---
title: "Virologi"
book: "Biologi Universitas — Tahun 3"
subject: biology
language: id
chapter: 13
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/13-virologi
---

# Bab 13 — Virologi

Terdapat sekitar $10^{31}$ partikel [virus](#def-b3-virology-virus) di Bumi, sepuluh bagi tiap sel, dan di laut mereka membunuh seperlima seluruh bakteri setiap hari. Sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) bukanlah sel: ia tidak bermetabolisme, tidak berribosom, dan tidak punya cara membuat apa pun sendiri. Ia adalah sebuah genom — sependek dua gen, sepanjang dua ribu — yang terbungkus cangkang protein, yang memasuki sebuah sel lalu mengubah mesin sel itu menjadi pembuat salinan dirinya. Influenza tahun 1918 membunuh lima puluh juta orang; cacar, yang membunuh tiga ratus juta orang pada abad kedua puluh saja, dibasmi pada tahun 1980 oleh sebuah [vaksin](#def-b3-virology-drugs) yang pertama kali dicoba pada tahun 1796; dan sebuah koronavirus yang menyeberang ke manusia pada tahun 2019 genomnya terurutkan dalam hitungan minggu, sebuah [vaksin](#def-b3-virology-drugs) dirancang dalam hitungan hari sesudahnya, dan obat terhadap proteasenya dalam dua tahun. Bab ini memperlakukan apa itu [virus](#def-b3-virology-virus) dan bagaimana ia digolongkan menurut kimia genomnya, bagaimana ia memperbanyak diri, kinetika sebuah infeksi di dalam satu inang — yang digambarkan sepasang persamaan diferensial cukup baik hingga mengubah pengobatan AIDS — evolusinya, serta bagaimana ia dilawan.

## 13.1 Apa itu virus

**Definisi 13.1 (Virus).**

Sebuah *virus* adalah parasit intrasel obligat yang terdiri atas sebuah genom asam nukleat — DNA atau RNA, untai tunggal atau untai ganda, lurus atau melingkar, satu molekul atau beberapa — yang terkemas di dalam sebuah *kapsid* protein, dan dalam banyak hal terbungkus sebuah *selubung* yang diambil dari membran inang serta bertaburan glikoprotein virus. Partikel menular yang lengkap adalah *virion*, yang bagi kebanyakannya berukuran $20\text{ sampai }300\,\mathrm{nm}$ (beberapa virus raksasa mencapai satu mikrometer). Kapsid dibangun dari banyak salinan satu atau beberapa protein yang tersusun dengan simetri heliks (sebuah batang, seperti pada virus mosaik tembakau) atau simetri ikosahedral (sebuah cangkang beranggota $60T$ subunit, dengan $T = 1, 3, 4, 7,\dots$). *Klasifikasi Baltimore* menggolongkan virus menurut jalan dari genom ke RNA duta: I, DNA untai ganda (herpes, cacar, adenovirus, sebagian besar fag); II, DNA untai tunggal (parvovirus); III, RNA untai ganda (rotavirus); IV, RNA untai positif, yang dirinya sendiri sebuah duta (polio, hepatitis C, koronavirus); V, RNA untai negatif, yang komplemen terhadap duta (influenza, campak, rabies, Ebola); VI, RNA yang ditranskripsi balik menjadi DNA (retrovirus, HIV); VII, DNA yang digandakan lewat sebuah antara RNA (hepatitis B). Setiap kelas selain I harus membawa atau menyandi sebuah enzim yang tidak dipunyai sel — sebuah RNA polimerase bergantung-RNA, sebuah transkriptase balik — dan enzim itulah sasaran kebanyakan [obat antivirus](#def-b3-virology-drugs).

**Bukti eksperimental.** Ivanovsky (1892) dan Beijerinck (1898) menunjukkan bahwa penyakit mosaik pada tembakau ditularkan oleh getah yang dilewatkan melalui saringan yang menahan seluruh bakteri — sebuah *contagium vivum fluidum*, yakni cairan hidup yang menular. Stanley (1935) menghablurkan agennya, yakni [virus](#def-b3-virology-virus) mosaik tembakau, lalu menunjukkan bahwa agen itu berupa protein dengan (sebagaimana ditemukan Bawden dan Pirie) $5\,\%$ RNA. Hershey dan Chase (1952) menandai protein sebuah bakteriofag dengan $^{35}$S dan DNA-nya dengan $^{32}$P, membiarkannya menginfeksi *E. coli*, menggunting lepas mantel kosongnya di dalam sebuah pengaduk, lalu menemukan $^{32}$P di dalam selnya dan $^{35}$S di luarnya: DNA-lah yang masuk dan proteinnya tertinggal, sehingga DNA itulah pembawa petunjuknya. Fraenkel-Conrat (1955) mengurai [virus](#def-b3-virology-virus) mosaik tembakau menjadi protein dan RNA lalu menyusun kembali partikel menular dari RNA satu galur dan protein galur lain; keturunannya bergalur seperti RNA-nya. ∎

**Proposisi 13.2 (Ekonomi genetik: mengapa kapsid bersimetri).**

Sebuah [kapsid](#def-b3-virology-virus) harus mengurung genom yang menyandinya. Sebuah protein bermassa $m$ memerlukan sekitar $m/110\,\mathrm{Da}$ kodon, yakni $3m/110$ nukleotida, yaitu sepotong RNA yang berbobot sekitar $3m/110\times330\,\mathrm{Da} = 9m$: tiap protein disandi oleh asam nukleat yang bermassa sembilan kali massanya sendiri. Sebuah cangkang yang dibuat dari *satu* molekul protein yang mengurung sebuah genom harus mengurung genom bermassa sembilan kali massanya sendiri hanya untuk menyandi dirinya, padahal sebuah cangkang tidak dapat memuat asam nukleat sembilan kali massanya sendiri pada kerapatan biologis. Jalan keluarnya, yang dilihat Crick dan Watson (1956), adalah membangun cangkang itu dari banyak salinan satu protein kecil: [virus](#def-b3-virology-virus) mosaik tembakau menyandi sebuah protein mantel $17.5\,\mathrm{kDa}$ di dalam $480\,\mathrm{nt}$ dari genomnya yang $6400\,\mathrm{nt}$, lalu memakai $2130$ salinannya. Subunit yang serupa dan berkemas serupa harus tersusun secara simetris, sehingga [kapsid](#def-b3-virology-virus) [virus](#def-b3-virology-virus) berupa heliks atau ikosahedron, dan ekonomi yang sama memberinya kemampuan merakit diri, sebab tiap subunit hanya perlu mengenali tetangganya.

