HIV () eli HI-virus on retrovirus, joka tarttuu ihmisen immuunijärjestelmän tärkeisiin osiin – CD4+-tyypin T-soluihin ja makrofageihin. Lisäksi se tuhoaa sekä suorasti että epäsuorasti CD4+-tyypin T-soluja. Koska nämä solut ovat immuunijärjestelmän toiminnan kannalta elintärkeitä, hoitamaton HIV lamauttaa immuunipuolustuksen toiminnan, mistä seuraa AIDS. HIV kuuluu yksijuosteista RNA:ta sisältäviin viruksiin.
HIV-infektiota hoidetaan ennen kaikkea antiretroviraalilääkityksellä.http://www.journals.uchicago.edu/doi/abs/10.1086/651278 Suonensisäisesti huumeita käyttävillä on yleistä että samassa ihmisessä ovat HI-virus ja C-hepatiitti. HIV-positiivisilla potilailla hepatiitin eteneminen voi olla puolta tavanomaista nopeampaa.
HIV:n alkuperä HIV:n arvellaan olevan peräisin Keski-Afrikasta. HIV on nykyisin maailmanlaajuinen. HI-viruksen alkuperästä on erilaisia teorioita, joista mikään ei ole yleisesti hyväksytty, ja aihe on kiistanalainen. Tutkijat ovat kuitenkin löytäneet vahvan yhteyden HIV-1:n ja kädellisillä esiintyvän SIV:n välillä. Kansainvälisen tutkimusryhmän mukaan SI-virus on siirtynyt simpanssista ihmiseen vuosien 1884–1924 välisenä aikana, todennäköisimmin vuonna 1908 Kamerunin eteläosissa simpanssinmetsästyksen yhteydessä, ja muuntunut ihmisessä HI-virukseksi. Laajaksi epidemiaksi HIV on todennäköisesti lauennut Kinshasassa, joka oli silloisessa Belgian Kongossa sijaitseva kansainvälisen kaupan keskus. Tutkimukset perustuvat geneettiseen sekvensointiin ja asiakirjoihin. Keski-Afrikasta HI-virus saapui Haitille vuoden 1966 paikkeilla mahdollisesti yhden ihmisen tuomana, ja sieltä se levisi muutamaa vuotta myöhemmin Yhdysvaltoihin ja lopulta ympäri maailman. Yhdysvalloissa AIDS todettiin sairautena vasta vuonna 1981.
Metsästäjäteoria Yleisimmin hyväksytty teoria on niin sanottu ”metsästäjäteoria”, jonka mukaan SI-virus siirtyi ihmisiin, kun simpansseja tapettiin ja syötiin tai kun niiden verta kulkeutui metsästäjän iholla oleviin haavoihin. Virus sopeutui uuteen isäntään, ja siitä muodostui HIV-1. Tämän jälkeen HI-viruksesta on kehittynyt useita eri kantoja. Vuonna 2004 The Lancet -lehdessä julkaistun artikkelin mukaan retrovirusten siirtymisiä kädellisistä ihmisiin tapahtuu edelleen.Nathan D Wolfe, William M Switzer, Jean K Carr et al. "Naturally acquired simian retrovirus infections in Central African Hunters." The Lancet, Vol. 363, 20 March 2004, p. 932 1 099 kamerunilaisen otoksessa noin 1 % kantoi SF-virusta, joka SIV:n tavoin on kädellisiä vaivaava tauti.
Vuonna 2006 kansainvälinen tutkijaryhmä kertoi Nature-lehdessä paikantaneensa HI-viruksen alkuperän Kamerunissa eläneisiin luonnonvaraisiin simpansseihin. SIV eli immuunikatovirus löydettiin niiden ulosteesta, kun viruksen perimä oli selvitetty, eikä eläimiä enää tarvinnut testata hankalilla verikokeilla. Kamerunin simpansseista noin 35 % kantaa SIV:tä, mutta mikään niistä ei aiheuta AIDSin kaltaista vakavaa muotoa. Tutkijat eivät tiedä, mikä eläimiä suojaa.
