Virologins historia

Elektronmikrofotografi av de stavformade partiklarna av tobaksmosaikvirus som är för små för att kunna ses med ett ljusmikroskop

Virologins historia – den vetenskapliga studien av virus och de infektioner de orsakar – började under de sista åren av 1800-talet. Trots att Louis Pasteur och Edward Jenner utvecklade de första vaccinerna för att skydda mot virusinfektioner visste de inte att det fanns virus. De första bevisen på förekomsten av virus kom från experiment med filter som hade tillräckligt små porer för att hålla kvar bakterier. 1892 Dmitri Ivanovsky ett av dessa filter för att visa att saft från en sjuk tobaksplanta förblev smittsam för friska tobaksplantor trots att den filtrerats. Martinus Beijerinck kallade det filtrerade, smittsamma ämnet för ett "virus" och denna upptäckt anses vara början på virologi .

Den efterföljande upptäckten och partiella karakteriseringen av bakteriofager av Frederick Twort och Félix d'Herelle katalyserade fältet ytterligare, och i början av 1900-talet hade många virus upptäckts. År 1926 Thomas Milton Rivers virus som obligatoriska parasiter. Virus visades vara partiklar, snarare än en vätska, av Wendell Meredith Stanley , och uppfinningen av elektronmikroskopet 1931 gjorde att deras komplexa strukturer kunde visualiseras.

Pionjärer

Adolf Mayer 1875
Dmitri Ivanovsky , ca. 1915
An old, bespectacled man wearing a suit and sitting at a bench by a large window. The bench is covered with small bottles and test tubes. On the wall behind him is a large old-fashioned clock below frick u which are four small enclosed shelves on which sit many neatly labelled bottles.
Martinus Beijerinck i sitt laboratorium 1921

Trots sina andra framgångar kunde Louis Pasteur (1822–1895) inte hitta ett orsakande medel för rabies och spekulerade om en patogen som var för liten för att upptäckas med hjälp av ett mikroskop. 1884 uppfann den franske mikrobiologen Charles Chamberland (1851–1931) ett filter – idag känt som Chamberland-filtret – som hade porer som var mindre än bakterier. Således kunde han passera en lösning innehållande bakterier genom filtret och helt ta bort dem från lösningen.

År 1876 var Adolf Mayer , som ledde Lantbruksförsöksstationen i Wageningen , den förste som visade att det han kallade "Tobaksmosaiksjukdomen" var smittsamt. Han trodde att det var orsakat av antingen ett gift eller en mycket liten bakterie. Senare, 1892, använde den ryske biologen Dmitrij Ivanovsky (1864–1920) ett Chamberland-filter för att studera det som nu är känt som tobaksmosaikviruset . Hans experiment visade att krossade bladextrakt från infekterade tobaksplantor förblir smittsamma efter filtrering. Ivanovsky föreslog att infektionen kan orsakas av ett toxin som produceras av bakterier, men fortsatte inte med idén.

1898 upprepade den holländske mikrobiologen Martinus Beijerinck (1851–1931), en mikrobiologilärare vid Lantbruksskolan i Wageningen , experiment av Adolf Mayer och blev övertygad om att filtratet innehöll en ny form av smittämne. Han observerade att medlet förökade sig endast i celler som delar sig och han kallade det en contagium vivum fluidum (löslig levande grodd) och återinförde ordet virus . Beijerinck hävdade att virus var flytande till sin natur, en teori som senare misskrediterades av den amerikanske biokemisten och virologen Wendell Meredith Stanley (1904–1971), som bevisade att de faktiskt var partiklar. Samma år, 1898, Friedrich Loeffler (1852–1915) och Paul Frosch (1860–1928) det första djurviruset genom ett liknande filter och upptäckte orsaken till mul- och klövsjuka .