**Bukti.** Nisbah massanya menyusul dari sebuah kodon yang berupa tiga nukleotida yang masing-masing sekitar $330\,\mathrm{Da}$ dan sebuah residu yang sekitar $110\,\mathrm{Da}$: $3\times 330/110 =
9$. Sebuah [kapsid](#def-b3-virology-virus) dari satu protein $40\,\mathrm{MDa}$ akan mengurung $360\,\mathrm{MDa}$ asam nukleat, yakni sebuah bola berjejari sekitar $50\,\mathrm{nm}$ pada kerapatan asam nukleat, sedangkan proteinnya sendiri akan membuat sebuah cangkang setebal sekitar $2\,\mathrm{nm}$ dengan jejari yang sama — mungkin secara geometris, tetapi sebuah polipeptida tunggal beranggota $360\,000$ residu yang melipat dengan benar tidaklah mungkin, dan satu mutasi akan merusaknya. Dengan $n$ subunit yang serupa, ongkos penyandiannya turun sebesar $n$ sementara volume yang terkurung tidak berubah. ∎

![Tujuh kelas Baltimore, yang tersusun menurut jalan dari genom ke RNA duta. Setiap kelas selain I memerlukan sebuah enzim yang tidak disediakan sel inang — sasaran alami sebuah obat antivirus.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/fig-7a94061f1dec.svg)

*Tujuh kelas Baltimore, yang tersusun menurut jalan dari genom ke RNA duta. Setiap kelas selain I memerlukan sebuah enzim yang tidak disediakan sel inang — sasaran alami sebuah [obat antivirus](#def-b3-virology-drugs).*

![Kiri: bakteriofag yang melekat lewat serat ekornya pada sebuah bakteri, tiap kepalanya sebuah kapsid ikosahedral berisi DNA. Kanan: virion influenza, yang berselubung, dengan permukaan berupa rumbai duri hemaglutinin dan neuraminidase.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/img-51c1fbbb7fb1.jpg)

![Kiri: bakteriofag yang melekat lewat serat ekornya pada sebuah bakteri, tiap kepalanya sebuah kapsid ikosahedral berisi DNA. Kanan: virion influenza, yang berselubung, dengan permukaan berupa rumbai duri hemaglutinin dan neuraminidase.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/img-501b4d999d94.jpg)

*Kiri: bakteriofag yang melekat lewat serat ekornya pada sebuah bakteri, tiap kepalanya sebuah [kapsid](#def-b3-virology-virus) ikosahedral berisi DNA. Kanan: [virion](#def-b3-virology-virus) influenza, yang berselubung, dengan permukaan berupa rumbai duri hemaglutinin dan neuraminidase.*

## 13.2 Bagaimana virus memperbanyak diri

**Definisi 13.3 (Daur replikasi).**

Setiap [virus](#def-b3-virology-virus) melewati tahap yang sama. *Pelekatan* pada sebuah reseptor inang tertentu — CD4 dan sebuah reseptor kemokin bagi HIV, ACE2 bagi koronavirus SARS, asam sialat bagi influenza, sebuah [lipopolisakarida](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/12-bakteriologi-pertumbuhan-fisiologi-dan-genetika#def-b3-bacteriology-envelope) atau sebuah porin bagi sebuah fag — yang memutuskan spesies dan sel mana yang dapat diinfeksi [virus](#def-b3-virology-virus) itu (yakni *tropisme*-nya). *Pemasukan*: peleburan [selubung](#def-b3-virology-virus) [virus](#def-b3-virology-virus) dengan membran plasma, atau endositosis yang disusul peleburan dari dalam [endosom](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/8-lalu-lintas-membran-dan-penyortiran-protein#def-b3-membrane-traffic-endocytosis) yang asam, atau, bagi sebuah fag, penyuntikan genom menembus dindingnya. *Pengupasan mantel*, *pengungkapan* gen [virus](#def-b3-virology-virus) lewat jalan yang khas bagi kelasnya, serta *replikasi* genomnya, kerap di dalam sebuah pabrik yang dibangun [virus](#def-b3-virology-virus) itu di dalam sitoplasma atau inti. *Perakitan* [kapsid](#def-b3-virology-virus) baru di sekeliling genom baru, yang didorong oleh perakitan diri subunit yang simetris, lalu *pelepasan*: dengan melisiskan selnya, atau dengan menguncup menembus sebuah membran, yang memasok [selubungnya](#def-b3-virology-virus). Sebagian [virus](#def-b3-virology-virus) dapat justru menyisipkan genomnya ke dalam genom inang lalu menunggu: *lisogeni* fag $\lambda$, yang penekannya menjaganya tetap bungkam sampai inangnya rusak; *latensi* herpesvirus di dalam neuron seumur hidup dan latensi HIV sebagai sebuah provirus di dalam sel T yang beristirahat, yang darinya ia tidak disingkirkan oleh obat apa pun yang bekerja pada replikasi.

![Daur replikasi sebuah virus berselubung: pelekatan pada sebuah reseptor, pemasukan dan pengupasan mantel, pengungkapan dan penggandaan di dalam mesin inang, perakitan, lalu pelepasan dengan menguncup — atau, bagi sebuah retrovirus, penyisipan ke dalam genom inang lalu kebungkaman.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/fig-1b6e46296240.svg)

*Daur replikasi sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) berselubung: pelekatan pada sebuah reseptor, pemasukan dan pengupasan mantel, pengungkapan dan penggandaan di dalam mesin inang, perakitan, lalu pelepasan dengan menguncup — atau, bagi sebuah retrovirus, penyisipan ke dalam genom inang lalu kebungkaman.*

**Metode 13.4 (Mencacah partikel menular: uji plak).**

Untuk mengukur sebuah stok [virus](#def-b3-virology-virus): (1) encerkanlah ia dalam langkah sepuluh kali lipat; (2) campurkanlah tiap pengenceran dengan sel inang berlebih — bakteri di dalam agar lunak bagi sebuah fag, sebuah lapisan tunggal sel biakan bagi sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) hewan; (3) eramkanlah: tiap partikel menular menginfeksi satu sel, keturunannya menginfeksi tetangganya, dan sesudah sehari atau dua hari sebuah lubang bening, sebuah *plak*, menandai tempatnya; (4) cacahlah plak pada lempeng yang bermuatan $30\text{ sampai }300$ lalu kalikanlah dengan pengencerannya: itulah *titer* dalam satuan pembentuk plak (PFU) per mililiter. Karena tiap plak adalah klona satu partikel, memungutnya menghasilkan sebuah isolat murni. Nisbah partikel fisis (yang dicacah dengan mikroskop elektron atau PCR) terhadap satuan pembentuk plak biasanya jauh di atas satu — sepuluh sampai seribu bagi banyak [virus](#def-b3-virology-virus) hewan — sebab kebanyakan partikel cacat atau gagal menginfeksi.

