesific protein kinase. Adanya
peningkatan aktifitas regulasi ini disebabkan oleh karena hilangnya kontrol normal pertumbuhan
sel hospes.
Saat ini diketahui lebih dari 20 jenis retrovirus yang bersifat onkogen (Gb.3.10).
Dari famili retrovirus hanya HTLV 1 dan 2 yang merupakan paling penting sebagai penyebab
kanker pada manusia. Paradoksnya virus ini bukan merupakan virus onkogen dan tidak pula
mempunyai aktifitas langsung yang bersifat onkogen seluler. Retrovirus lain diketahui
menyebabkan kanker pada binatang.
Onkogenitas virus mungkin berkembang saat penggabungan onkogen sel hospes
kedalam genom virus waktu replikasi.
Onkogenitas suatu sel mempunyai simbol dengan singkatan pendek yaitu ‘v’ bila yang dimaksud
viral onkogen (mis. v-myc), atau ‘c’ untuk celluler (host) onkogenes ( mis. c-myc). Probe DNA
yang terbentuk dari kopi onkogen src virus Rous sarcoma menunjukkan adanya komplimentari
dari DNA baik dari sel pada ayam yang normal maupun yang terinfeksi seperti juga yang terjadi
pada sel kanker dan sel normal manusia.
Penemuan ini diikuti dengan penemuan sekuens onkogen retrovirus, dimana saat ini dari genom
manusia dibentuk sekuens onkogen sebanyak 0.03%-0.3%. Sekuens onkogen ini telah
diidentifikasi pada berbagai jenis binatang, manusia sampai lalat buah.
Mana yang lebih dulu muncul? Onkogen virus atau sel hospes? Faktanya onkogen sel
hospes berisi intron , sedangkan onkogen virus tidak. Posisi kromosom virus juga tetap,
sehingga ini merupakan implikasi bahwa sel hospes lah yang merupakan asal gen tersebut.
Sekarang kita mengetahui bahwa dari produk onkogen virus kita dapat memperkirakan onkogen
seluler (protoonkogen) mana yang mungkin memainkan peranan penting dalam regulasi
pertumbuhan sel hospes. Mereka mengkode growth factor mereka sendiri, molekul reseptor cell
surface yang berikatan dengan growth factor yang spesifik, sistem sinyal komponent intraseluler
dan DNA binding protein yang bertindak dalam proses transkripsi.
Src onkogen dari virus Rous sarcoma bergabung didalam genom virus bekerja sama
dalam mengkode gene untuk membentuk protein amplop (Gb.3.11). Tidak seperti virus lain yang
kuat daya transformasinya virus Rous mempunyai 3 gene (gag, plo dan env) yang penting untuk
replikasi. Pada virus lain terdapat defective transforming viruses yaitu suatu gabungan antara
hasil onkogen dari delesi material genetik dalam pengkodean regio untuk gen pol dan/atau env ,
yang kerjanya akan menghambat replikasi.
Onkogenitas dapat dibawa dari sel ke sel lainnya dalam hospes yang sama atau dari
hospes satu ke hospes lain. Contohnya melalui transmisi vertikal misalnya dari ibu ke bayi
melalui gamet, plasenta atau ASI. Atau dapat juga terjadi melalui transmisi horisontal yaitu dari
saliva dan urine.
Transformasi sel terjadi pada ;
 Saat onkogen virus bergabung ke dalam genom sel hospes ( seperti pada virus
Rous)
 Saat DNA virus melakukan insersi dekat dengan onkogen seluler.
Keadaan ini didahului oleh adanya mutasi dari sekuens onkogen dalam genom virus.
Perlu diingat bahwa perubahan satu basa saja dapat mengubah kemampuan transformasi
yang normal dari sel. Akhirnya akan tampak gangguan ekspresi dari onkogen sel hospes
melalui pengaruhnya pada gangguan regulasi normal. Gangguan ekspresi dapat terjadi
pada insersi dari onkogen atau non onkogenikvirus DNA, dapat juga terjadi akibat
pajanan zat-zat karsinogen. Secara normal produk seluler onkogen dipergunakan untuk
meregulasi proliferasi dengan kontrol yang ketat. Produk virus onkogen atau ekspresi
berlebihan dari onkogen seluler atau beban berlebih dari kompleks sistem pengawasan
akan menghasilkan pembelahan sel yang tidak terkendali
GRUP UTAMA DARI VIRUS
Klasifikasi virus menjadi grup utama (famili) didasarkan atas beberapa kriteria sederhana (Gb.
3.12 dan dan parade patogen).
 Tipe asam nukleat dalam genom
 Jumlah strand asam nukleat dan polaritasnya
 Model replikasi
 Ukuran, struktur dan simetrisitas dari pertikel virus.
Kepustakaan
Mims C, Dockrel HM, Goering RV, Roitt I, Wakelin D, Zuckerman M dalam. Medical
Microbiology.Edisi ke-tiga ;Elsevier Mosby, Edinburgh (2004) hal 29-35.