Det första mänskliga viruset som identifierades var gula feberviruset . År 1881 Carlos Finlay (1833–1915), en kubansk läkare, forskning som visade att myggor bar orsaken till gula febern, en teori som bevisades 1900 av en kommission ledd av Walter Reed (1851–1902). Under 1901 och 1902 William Crawford Gorgas (1854–1920) förstörelsen av myggornas häckningsmiljöer på Kuba, vilket dramatiskt minskade förekomsten av sjukdomen. Gorgas organiserade senare elimineringen av myggorna från Panama, vilket gjorde att Panamakanalen kunde öppnas 1914. Viruset isolerades slutligen av Max Theiler (1899–1972) 1932 som fortsatte med att utveckla ett framgångsrikt vaccin.

År 1928 var tillräckligt känt om virus för att möjliggöra publiceringen av Filterable Viruses , en samling essäer som täcker alla kända virus redigerade av Thomas Milton Rivers (1888–1962). Rivers, en överlevande av tyfoidfeber som fick vid tolv års ålder, fortsatte med en framstående karriär inom virologi. 1926 blev han inbjuden att tala vid ett möte organiserat av Society of American Bacteriology där han för första gången sa: "Virus verkar vara obligatoriska parasiter i den meningen att deras reproduktion är beroende av levande celler."

Uppfattningen att virus var partiklar ansågs inte vara onaturlig och passade fint in i bakterieteorin . Det antas att Dr J. Buist från Edinburgh var den första personen som såg viruspartiklar 1886, när han rapporterade att han såg "mikrokocker" i vaccinets lymfa, även om han förmodligen hade observerat klumpar av vaccinia . Under åren som följde, när optiska mikroskop förbättrades, sågs "inklusionskroppar" i många virusinfekterade celler, men dessa aggregat av viruspartiklar var fortfarande för små för att avslöja någon detaljerad struktur. Det var inte förrän uppfinningen av elektronmikroskopet 1931 av de tyska ingenjörerna Ernst Ruska (1906–1988) och Max Knoll (1887–1969), som viruspartiklar, särskilt bakteriofager , visade sig ha komplexa strukturer. Storleken på virus som bestämts med detta nya mikroskop passade väl in med de som uppskattades genom filtreringsexperiment. Virus förväntades vara små, men storleksutbudet kom som en överraskning. Vissa var bara lite mindre än de minsta kända bakterierna, och de mindre virusen var av liknande storlek som komplexa organiska molekyler.

1935 undersökte Wendell Stanley tobaksmosaikviruset och fann att det mestadels var gjord av protein. 1939 separerade Stanley och Max Lauffer (1914) viruset i protein och nukleinsyra , vilket visades av Stanleys postdoktor Hubert S. Loring vara specifikt RNA . Upptäckten av RNA i partiklarna var viktig eftersom Fred Griffith ( ca 1879 –1941) år 1928 gav de första bevisen på att dess "kusin", DNA , bildade gener .

På Pasteurs tid, och under många år efter hans död, användes ordet "virus" för att beskriva alla orsaker till infektionssjukdomar. Många bakteriologer upptäckte snart orsaken till många infektioner. Men några infektioner kvarstod, många av dem fruktansvärda, för vilka ingen bakteriell orsak kunde hittas. Dessa medel var osynliga och kunde endast odlas i levande djur. Upptäckten av virus banade vägen för att förstå dessa mystiska infektioner. Och även om Kochs postulat inte kunde uppfyllas för många av dessa infektioner, hindrade detta inte pionjärvirologerna från att leta efter virus i infektioner för vilka ingen annan orsak kunde hittas.

Bakteriofager

Huvudartikel: Bakteriofag
Bakteriofag

Upptäckt

Bakteriofager är de virus som infekterar och replikerar i bakterier. De upptäcktes i början av 1900-talet av den engelske bakteriologen Frederick Twort (1877–1950). Men före denna tidpunkt, 1896, rapporterade bakteriologen Ernest Hanbury Hankin (1865–1939) att något i vattnet i floden Ganges kunde döda Vibrio cholerae – orsaken till kolera . Medlet i vattnet kunde passera genom filter som tar bort bakterier men förstördes genom kokning. Twort upptäckte effekten av bakteriofager på stafylokocker . Han märkte att när de odlades på näringsagar blev vissa kolonier av bakterierna vattniga. Han samlade några av dessa vattniga kolonier och förde dem genom ett Chamberland-filter för att ta bort bakterierna och upptäckte att när filtratet tillsattes till färska bakteriekulturer blev de i sin tur vattniga. Han föreslog att medlet kan vara "en amöba, ett ultramikroskopiskt virus, en levande protoplasma eller ett enzym med tillväxtkraft".