Ensimmäiset HIV/AIDS-tautitapaukset Vuonna 1998 tehty plasmanäytteen analyysi viittaa siihen, että HIV-1 tarttui ensi kertaa ihmisiin paljon luultua varhaisemmin: 1940-luvulla tai 1950-luvun alkupuolella. Joidenkin tutkijoiden mukaan plasmanäyte olisi vieläkin vanhempi, mahdollisesti jopa 1800-luvun loppupuolelta. Vuoden 2000 tammikuussa seitsemännessä Retrovirusten ja opportunististen infektioiden kansainvälisessä konferenssissa esiteltiin tutkimus, jonka mukaan ensimmäiset HIV-1-tautitapaukset ilmenivät Länsi-Afrikassa noin vuonna 1930 (tosin 15 vuoden virhemarginaalilla). Tulos perustui viruksen evoluution tietokonemallinnukseen.
Vanhimmat tunnetut näytteet HIV-1-viruksesta ovat:
Vuonna 1959 otetusta nykyisen Kongon demokraattisen tasavallan alueella eläneen miehen plasmastaZhu, T., Korber, B. T., Nahmias, A. J., Hooper, E., Sharp, P. M. and Ho, D. D. (1998). "An African HIV-1 Sequence from 1959 and Implications for the Origin of the Epidemic". Nature 391 (6667): 594–597. 15-vuotiaan St. Louisin kaupungissa kuolleen afroamerikkalaisen pojan kudoksista vuodelta 1969Kolata, G.. "Boy's 1969 death suggests AIDS invaded U.S. several times", The New York Times, 1987-10-28. Norjalaisen merimiehen kudosnäytteestä vuodelta 1976Hooper, E. (1997). "Sailors and star-bursts, and the arrival of HIV". BMJ 315 (7123): 1689–1691. PubMed
HI-viruksen evoluutio
HI-viruksen evoluutio on hyvin nopeaa. Nopeus selittyy sen virhealttiilla käänteiskopioijaentsyymillä (kts. HI-viruksen toiminta), joka aiheuttaa pistemutaatioita ja tekijäinvaihduntaa. Lisäksi nopeutta edistää viruksen elinsyklin aikana vaikuttavat vaihtelevat valintapaineet (esimerkiksi eri ihmisillä on aina hieman erilainen immuniteetti, jota vastaan viruksen on muovauduttava) sekä viruksen lyhyt elinaika. HI-viruksen eri kannat pystyvät myös yhteisinfektoimaan isäntäsolun yhtä aikaa, jolloin niistä voi muodostua erilaisia variantteja.
HI-viruksen evoluutionopeus ei kuitenkaan ole yhtä nopeaa populaatio- kuin yksilötasolla: populaatiotason evoluutionopeus on kolmesta yhdeksään kertaa hitaampaa kuin yksilötasolla. Tarkkaa syytä tälle erolle ei ole vielä löydetty, mutta aiheesta on esitetty kolme hypoteesia, jotka pyrkivät selittämään tätä eroa.
1) HI-viruksen eri elämänvaiheisiin perustuvassa valinnassa (stage-specific selection) nopeuseron selittää HI-viruksen tarttumisen ajankohta. Jos tarttuminen tapahtuu infektion aikaisessa vaiheessa ja HI-virus tarttuu uudestaan ilman, että virus jää isäntään pidemmäksi aikaa, tällöin evoluutionopeus populaatiotasolla ei kasva. Immuniteetti ei ehdi infektion alussa aktivoitua, jolloin immuniteetti ei hyökkää HI-virusta vastaan. Tämän vuoksi viruksen ei tarvitse muuttua selviytyäkseen immuniteetinvasteelta. Vastaavasti, jos virus jää pidemmäksi aikaa isäntään, joutuu se muuttumaan, koska immuniteetti aktivoituu ja hyökkää sitä vastaan. Immuniteetti aiheuttaa siis valintapaineen. Tämä sopeutuminen nähdään selkeämmin yksilö- kuin populaatiotasolla, minkä vuoksi nopeusero syntyy.