![Kiri: plak di dalam sebuah hamparan bakteri, masing-masing sebuah zona bening tempat keturunan satu fag telah melisiskan sel di sekitarnya. Kanan: partikel HIV yang menguncup dari sebuah limfosit T, yang mengambil selubungnya dari membran sel itu.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/img-d54e1ac77007.jpg)

![Kiri: plak di dalam sebuah hamparan bakteri, masing-masing sebuah zona bening tempat keturunan satu fag telah melisiskan sel di sekitarnya. Kanan: partikel HIV yang menguncup dari sebuah limfosit T, yang mengambil selubungnya dari membran sel itu.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/img-014dcca6542b.jpg)

*Kiri: plak di dalam sebuah hamparan bakteri, masing-masing sebuah zona bening tempat keturunan satu fag telah melisiskan sel di sekitarnya. Kanan: partikel HIV yang menguncup dari sebuah limfosit T, yang mengambil [selubungnya](#def-b3-virology-virus) dari membran sel itu.*

**Teorema 13.5 (Dinamika infeksi di dalam satu inang).**

Misalkanlah $T$ kerapatan sel sasaran yang rentan, $I$ kerapatan sel yang terinfeksi, dan $V$ kerapatan [virion](#def-b3-virology-virus) bebas. [Virion](#def-b3-virology-virus) menginfeksi sasaran dengan laju $\beta TV$, sel terinfeksi menghasilkan [virion](#def-b3-virology-virus) dengan laju $p$ tiap sel lalu mati dengan laju $\delta$, dan [virion](#def-b3-virology-virus) bebas disingkirkan dengan laju $c$:

$$
\frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t} = \beta TV - \delta I, \qquad
\frac{\mathrm{d}V}{\mathrm{d}t} = pI - cV .
$$

Dengan $T$ ditahan tetap, infeksinya tumbuh bila *bilangan reproduksi dasar* $R_{0} = \beta Tp/(c\delta)$ melebihi $1$, dan pada keadaan mantap $V^{*} = p I^{*}/c$ dengan produksi mengimbangi penyingkiran. Bila sebuah obat menghentikan semua infeksi baru pada $t = 0$ ($\beta \to 0$), [virion](#def-b3-virology-virus) meluruh mula-mula dengan laju penyingkiran $c$, lalu, begitu [virus](#def-b3-virology-virus) bebas turun ke aras yang dipertahankan sel terinfeksi yang tersisa, dengan laju kematian $\delta$ sel itu:

$$
V(t) \approx V_{0}\,\frac{c\,e^{-\delta t} - \delta\,e^{-ct}}{c - \delta}
\;\longrightarrow\; V_{0}\,\frac{c}{c-\delta}\,e^{-\delta t}
\quad (t \gg 1/c).
$$

Kedua kemiringan [muatan virus](#thm-b3-virology-dynamics) sesudah pengobatan mengukur $c$ dan $\delta$, dan $pI^{*} = cV^{*}$ memberikan produksi [virion](#def-b3-virology-virus) harian sebelum pengobatan.

**Bukti.** Sebuah sel terinfeksi hidup rata-rata $1/\delta$ dan membuat $p/\delta$ [virion](#def-b3-virology-virus); tiap [virion](#def-b3-virology-virus) hidup $1/c$ lalu menginfeksi $\beta T/c$ sel dalam waktu itu; hasil kalinya adalah banyaknya sel terinfeksi yang ditimbulkan satu sel terinfeksi, yaitu $R_{0}$. Pada keadaan mantap $\mathrm{d}V/\mathrm{d}t = 0$ memberikan $V^{*} = pI^{*}/c$. Sesudah pengobatan $\mathrm{d}I/\mathrm{d}t =
-\delta I$, sehingga $I = I_{0}e^{-\delta t}$, dan $\mathrm{d}V/\mathrm{d}t =
pI_{0}e^{-\delta t} - cV$ adalah persamaan linear yang penyelesaiannya dengan $V(0) = V_{0} = pI_{0}/c$ berupa ungkapan yang diberikan (periksalah: pada $t = 0$ ia sama dengan $V_{0}$, dan ia memenuhi persamaannya suku demi suku). Bagi $t
\gg 1/c$ suku $e^{-ct}$ telah lenyap dan $V$ mengikuti sel terinfeksi dengan kemiringan $-\delta$; bagi $t \ll 1/\delta$ dan $c \gg \delta$ kemiringan awalnya $-c$. ∎

**Contoh 13.6 (HIV sebelum dan sesudah persamaannya).**

Sampai tahun 1995 tahun-tahun [latensi](#def-b3-virology-cycle) klinis infeksi HIV — [muatan virus](#thm-b3-virology-dynamics) yang mantap sebesar $10^{4}$–$10^{6}$ salinan per mililiter dan penurunan lambat sel T — dibaca sebagai [virus](#def-b3-virology-virus) yang lelap. Ho, Perelson, dan rekannya memberi pasien sebuah [penghambat protease](#def-b3-virology-drugs) lalu mencocokkan penurunan [muatan virus](#thm-b3-virology-dynamics) itu dengan teoremanya: fase cepatnya memberi $c \approx 3\,\mathrm{d}^{-1}$ (paruh hidup [virion](#def-b3-virology-virus) sekitar enam jam), fase lambatnya $\delta \approx
0.5\,\mathrm{d}^{-1}$ (sebuah sel terinfeksi hidup sekitar satu setengah hari). Muatan mantap sebesar $10^{5}$ per mililiter di dalam $15\,\mathrm{L}$ cairan tubuh, yang disingkirkan dengan laju $c$, karena itu menuntut produksi sekitar $10^{10}$ [virion](#def-b3-virology-virus) sehari, tiap hari, bertahun-tahun: masa “laten” itu adalah keadaan mantap infeksi dan kematian yang garang, dengan kumpulan sel T tergantikan tiap hari sampai ia gagal. Aritmetika mutasi pada bagian berikutnya lalu menyusul seketika, dan bersamanya alasan mengapa obat tunggal gagal sementara tiga obat tidak.

![Muatan virus sesudah sebuah obat menghentikan infeksi baru, dari teoremanya dengan c = 3\, d-1 dan = 0.5\, d-1: sebuah penurunan cepat sementara virion bebas disingkirkan, lalu penurunan yang lebih lambat yang dilangkahi kematian sel yang sudah terinfeksi.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/fig-625dd7cb74f2.svg)

*[Muatan virus](#thm-b3-virology-dynamics) sesudah sebuah obat menghentikan infeksi baru, dari teoremanya dengan $c = 3\,\mathrm{d}^{-1}$ dan $\delta = 0.5\,\mathrm{d}^{-1}$: sebuah penurunan cepat sementara [virion](#def-b3-virology-virus) bebas disingkirkan, lalu penurunan yang lebih lambat yang dilangkahi kematian sel yang sudah terinfeksi.*

## 13.3 Bagaimana virus berevolusi

**Definisi 13.7 (Mutasi, kuasispesies, hanyutan dan pergeseran).**

Polimerase bergantung-RNA dan transkriptase balik tidak melakukan [uji baca](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/3-kemantapan-genom-kerusakan-perbaikan-dan-rekombinasi-dna#prop-b3-dna-repair-fidelity), dan [virus](#def-b3-virology-virus) RNA bermutasi pada $10^{-4}$ sampai $10^{-6}$ per nukleotida per penggandaan — seribu sampai sejuta kali laju inangnya — sehingga sebuah populasi [virus](#def-b3-virology-virus) RNA berupa awan genom berkerabat, sebuah *kuasispesies*, yang di dalamnya tiap mutan titik tunggal hadir setiap saat bila populasinya besar. Seleksi oleh antibodi mendorong *hanyutan antigen*: protein permukaan influenza menimbun substitusi tahun demi tahun, dan imunitas tahun lalu makin sedikit melindungi tiap musim. *Pergeseran antigen* adalah sebuah lompatan: sebuah genom bersegmen (influenza punya delapan segmen RNA) dapat *disusun ulang* ketika dua galur menginfeksi satu sel, dan sebuah segmen yang menyandi sebuah hemaglutinin dari [virus](#def-b3-virology-virus) burung atau babi, yang terhadapnya tidak seorang manusia pun punya imunitas, menghasilkan sebuah pandemi — 1918, 1957, 1968, 2009. Rekombinasi di dalam sebuah genom melakukan hal yang sama bagi [virus](#def-b3-virology-virus) yang tidak bersegmen, dan koronavirus berekombinasi dengan leluasa. Kebanyakan [virus](#def-b3-virology-virus) manusia yang baru adalah *zoonosis*, yang menyeberang dari sebuah wadah hewan — kelelawar bagi koronavirus, Ebola, dan rabies; burung dan babi bagi influenza; primata bagi HIV — dan penyeberangan itu biasanya soal beberapa mutasi pada sebuah protein pengikat reseptor.