Félix d'Herelle (1873–1949) var en huvudsakligen självlärd fransk-kanadensisk mikrobiolog. 1917 upptäckte han att "en osynlig antagonist", när den läggs till bakterier på agar , skulle producera områden med döda bakterier. Antagonisten, som nu är känd för att vara en bakteriofag, kunde passera genom ett Chamberland-filter. Han spädde noggrant en suspension av dessa virus och upptäckte att de högsta utspädningarna (lägsta viruskoncentrationerna), snarare än att döda alla bakterier, bildade diskreta områden av döda organismer. Genom att räkna dessa områden och multiplicera med utspädningsfaktorn kunde han beräkna antalet virus i den ursprungliga suspensionen. Han insåg att han hade upptäckt en ny form av virus och myntade senare termen "bakteriofag". Mellan 1918 och 1921 upptäckte d'Herelle olika typer av bakteriofager som kunde infektera flera andra arter av bakterier inklusive Vibrio cholerae . Bakteriofager förebådades som en potentiell behandling för sjukdomar som tyfus och kolera , men deras löfte glömdes bort i och med utvecklingen av penicillin . Sedan början av 1970-talet har bakterier fortsatt att utveckla resistens mot antibiotika som penicillin , och detta har lett till ett förnyat intresse för användningen av bakteriofager för att behandla allvarliga infektioner .

1920–1940: Tidig forskning

D'Herelle reste mycket för att främja användningen av bakteriofager vid behandling av bakteriella infektioner. 1928 blev han professor i biologi vid Yale och grundade flera forskningsinstitut. Han var övertygad om att bakteriofager var virus trots motstånd från etablerade bakteriologer som Nobelpristagaren Jules Bordet (1870–1961). Bordet hävdade att bakteriofager inte var virus utan bara enzymer som frigörs från "lysogena" bakterier. Han sa att "d'Herelles osynliga värld inte existerar". Men på 1930-talet gavs beviset på att bakteriofager var virus av Christopher Andrewes (1896–1988) och andra. De visade att dessa virus skilde sig åt i storlek och i sina kemiska och serologiska egenskaper. 1940 publicerades det första elektronmikrofotografiet av en bakteriofag och detta tystade skeptiker som hade hävdat att bakteriofager var relativt enkla enzymer och inte virus. Många andra typer av bakteriofager upptäcktes snabbt och visade sig infektera bakterier var de än finns. Tidig forskning avbröts av andra världskriget . d'Herelle, trots sitt kanadensiska medborgarskap, internerades av Vichyregeringen fram till krigets slut.

Modern tid

Kunskapen om bakteriofager ökade på 1940-talet efter bildandet av Phage Group av forskare i hela USA. Bland medlemmarna fanns Max Delbrück (1906–1981) som grundade en kurs om bakteriofager vid Cold Spring Harbor Laboratory . Andra nyckelmedlemmar i Phage Group inkluderade Salvador Luria (1912–1991) och Alfred Hershey (1908–1997). Under 1950-talet Hershey och Chase viktiga upptäckter om replikering av DNA under sina studier på en bakteriofag som kallas T2 . Tillsammans med Delbruck tilldelades de tillsammans 1969 års Nobelpris i fysiologi eller medicin "för sina upptäckter rörande replikationsmekanismen och den genetiska strukturen hos virus". Sedan dess har studiet av bakteriofager gett insikter om på- och avstängning av gener, och en användbar mekanism för att introducera främmande gener i bakterier och många andra grundläggande mekanismer inom molekylärbiologi .