2) Sopeudu ja palaudu (adapt and revert) -hypoteesi osoittaa, että HI-viruksen sopeutuminen lähdeisännässä (source host) voi olla haitallista seuraavassa isännässä (receipt host). Tästä syystä HI-virukset ajautuvat takaisin kohti populaatiotason konsensusta, kun HI-viruksen sopeutumismutaatiot ”palautuvat” populaatiotasolla (yksilötasolla evoluutio ei voi mennä taaksepäin). Luonnonvalinta suosii HI-viruksia, jotka muistuttavat enemmän populaation yleisimpiä variantteja, jotta ne voivat olla taas tarttumiskykyisiä ja selvitä uusissa isännissä.
3) Varastoi ja nouda (store and retrieve) -hypoteesi osoittaa, että osa esihistoriallisista HI-viruksien infektoimista pitkäikäisistä T-auttajasoluista vaipui lepovaiheeseen, jolloin ne käytännössä varastoivat virusta luoden siten virusarkiston. Vuosien päästä nämä pitkäikäiset infektoidut solut voivat aktivoitua, jolloin virus pääsee taas monistumaan, ja varastoitu viruskanta voidaan noutaa arkistosta. Se, miksi nämä esihistorialliset virukset ovat säilyneet, johtuu niiden erinomaisesta kyvystä tarttua ja perustaa kolonisaatioita isäntiin. Lisäksi niillä ei ole sopeutumismutaatioiden taakkaa, joten ne pystyvät hyvin infektoimaan uusia isäntiä, koska eivät ole sopeutuneet vain yhteen isäntään (vrt. sopeudu ja palaudu -hypoteesiin). Eli jos näillä historiallisilla viruksilla on vahva kyky tarttua ja niitä on merkittävä määrä populaatiokierteessä, evoluutionopeus hidastuu populaatiotasolla, koska nämä virukset eivät ole tuottaneet uusia variantteja populaatioon vaan ovat pysyneet lähes samankaltaisina.
HI-viruksen rakenne ja genomi HIV on rakenteeltaan erilainen kuin muut vastaavat retrovirukset. Se on muodoltaan pallomainen, halkaisijaltaan noin 120 nm ja lähes 60 kertaa pienempi kuin ihmisen punasolu.McGovern SL, Caselli E, Grigorieff N, Shoichet BK (2002). "A common mechanism underlying promiscuous inhibitors from virtual and high-throughput screening". Journal of Medicinal Chemistry. 45 (8): 1712–22. . hdl:11380/977912. HI-viruksen genomi koostuu kahdesta kopiosta yksijuosteista RNA:ta, joka koodaa viruksen yhdeksää geeniä. Virusta ympäröi kartiomainen kapsidi, jossa on lähes 2 000 kopiota viruksen p24-proteiinia. Yksijuosteinen RNA on sitoutunut tiukasti viruksen nukleokapsidiproteiineihin, kuten p7:ään, ja viruksen rakentamisessa tarvittaviin entsyymeihin, kuten käänteiskopioijaentyymiin, proteaaseihin, ribonukleaasiin ja integraasiin. Viruksen p17-proteiineista koostuva matriisi ympäröi kapsidia ja sitoo sen eheäksi kokonaisuudeksi.HIV Sequence Compendium 2008. Carla Kuiken, Thomas Leitner, Brian Foley, Beatrice Hahn, Preston Marx, Francince McCutchan, Steven Wolinsky, and Bette Korber editors. 2008. Publisher: Los Alamos National Laboratory, Theoretical Biology and Biophysics, Los Alamos, New Mexico. LA-UR 08-03719.