**Proposisi 13.8 (Ambang galat).**

Sebuah genom beranggota $L$ nukleotida yang disalin dengan laju galat $u$ per nukleotida tersalin tanpa galat sama sekali dengan peluang $(1-u)^{L} \approx e^{-uL}$. Agar urutan yang terbugar bertahan di dalam populasinya melawan banjir mutannya, pecahan salinan yang bebas galat harus melebihi kira-kira kebalikan keunggulan terpilihnya $\sigma$: $e^{-uL} \gtrsim
1/\sigma$, yakni $uL \lesssim \ln\sigma$, sebuah bilangan berorde satu. Hasil kali laju mutasi dan panjang genom karena itu terbatas: sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) RNA dengan $u = 10^{-4}$ tidak dapat memiliki genom yang jauh lebih panjang daripada $10^{4}$ nukleotida, yang kira-kira sepanjang genom [virus](#def-b3-virology-virus) RNA, dan koronavirus, yang pada $30\,\mathrm{kb}$ merupakan genom RNA terpanjang yang dikenal, mencapainya hanya dengan menyandi sebuah eksonuklease penguji baca yang memangkas $u$ sepuluh kali lipat. Ambangnya juga sebuah senjata: obat yang menaikkan laju galat polimerase (ribavirin, molnupiravir) mendorong sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) melewatinya masuk ke *bencana galat*, dan [kuasispesiesnya](#def-b3-virology-evolution) runtuh.

**Bukti.** Galat yang saling bebas pada tiap dari $L$ tapak memberikan peluang bebas galat $(1-u)^{L}$, dan $\ln(1-u) \approx -u$ bagi $u$ yang kecil. Neraca populasinya adalah hujah [kuasispesies](#def-b3-virology-evolution) yang baku (Eigen, 1971): urutan induknya diisi ulang dengan laju $\sigma e^{-uL}$ relatif terhadap mutan rata-rata lalu hilang karena mutasi selebihnya; ia dipertahankan hanya bila yang pertama melebihi $1$, dan dari situlah batas itu berasal. ∎

![Dua cara sebuah virus influenza lolos dari imunitas. Hanyutan: mutasi pada durinya menimbun secara berangsur. Pergeseran: dua galur di dalam satu sel menukar segmen genom utuh, dan sebuah protein duri yang baru bagi manusia muncul sekaligus.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-5/b3-virology/fig-063080ab8fb1.svg)

*Dua cara sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) influenza lolos dari imunitas. Hanyutan: mutasi pada durinya menimbun secara berangsur. Pergeseran: dua galur di dalam satu sel menukar segmen genom utuh, dan sebuah protein duri yang baru bagi manusia muncul sekaligus.*

**Contoh 13.9 (Mengapa HIV memerlukan tiga obat).**

Transkriptase balik HIV keliru sekitar sekali tiap $10^{5}$ nukleotida, sehingga tiap genom $9700\,\mathrm{nt}$ yang disalin mengusung sekitar $0.1$ mutasi, dan $10^{10}$ genom baru sehari mengusung $10^{9}$ mutasi di antaranya: tiap satu dari $3\times 9700 \approx 30\,000$ mutasi titik tunggal yang mungkin muncul berkali-kali setiap hari, sebelum obat apa pun diberikan. Sebuah obat yang dikalahkan satu mutasi — sebagaimana satu mutasi mengalahkan kebanyakan penghambat transkriptase balik dan [penghambat protease](#def-b3-virology-drugs) — karena itu dikalahkan dalam hitungan minggu, dan itulah yang menimpa AZT pada tahun 1987. Dua mutasi yang saling bebas muncul bersama pada $10^{-10}$ per genom, sekitar sekali sehari; tiga mutasi pada $10^{-15}$, sekali tiap seribu hari — dan seorang pasien dengan tiga obat yang muatannya telah turun seribu kali lipat menghasilkan $10^{7}$ genom sehari, sehingga mutan rangkap tiga itu tidak pernah muncul. Hal itu, dan pembuktian teoremanya bahwa [virusnya](#def-b3-virology-virus) sedang menggandakan diri dengan kecepatan penuh, menjadikan [terapi gabungan](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/11-biologi-kanker#thm-b3-cancer-biology-goldie-coldman) sejak tahun 1996 pengobatan yang mengubah AIDS menjadi sebuah keadaan menahun.

## 13.4 Inang, pertahanan, dan obat

**Proposisi 13.10 (Patogenesis dan pertahanan).**

Sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) merugikan dengan melisiskan sel (polio memusnahkan neuron motorik, HIV membunuh sel T), dengan membuat sel menghasilkan produk beracun, dengan mengubahnya ([Bab 11](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/11-biologi-kanker#ch-b3-cancer-biology)), dan kerap terutama lewat tanggapan inang itu sendiri: demam, kerusakan jaringan dan, pada keadaan terburuk, badai sitokin reaksi imun terhadap influenza atau koronavirus SARS. Inangnya menjawab dengan pertahanan bawaan yang mengenali tanda tangan penggandaan [virus](#def-b3-virology-virus) — RNA untai ganda, RNA tanpa tudung, DNA di dalam sitosol — lalu menanggapinya dengan *interferon*, yang menaruh tiap sel tetangga ke dalam keadaan antivirus ([Bab 15](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/15-imunitas-bawaan-dan-peradangan#ch-b3-innate-immunity)); dengan sel pembunuh alami yang memusnahkan sel yang telah menyembunyikan MHC-nya; dengan antibodi yang menetralkan [virion](#def-b3-virology-virus) dan sel T sitotoksik yang membunuh sel terinfeksi sebelum sel itu melepaskan keturunannya ([Bab 16](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/16-imunitas-adaptif-dan-vaksinasi#ch-b3-adaptive-immunity)); dan, pada bakteri, dengan [enzim restriksi](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/6-rekayasa-genetika-dan-bioteknologi#def-b3-genetic-engineering-tools) yang memotong DNA asing serta ingatan [CRISPR](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/6-rekayasa-genetika-dan-bioteknologi#def-b3-genetic-engineering-crispr) pada [Bab 6](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/6-rekayasa-genetika-dan-bioteknologi#ch-b3-genetic-engineering). [Virus](#def-b3-virology-virus) menjawab balik: hampir tiap [virus](#def-b3-virology-virus) besar menyandi protein yang menghalangi interferon, menyembunyikan MHC, meniru sitokin, atau menghambat [apoptosis](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/10-kendali-daur-sel-dan-kematian-sel-terprogram#def-b3-cell-cycle-apoptosis-apoptosis), dan perlombaan senjatanya tertulis di dalam kedua genom.