Växtvirus

1882 beskrev Adolf Mayer (1843–1942) ett tillstånd hos tobaksväxter, som han kallade "mosaiksjukdomen" ("mozaïkziekte"). De sjuka plantorna hade brokiga blad som var fläckiga . Han uteslöt möjligheten till en svampinfektion och kunde inte upptäcka någon bakterie och spekulerade i att en "löslig, enzymliknande infektionsprincip var inblandad". Han fortsatte inte med sin idé, och det var Ivanovskys och Beijerincks filtreringsexperiment som antydde att orsaken var ett tidigare okänt smittämne. Efter att tobaksmosaik erkändes som en virussjukdom upptäcktes virusinfektioner av många andra växter.

Vikten av tobaksmosaikvirus i virusens historia kan inte överskattas. Det var det första viruset som upptäcktes, och det första som kristalliserades och dess struktur visades i detalj. De första röntgendiffraktionsbilderna av det kristalliserade viruset erhölls av Bernal och Fankuchen 1941. På basis av hennes bilder upptäckte Rosalind Franklin virusets fullständiga struktur 1955. Samma år, Heinz Fraenkel-Conrat och Robley Williams visade att renat tobaksmosaikvirus-RNA och dess höljeprotein kan samlas av sig själva för att bilda funktionella virus, vilket tyder på att denna enkla mekanism förmodligen var det sätt genom vilket virus skapades i deras värdceller.

År 1935 troddes många växtsjukdomar vara orsakade av virus. 1922 John Kunkel Small (1869–1938) att insekter kunde fungera som vektorer och överföra virus till växter. Under det följande decenniet visade sig många sjukdomar hos växter vara orsakade av virus som bars av insekter och 1939 beskrev Francis Holmes, en pionjär inom växtvirologi, 129 virus som orsakade sjukdomar hos växter. Modernt, intensivt jordbruk ger en rik miljö för många växtvirus. År 1948, i Kansas, USA, förstördes 7 % av veteskörden av wheat streak mosaic virus . Viruset spreds av kvalster som kallas Aceria tulipae .

1970 upptäckte den ryske växtvirologen Joseph Atabekov att många växtvirus bara infekterar en enda art av värdväxter. International Committee on Taxonomy of Viruses erkänner nu över 900 växtvirus.

1900-talet

I slutet av 1800-talet definierades virus i termer av deras infektivitet , deras förmåga att filtreras och deras behov av levande värdar. Fram till denna tid hade virus bara odlats i växter och djur, men 1906 Ross Granville Harrison (1870–1959) en metod för att odla vävnad i lymfa , och 1913 E Steinhardt, C Israeli och RA Lambert använde denna metod för att odla vacciniavirus i fragment av hornhinnevävnad från marsvin. 1928 odlade HB och MC Maitland vacciniavirus i suspensioner av hackade hönsnjurar. Deras metod användes inte allmänt förrän på 1950-talet, då poliovirus odlades i stor skala för vaccinproduktion. 1941–42 George Hirst (1909–94) analyser baserade på hemagglutination för att kvantifiera ett brett spektrum av virus såväl som virusspecifika antikroppar i serum.

Influensa

En kvinna som arbetade under influensaepidemin 1918–1919
Huvudartikel: Influensa

Även om influensaviruset som orsakade influensapandemin 1918–1919 inte upptäcktes förrän på 1930-talet, har beskrivningarna av sjukdomen och efterföljande forskning visat att det var skulden. Pandemin dödade 40–50 miljoner människor på mindre än ett år, men beviset att den orsakades av ett virus erhölls inte förrän 1933. Haemophilus influenzae är en opportunistisk bakterie som vanligtvis följer efter influensainfektioner; detta ledde till att den framstående tyske bakteriologen Richard Pfeiffer (1858–1945) felaktigt drog slutsatsen att denna bakterie var orsaken till influensa. Ett stort genombrott kom 1931, när den amerikanske patologen Ernest William Goodpasture odlade influensa och flera andra virus i befruktade hönsägg. Hirst identifierade en enzymaktivitet associerad med viruspartikeln, senare karakteriserad som neuraminidas , den första demonstrationen av att virus kunde innehålla enzymer. Frank Macfarlane Burnet visade i början av 1950-talet att viruset rekombinerar vid höga frekvenser, och Hirst drog senare slutsatsen att det har ett segmenterat genom.