Kapsidia ympäröi viruksen vaippa, joka koostuu lipidikaksoiskalvosta. Tämän vaipan virus on ottanut mukaansa isäntäsolun solukalvosta, kun vastamuodostuneet viruspartikkelit kuroutuvat ulos solusta. Viruksen vaippa koostuu pääasiassa ihmisen solukalvon pintaproteiineista, mutta siinä on myös HI-viruksen omia vaippaproteiineja. HIV Sequence Compendium 2008. Carla Kuiken, Thomas Leitner, Brian Foley, Beatrice Hahn, Preston Marx, Francince McCutchan, Steven Wolinsky, and Bette Korber editors. 2008. Publisher: Los Alamos National Laboratory, Theoretical Biology and Biophysics, Los Alamos, New Mexico. LA-UR 08-03719. HIV:n env-geenin koodaama vaippaproteiini mahdollistaa viruksen kiinnittymisen kohdesoluihin ja fuusioitumisen kohdesolun solukalvon kanssa. Näin viruksen sisältö päätyy soluun ja käynnistää tartuntasyklin. Chan DC, Fass D, Berger JM, Kim PS (April 1997). "Core structure of gp41 from the HIV envelope glycoprotein" (PDF). Cell. 89 (2): 263–73. . . S2CID 4518241
HI-viruksen toiminta Elinkierto thumb|300px|HI-viruksen elinkierto
Virus sitoutuu ihmisen immuunipuolustuksen tärkeisiin CD4-+-tyypin T-solujen reseptoriin ja sopivaan ko-reseptoriin (CCR5 tai CXCR4), mitä seuraa viruksen vaipan fuusio solukalvoon ja viruksen nukleokapsidin vapauttaminen solulimaan. Viruksen oma käänteiskopioijaentsyymi kopioi viraalisen RNA:n cDNA:ksi joka edelleen kopioidaan DNA:ksi. Tuloksena syntynyt kaksijuosteinen proviraalinen DNA vaeltaa solun tumaan tumahuokosen kautta ja yhtyy siellä solun DNA:han viruksen integraasin avulla. Solun RNA-polymeraasi transkriptoi viruksen DNA:n. Lähetti-RNA transloidaan proteiineiksi solun polysomeissa. Viruksen proteiinit ja genominen RNA kuljetetaan solukalvolle ja järjestetään. Epäkypsät virionit vapautetaan silmukoimalla solukalvon läpi. Viruksen proteaasi käsittelee polypeptidiprekursorit, jolloin syntyy kypsiä virioneja.
HI-viruksen kasaus HI-viruksen kasaus alkaa isäntäsolun solukalvolla. Kasausprosessi voidaan jakaa kolmeen osaan: virionin kasaus, virionin kuroutuminen ulos isäntäsolusta ja virionin kypsyminen. Virionin kasaus alkaa epäkypsän hilan rakentamisella, jossa Gag-proteiinit ohjaavat solukalvoon sitoutumista, RNA-genomin pakkaamisen, sekä muiden HI-viruksen proteiinien pakkaamisen viruksen sisään.
Virusten leviäminen kehon sisällä Tavallisinta virionin aiheuttamaa solun infektioprosessia voidaan kutsua ”soluttomaksi leviämiseksi”. Viruspartikkelit syntyvät tartunnan saaneesta T-solusta ja pääsevät veren tai solunulkoisen nesteen avulla leviämään ja infektoimaan sattumanvaraisesti seuraavan vastaantulevan T-solun. HIV voi levitä myös suoraan solusta toiseen kahden eri reitin kautta. Infektoitunut T-solu voi siirtää viruksen suoraan kohde-T-soluun virologisen synapsin kautta. Toinen HIV:n mahdollinen leviämisreitti voi olla antigeeniä esittelevän solun, kuten makrofagin tai dendriittisolun, avulla siirtyminen seuraavaan T-soluun. Solusta soluun tapahtuvan infektion on raportoitu olevan paljon tehokkaampi leviämistapa kuin soluton leviäminen.
Imusolujen hämääminen