**Definisi 13.11 (Obat antivirus dan vaksin).**

Obat antivirus menyerang enzim [virus](#def-b3-virology-virus) atau langkah yang tidak dilakukan sel inang. *Analog nukleosida* adalah penamat rantai: asiklovir difosforilasi hanya oleh timidin kinase herpesvirus lalu menghalangi DNA polimerase [virus](#def-b3-virology-virus), sehingga ia bekerja hanya di dalam sel terinfeksi; AZT, tenofovir, dan lamivudin menghentikan transkriptase balik; remdesivir dan molnupiravir bekerja pada polimerase koronavirus, yang kedua lewat mutagenesis. *Penghambat protease* menghalangi pemotongan poliprotein [virus](#def-b3-virology-virus) (HIV, hepatitis C, nirmatrelvir bagi SARS-CoV-2). Penghambat integrase menghentikan pembentukan provirus HIV; penghambat neuraminidase menghentikan [virion](#def-b3-virology-virus) influenza melepaskan diri dari sel yang darinya ia menguncup; penghambat pemasukan menghalangi sebuah reseptor. [Virus](#def-b3-virology-virus) hepatitis C kini disembuhkan dalam dua belas minggu oleh gabungan obat yang bekerja langsung, yakni infeksi [virus](#def-b3-virology-virus) menahun pertama yang pernah disembuhkan oleh kemoterapi. *Vaksin* menyajikan antigen [virus](#def-b3-virology-virus) tanpa penyakitnya: sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) hidup yang dilemahkan (campak, polio lewat mulut, demam kuning), sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) yang dimatikan (polio lewat suntikan, influenza), sebuah subunit (antigen permukaan hepatitis B yang dibuat di dalam khamir, protein [kapsid](#def-b3-virology-virus) [virus](#def-b3-virology-virus) papiloma), sebuah vektor [virus](#def-b3-virology-virus) tak berbahaya yang mengusung sebuah gen sasarannya, atau, sejak tahun 2020, *RNA duta* yang menyandi antigennya, yang diantarkan di dalam nanopartikel lipid, yang diterjemahkan oleh sel penerimanya sendiri. Imunologi mengapa semuanya bekerja, dan berapa banyak orang yang harus divaksinasi untuk melindungi sisanya, adalah pokok [Bab 16](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/16-imunitas-adaptif-dan-vaksinasi#ch-b3-adaptive-immunity).

**Catatan 13.12 (Virus dalam ekonomi kehidupan).**

[Virus](#def-b3-virology-virus) yang merugikan manusia hanyalah galat pembulatan di dalam populasi [virus](#def-b3-virology-virus) dunia, yang kebanyakannya menginfeksi bakteri dan arkea. Fag membunuh seperlima sampai sepertiga bakteri lautan tiap hari lalu mengembalikan isinya ke kumpulan terlarut — *pintasan [virus](#def-b3-virology-virus)* pada daur karbon di dalam jilid Tahun 2. Mereka memindahkan gen antarbakteri ([Bab 12](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/12-bakteriologi-pertumbuhan-fisiologi-dan-genetika#ch-b3-bacteriology)), dan racunnya adalah racun difteri, kolera, dan *E. coli* yang terburuk. Delapan persen genom manusia adalah sisa retrovirus purba ([Bab 4](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/4-genomika-dan-pengurutan#ch-b3-genomics)), yang salah satu gen [selubungnya](#def-b3-virology-virus) kini meleburkan sel plasenta. [Virus](#def-b3-virology-virus) adalah wadah kebaruan genetik terbesar di planet ini, dan batas antara apa yang terhitung hidup melintas di tengah mereka.

## 13.5 Latihan

**Latihan 13.1 ★.**

Tempatkanlah polio, influenza, HIV, herpes simpleks, hepatitis B, dan rotavirus pada kelas Baltimore-nya lalu sebutkanlah enzim apa yang harus dibawa atau dibuat masing-masing yang tidak dipunyai sel.

**Solusi Latihan 13.1.**

Polio: IV, RNA untai positif — sebuah RNA polimerase bergantung-RNA. Influenza: V, RNA untai negatif — RNA polimerasenya sendiri, yang diusung di dalam [virion](#def-b3-virology-virus). HIV: VI — transkriptase balik (dan integrase). Herpes simpleks: I, DNA untai ganda — inangnya pada asasnya dapat memasok segalanya, tetapi ia membawa DNA polimerase dan timidin kinasenya sendiri. Hepatitis B: VII — sebuah transkriptase balik untuk menyalin RNA pragenomnya menjadi DNA. Rotavirus: III, RNA untai ganda — sebuah RNA polimerase bergantung-RNA di dalam partikelnya.

**Latihan 13.2 ★.**

Apa yang ditunjukkan percobaan Hershey–Chase, dan apa yang akan ditemukan seandainya proteinlah yang mengusung petunjuknya?

**Solusi Latihan 13.2.**

DNA fag itu ($^{32}$P) memasuki bakterinya dan proteinnya ($^{35}$S) tinggal di luar lalu dapat digunting lepas; fag keturunannya mewarisi $^{32}$P itu. Jadi DNA-lah yang disuntikkan fag itu dan yang mengarahkan pembuatan fag baru. Seandainya proteinlah yang mengusung petunjuknya, $^{35}$S akan ditemukan di dalam lalu diteruskan ke keturunannya.

**Latihan 13.3 ★.**

Sebuah stok fag yang diencerkan $10^{-7}$ memberi $84$ plak dari $0.1\,\mathrm{mL}$. Berapa titernya? Mengapa mikroskop elektron dapat mencacah partikel sepuluh kali lebih banyak?

**Solusi Latihan 13.3.**

$84/(0.1\times 10^{-7}) = 8.4\times 10^{9}$ satuan pembentuk plak per mL. Mikroskopnya mencacah tiap partikel, termasuk [kapsid](#def-b3-virology-virus) kosong, partikel bergenom cacat, dan partikel yang gagal melekat atau menyuntik; hanya partikel yang menuntaskan sebuah infeksi yang membuat plak.

**Latihan 13.4 ★.**

Sebutkanlah keenam tahap sebuah daur replikasi dan, bagi tiap tahap, namailah satu [obat antivirus](#def-b3-virology-drugs) atau satu pertahanan inang yang bekerja padanya.

**Solusi Latihan 13.4.**

Pelekatan: penghambat pemasukan (maravirok), antibodi penetral. Pemasukan atau peleburan: penghambat peleburan, penghalang pengasaman [endosom](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/8-lalu-lintas-membran-dan-penyortiran-protein#def-b3-membrane-traffic-endocytosis). Pengupasan mantel: obat pengikat [kapsid](#def-b3-virology-virus) (plekonaril; lenakapavir). Pengungkapan dan penggandaan: [analog nukleosida](#def-b3-virology-drugs), penghambat transkriptase balik dan penghambat integrase, interferon, [interferensi RNA](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/2-rna-tak-penyandi-dan-pengaturan-pascatranskripsi#def-b3-rna-regulation-rnai). Perakitan: [penghambat protease](#def-b3-virology-drugs) (poliprotein yang belum terpotong tidak dapat merakit). Pelepasan: penghambat neuraminidase (influenza), dan sel T sitotoksik yang membunuh selnya sebelum pelepasan.