Polio

Huvudartikel: Poliomyelit

År 1949 odlade John F. Enders (1897–1985) Thomas Weller (1915–2008) och Frederick Robbins (1916–2003) poliovirus för första gången i odlade mänskliga embryoceller, det första viruset som odlades utan att använda fasta djurvävnad eller ägg. Infektioner av poliovirus orsakar oftast de mildaste symtomen. Detta var inte känt förrän viruset isolerades i odlade celler och många människor visades ha haft milda infektioner som inte ledde till poliomyelit. Men till skillnad från andra virusinfektioner ökade förekomsten av polio – den mer sällsynta allvarliga formen av infektionen – under 1900-talet och nådde en topp runt 1952. Uppfinningen av ett cellodlingssystem för att odla viruset gjorde det möjligt för Jonas Salk ( 1914–1995 ) ) för att göra ett effektivt poliovaccin .

Epstein-Barr-virus

Denis Parsons Burkitt (1911–1993) föddes i Enniskillen, County Fermanagh, Irland. Han var den första som beskrev en typ av cancer som nu bär hans namn Burkitts lymfom . Denna typ av cancer var endemisk i ekvatorialafrika och var den vanligaste maligniteten hos barn i början av 1960-talet. I ett försök att hitta en orsak till cancern skickade Burkitt celler från tumören till Anthony Epstein (f. 1921), en brittisk virolog, som tillsammans med Yvonne Barr och Bert Achong (1928–1996) och efter många misslyckanden upptäckte virus som liknade herpesvirus i vätskan som omgav cellerna. Viruset visade sig senare vara ett tidigare okänt herpesvirus, som nu kallas Epstein-Barr-virus . Överraskande nog är Epstein-Barr-virus en mycket vanlig men relativt mild infektion bland européer. Varför det kan orsaka en sådan förödande sjukdom hos afrikaner är inte helt förstått, men minskad immunitet mot virus orsakade av malaria kan vara att skylla. Epstein-Barr-viruset är viktigt i virusens historia för att vara det första viruset som visat sig orsaka cancer hos människor.

Sent 1900-tal och tidigt 2000-tal

En rotaviruspartikel _

Andra hälften av 1900-talet var guldåldern för upptäckt av virus och de flesta av de 2 000 erkända arterna av djur-, växt- och bakterievirus upptäcktes under dessa år. År 1946 upptäcktes diarré hos nötkreatursvirus , som fortfarande är möjligen den vanligaste patogenen hos nötkreatur i hela världen och 1957 upptäcktes arterivirus från hästar . På 1950-talet resulterade förbättringar i virusisolering och detektionsmetoder i upptäckten av flera viktiga mänskliga virus inklusive varicella zoster-virus , paramyxovirus – som inkluderar mässlingvirus och respiratoriskt syncytialvirus – och rhinovirus som orsakar förkylning . På 1960-talet upptäcktes fler virus. 1963 upptäcktes hepatit B-viruset av Baruch Blumberg (f. 1925). Omvänt transkriptas , nyckelenzymet som retrovirus använder för att översätta sitt RNA till DNA, beskrevs första gången 1970, oberoende av Howard Temin och David Baltimore (f. 1938). Detta var viktigt för utvecklingen av antivirala läkemedel – en viktig vändpunkt i historien om virusinfektioner. 1983 isolerade Luc Montagnier (f. 1932) och hans team vid Pasteur Institute i Frankrike först retroviruset som nu kallas HIV. 1989 upptäckte Michael Houghtons team vid Chiron Corporation hepatit C. Nya virus och stammar av virus upptäcktes under varje decennium av andra hälften av 1900-talet. Dessa upptäckter har fortsatt under 2000-talet när nya virussjukdomar som SARS och nipah-virus har dykt upp. Trots forskarnas prestationer under de senaste hundra åren fortsätter virus att utgöra nya hot och utmaningar.

Se även

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=History_of_virology&oldid=1132742403 "