**Latihan 13.5 ★★.**

Dengan memakai [Proposisi 13.2](#prop-b3-virology-economy), hitunglah asam nukleat yang diperlukan untuk menyandi [kapsid](#def-b3-virology-virus) sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) yang terbuat dari $180$ salinan sebuah protein $30\,\mathrm{kDa}$, lalu bandingkanlah dengan genom $4.5\,\mathrm{kb}$ yang mungkin dipunyai [virus](#def-b3-virology-virus) semacam itu. Berapa pecahan genom yang berupa gen [kapsidnya](#def-b3-virology-virus)?

**Solusi Latihan 13.5.**

Satu protein $30\,\mathrm{kDa}$ berupa $30\,000/110 = 273$ residu, yaitu $818$ nukleotida: $0.82\,\mathrm{kb}$, yakni $18\,\%$ dari genom $4.5\,\mathrm{kb}$. Menyandi $180$ salinannya secara terpisah akan memakan $147\,\mathrm{kb}$, yakni tiga puluh tiga kali seluruh genomnya; protein [kapsidnya](#def-b3-virology-virus) sendiri ($5.4\,\mathrm{MDa}$) berbobot empat kali genomnya ($1.5\,\mathrm{MDa}$).

**Latihan 13.6 ★★.**

Dengan $c = 3\,\mathrm{d}^{-1}$, $\delta = 0.5\,\mathrm{d}^{-1}$, dan $V_{0} =
10^{5}$ per mL, hitunglah $V$ dari teoremanya pada $t = 0.5$, $2$, dan $10$ hari. Berapa lama sampai muatannya turun di bawah $50$ per mL, yakni batas pendeteksian?

**Solusi Latihan 13.6.**

$V = 10^{5}(3e^{-0.5t} - 0.5e^{-3t})/2.5$: $t = 0.5$: $8.9\times
10^{4}$; $t = 2$: $4.4\times 10^{4}$; $t = 10$: $8\times 10^{2}$. Di bawah $50$ ketika $1.2\times 10^{5}e^{-0.5t} = 50$: $t = 2\ln(2400) \approx
16\,\mathrm{d}$.

**Latihan 13.7 ★★.**

Sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) RNA memiliki $u = 3\times 10^{-5}$ dan $L = 12\,\mathrm{kb}$. Berapa pecahan genom keturunannya yang tidak mengusung mutasi? Apa yang terjadi pada pecahan itu bila sebuah obat mutagen menaikkan $u$ tiga kali lipat? Jelaskanlah mengapa koronavirus memerlukan sebuah enzim penguji baca.

**Solusi Latihan 13.7.**

$uL = 0.36$; pecahan bebas galat $e^{-0.36} = 0.70$. Tiga kali lipat: $uL =
1.08$, $e^{-1.08} = 0.34$ — kebanyakan keturunannya kini mengusung mutasi dan urutan terbugarnya terencerkan ke arah ambangnya. Sebuah koronavirus pada $30\,\mathrm{kb}$ dengan $u = 10^{-4}$ akan punya $uL = 3$ dan hanya $5\,\%$ salinan bebas galat, yakni melewati ambangnya; eksonukleasenya membawa $u$ ke $10^{-5}$, $uL = 0.3$, yakni tiga perempat bebas galat.

**Latihan 13.8 ★★.**

Jelaskanlah hanyutan dan [pergeseran antigen](#def-b3-virology-evolution) pada influenza, dan mengapa sebuah galur pandemi sejauh ini selalu mengusung sebuah hemaglutinin baru.

**Solusi Latihan 13.8.**

Hanyutan: mutasi titik pada hemaglutinin dan neuraminidase menimbun di bawah seleksi antibodi, sehingga galur tiap musim sebagian baru dan imunitas tahun lalu sebagian usang. Pergeseran: infeksi bersama satu sel oleh sebuah galur manusia dan sebuah galur hewan menyusun ulang kedelapan segmennya, dan sebuah subtipe hemaglutinin dari burung atau babi muncul di dalam sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) yang teradaptasi pada manusia. Tak seorang pun punya antibodi terhadap subtipe yang baru itu, sehingga seluruh populasi rentan sekaligus — yakni syarat sebuah pandemi, yang terpenuhi pada tahun 1918, 1957, 1968, dan 2009 oleh sebuah hemaglutinin baru tiap kali.

**Latihan 13.9 ★★.**

Asiklovir adalah sebuah analog guanosin yang harus difosforilasi agar bekerja. Jelaskanlah mengapa ia merugikan sel yang terinfeksi herpes dan bukan sel lain, lalu ramalkanlah mutasi kekebalannya.

**Solusi Latihan 13.9.**

Timidin kinase herpesvirus memfosforilasi asiklovir, yang hampir tidak disentuh kinase sel; kinase sel lalu merampungkan trifosfatnya, yang disisipkan DNA polimerase [virus](#def-b3-virology-virus) dan, karena tidak punya hidroksil 3$'$, menamatkan rantainya. Sel yang tidak terinfeksi tidak pernah membuat bentuk aktifnya, dan polimerase [virus](#def-b3-virology-virus) lebih menyukainya daripada polimerase sel. Kekebalan: hilangnya atau berubahnya timidin kinase [virus](#def-b3-virology-virus) (yang terlazim), atau mutasi pada polimerase [virus](#def-b3-virology-virus) yang menyingkirkan analognya.

**Latihan 13.10 ★★★.**

Turunkanlah $R_{0} = \beta Tp/(c\delta)$ dari kedua persamaan teoremanya dengan mencari syarat agar sebuah infeksi kecil ($I$, $V$ dekat nol, $T$ tetap) bertumbuh, lalu tafsirkanlah tiap faktornya.

**Solusi Latihan 13.10.**

Dengan $T$ tetap, persamaannya linear dalam $(I, V)$ dengan matriks $\begin{pmatrix} -\delta & \beta T \\ p & -c \end{pmatrix}$, yang jumlah diagonalnya $-(\delta + c) < 0$ dan determinannya $\delta c - \beta Tp$. Nilai eigennya berjumlah negatif, sehingga salah satunya positif tepat ketika determinannya negatif: $\beta Tp > c\delta$, yakni $R_{0} = \beta
Tp/(c\delta) > 1$. Faktornya: $p/\delta$ adalah banyaknya [virion](#def-b3-virology-virus) yang dibuat sebuah sel terinfeksi selama hidupnya; $\beta T/c$ adalah banyaknya sel yang diinfeksi sebuah [virion](#def-b3-virology-virus) selama hidupnya; hasil kalinya adalah banyaknya sel terinfeksi yang dihasilkan satu sel terinfeksi.

**Latihan 13.11 ★★★.**

Seorang pasien dengan terapi yang mujarab masih menyimpan $10^{6}$ sel T beristirahat yang terinfeksi laten dan provirusnya bungkam, dengan paruh hidup $44$ bulan. Berapa lama terapinya harus berlanjut agar wadah itu turun di bawah satu sel? Mengapa hal ini membuat HIV tidak tersembuhkan oleh obat yang menghalangi penggandaan, dan apa yang akan dituntut sebuah kesembuhan?

**Solusi Latihan 13.11.**

$10^{6} = 2^{20}$: dua puluh paruh hidup, $880$ bulan, sekitar $73$ tahun — lebih lama daripada satu kehidupan. Obat yang menghalangi penggandaan tidak menyentuh sebuah provirus yang tidak sedang ditranskripsi; wadahnya bertahan, dan ketika terapinya berhenti satu sel yang mengaktif kembali memulai lagi infeksinya. Sebuah kesembuhan harus menyingkirkan atau membungkam wadah itu selamanya: membunuh sel latennya (mengaktifkannya kembali di bawah terapi sehingga ia mati atau dibunuh), memotong keluar atau melumpuhkan provirusnya, atau mengganti sistem imunnya dengan yang tidak dapat diinfeksi [virus](#def-b3-virology-virus) itu.

**Latihan 13.12 ★★★.**

Jelaskanlah hujah [Contoh 13.9](#ex-b3-virology-three-drugs) dengan angka Anda sendiri bagi sebuah [virus](#def-b3-virology-virus) $30\,\mathrm{kb}$ dengan $u = 10^{-6}$ yang menghasilkan $10^{9}$ genom sehari. Berapa banyak obat yang akan Anda gabungkan, dan mengapa obat terhadap dua tapak enzim yang sama mungkin tidak terhitung dua?

**Solusi Latihan 13.12.**

$uL = 0.03$ mutasi per genom; $10^{9}$ genom sehari mengusung $3\times
10^{7}$ mutasi di antara $9\times 10^{4}$ mutasi tunggal yang mungkin: masing-masing muncul sekitar $300$ kali sehari. Sebuah mutan rangkap dua tertentu muncul pada $10^{-12}$ per genom, yakni $10^{-3}$ sehari — sekali dalam tiga tahun; sebuah rangkap tiga pada $10^{-18}$, tidak pernah. Dua obat dengan mutasi kekebalan yang saling bebas akan mencukupi pada asasnya, tiga memberi selisih bagi kepatuhan yang buruk. Dua obat yang mengikat enzim yang sama dapat dikalahkan satu mutasi yang mengubah tapaknya atau konformasi enzimnya, dan mutasi kekebalannya tidak saling bebas; keduanya terhitung kurang dari dua.

## 13.6 Soal: Sebuah Virus di dalam Seorang Pasien

**Soal 13.1.**

Soal akhir pekan — sebuah infeksi HIV yang dicacah virion demi virion, dinamikanya dicocokkan dengan sebuah kurva pengobatan, mutasinya dihitung terhadap obatnya, dan wadahnya ditakar waktunya, berakhir pada produksi virion harian, hari ketika muatannya menjadi tak terdeteksi, serta peluang bahwa sebuah mutan rangkap tiga ada

Data: [muatan virus](#thm-b3-virology-dynamics) $V^{*} = 2\times 10^{5}$ per mL di dalam $15\,\mathrm{L}$ cairan tubuh; $c = 3\,\mathrm{d}^{-1}$, $\delta = 0.5\,\mathrm{d}^{-1}$; tiap sel terinfeksi membuat $p = 500$ [virion](#def-b3-virology-virus) sehari; genom $9700\,\mathrm{nt}$, $u = 10^{-5}$ per nukleotida per penggandaan; mutasi tunggal memberi kekebalan terhadap masing-masing dari tiga obat; pada terapi rangkap tiga produksinya turun ke $10^{7}$ genom sehari; wadah laten $10^{6}$ sel, paruh hidup $44$ bulan; sebuah [virion](#def-b3-virology-virus) berupa bola $120\,\mathrm{nm}$ yang berisi dua untai RNA $9700\,\mathrm{nt}$ dan sekitar $2000$ molekul protein $25\,\mathrm{kDa}$.

**Bagian I — Mencacah.**

1. Berapa banyak [virion](#def-b3-virology-virus) yang ada di dalam tubuh pada keadaan mantap?
2. Berapa banyak yang disingkirkan tiap hari, dan karenanya dihasilkan tiap hari?
3. Berapa banyak sel terinfeksi yang menghasilkannya, dan berapa banyak yang mati tiap hari?
4. Berapa massa satu [virion](#def-b3-virology-virus) (RNA sebesar $330\,\mathrm{Da}$ per nukleotida ditambah proteinnya), dan berapa massa total [virion](#def-b3-virology-virus) di dalam tubuh? Bandingkanlah dengan sebutir pasir ( $1\,\mathrm{mg}$ ).
5. Tubuh punya $10^{12}$ sel T CD4 dan menggantikan yang terinfeksi. Berapa pecahan kumpulan itu yang terinfeksi setiap saat, dan bagaimana pecahan sekecil itu membunuh kumpulannya dalam sepuluh tahun?
6. Bila tiap sel terinfeksi mati dengan [apoptosis](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/10-kendali-daur-sel-dan-kematian-sel-terprogram#def-b3-cell-cycle-apoptosis-apoptosis) lalu ditelan dalam sejam ( [Bab 10](https://one-course.com/books/biology/5/id/chapter/10-kendali-daur-sel-dan-kematian-sel-terprogram#ch-b3-cell-cycle-apoptosis) ), berapa banyak yang sedang disingkirkan setiap saat?

**Bagian II — Pengobatan.**

7. Terapi menghentikan infeksi baru pada $t = 0$ . Hitunglah $V$ pada $t =  1$ , $3$ , $7$ , dan $14$ hari dari teoremanya.
8. Pada hari keberapa muatannya turun di bawah batas pendeteksian $50$ per mL?
9. Dari kedua kemiringan, bagaimana seorang klinisi akan menaksir $c$ dan $\delta$ dari pengukuran pada hari $0$ – $1$ dan $3$ – $10$ ?
10. Sesudah kedua fase itu muatannya mendatar pada beberapa salinan per mL lalu bertahan di sana bertahun-tahun. Petak model mana yang hilang, dan berapa laju peluruhannya?
11. Hitunglah paruh hidup sebuah [virion](#def-b3-virology-virus) bebas dan sebuah sel terinfeksi.
12. Jelaskanlah mengapa dataran sebelum pengobatan salah dibaca sebagai [latensi](#def-b3-virology-cycle) , dan apa yang justru ditunjukkan persamaannya.

**Bagian III — Mutasi.**

13. Mutasi per genom per penggandaan, dan mutasi yang dihasilkan tiap hari pada pasien yang tidak diobati.
14. Berapa banyak mutasi titik tunggal berbeda yang mungkin di dalam genomnya? Berapa kali tiap hari masing-masing muncul?
15. Laju per genom sebuah mutan rangkap dua tertentu dan sebuah mutan rangkap tiga tertentu; berapa banyak masing-masing muncul tiap hari tanpa obat?
16. Pada terapi rangkap tiga, dengan $10^{7}$ genom sehari, berapa harapan mutan rangkap tiga tiap tahun?
17. Pasiennya melewatkan dosis sehingga aras satu obat jatuh ke nol selama seminggu sementara kedua obat lain bertahan. Mutan mana yang kini dapat terpilih, dan berapa harapan banyaknya mutan rangkap dua yang bersangkutan yang dihasilkan pada minggu itu pada $10^{7}$ genom sehari?
18. Mengapa kekebalan terhadap satu [analog nukleosida](#def-b3-virology-drugs) kerap memberi kekebalan terhadap analog lain, dan bagaimana hal itu mengubah cacah obat yang “saling bebas”?

**Bagian IV — Wadah dan kesembuhan.**

19. Dengan paruh hidup $44$ bulan, berapa lama sampai $10^{6}$ sel laten turun menjadi satu? Menjadi $10^{4}$ ?
20. Bila terapinya dihentikan, satu sel laten yang mengaktif kembali sudah cukup untuk memulai lagi infeksinya. Berapa lama sesudah dihentikan muatannya kembali ke $10^{5}$ per mL, bila ia tumbuh dengan $R_{0} = 8$ per generasi $2$ hari dari satu [virion](#def-b3-virology-virus) ?
21. Usulkanlah dua siasat kesembuhan yang menyusul dari modelnya, lalu nyatakanlah penghalang bagi masing-masing.
22. $R_{0}$ teoremanya berlaku di dalam satu inang. Sebuah $R_{0}$ populasi bagi HIV antarorang sekitar $3$ – $5$ . Berapa pecahan penularan yang harus dicegah untuk mengakhiri wabahnya ( $1 - 1/R_{0}$ )?
23. Pengobatan menurunkan kemampuan menular seorang pasien pada dasarnya ke nol. Jelaskanlah bagaimana “pengobatan sebagai pencegahan” menyusul dari teorema dalam-inang itu.
24. Sebuah [vaksin](#def-b3-virology-drugs) berkemujaraban $E$ (pecahan orang tervaksinasi yang terlindungi) yang diberikan kepada pecahan $f$ populasi melindungi $Ef$ bagiannya. Cakupan $f$ berapa yang diperlukan untuk mencapai ambang pertanyaan sebelumnya dengan $E = 0.7$ ? Dengan $E = 0.9$ ? Apa makna jawaban yang pertama?
25. Ringkaslah: [virion](#def-b3-virology-virus) yang dihasilkan tiap hari (pertanyaan 2), hari ketika muatannya menjadi tak terdeteksi (pertanyaan 8), serta harapan banyaknya mutan rangkap tiga tiap tahun pada terapi (pertanyaan 16).

**Solusi Soal 13.1.**

**1.** $2\times 10^{5}\times 1.5\times 10^{4} = 3\times 10^{9}$ [virion](#def-b3-virology-virus). **2.** Disingkirkan $cV = 3\times 3\times 10^{9} \approx 10^{10}$ sehari; dihasilkan sebanyak itu pula. **3.** $I^{*} = cV^{*}/p = 9\times 10^{9}/500 = 1.8\times 10^{7}$ sel terinfeksi; yang mati $\delta I^{*} = 9\times 10^{6}$ sehari. **4.** RNA $2\times 9700\times 330 = 6.4\times 10^{6}$ Da; protein $2000\times 25\,000 = 5\times 10^{7}$ Da; seluruhnya $5.6\times 10^{7}$ Da $\approx 10^{-16}$ g. Seluruh [virion](#def-b3-virology-virus) bersama: $3\times 10^{9}\times
10^{-16} = 3\times 10^{-7}$ g, yakni sepertiga mikrogram — tiga ribu kali lebih ringan daripada sebutir pasir. **5.** $1.8\times 10^{7}/10^{12} = 2\times 10^{-5}$ dari kumpulannya. Sepuluh tahun dengan $9\times 10^{6}$ kematian sehari berjumlah $3\times 10^{10}$ sel, yakni tiga persen kumpulannya: kumpulan itu gagal bukan karena pengurangan aritmetis melainkan karena sedasawarsa peremajaan paksa dan pengaktifan menahun menghabiskan kemampuan menggantikannya. **6.** $9\times 10^{6}/24 \approx 4\times 10^{5}$ bangkai yang sedang disingkirkan setiap saat. **7.** $V = 2\times 10^{5}(3e^{-0.5t} - 0.5e^{-3t})/2.5$: $t = 1$: $1.4\times 10^{5}$; $t = 3$: $5.4\times 10^{4}$; $t = 7$: $7\times
10^{3}$; $t = 14$: $2\times 10^{2}$. **8.** $2.4\times 10^{5}e^{-0.5t} = 50$: $t = 2\ln(4800) \approx 17$ hari. **9.** Hari 3–10 terletak pada fase lambatnya: kemiringan $\ln V$ di sana adalah $-\delta$ (dari $5.4\times 10^{4}$ ke $1.6\times 10^{3}$ dalam tujuh hari, $\delta = 0.50$). Fase cepatnya berlangsung hanya beberapa jam ($1/c$), sehingga $c$ menuntut contoh tiap beberapa jam pada hari pertama, yang dicocokkan dengan rumus dwieksponensialnya. **10.** Sel yang terinfeksi laten, yang melepaskan [virus](#def-b3-virology-virus) ketika ia mengaktif kembali; laju peluruhannya $\ln 2/44$ per bulan, yakni sekitar $5\times 10^{-4}$ per hari. **11.** [Virion](#def-b3-virology-virus) $\ln 2/3 = 0.23\,\mathrm{d}$, sekitar $5.5\,\mathrm{h}$; sel terinfeksi $\ln 2/0.5 = 1.4\,\mathrm{d}$. **12.** Muatan yang tetap tampak seperti [virus](#def-b3-virology-virus) yang tidak berbuat apa-apa; persamaannya menunjukkannya sebagai keadaan mantap yang di dalamnya $10^{10}$ [virion](#def-b3-virology-virus) dibuat lalu disingkirkan dan $10^{7}$ sel T diinfeksi lalu dibunuh tiap hari. **13.** $9700\times 10^{-5} \approx 0.1$ mutasi per genom; $10^{10}\times 0.1 = 10^{9}$ mutasi sehari. **14.** $3\times 9700 \approx 29\,000$ mutasi tunggal yang mungkin; masing-masing muncul $10^{9}/29\,000 \approx 3\times 10^{4}$ kali sehari. **15.** Rangkap dua tertentu: $10^{-10}$ per genom, sekitar sekali sehari tanpa obat; rangkap tiga tertentu: $10^{-15}$, yakni $10^{-5}$ sehari — sekali dalam tiga abad. **16.** $10^{7}\times 10^{-15} = 10^{-8}$ sehari, $4\times 10^{-6}$ setahun. **17.** Dengan satu obat hilang, mutan yang kebal terhadap kedua obat lain sudah cukup: sebuah rangkap dua tertentu pada $10^{-10}$; $7\times 10^{7}$ genom dalam seminggu memberi harapan $7\times 10^{-3}$ — masih kecil kemungkinannya, kecuali bila muatannya melambung kembali ke arah $10^{10}$ sehari selama kelalaian itu, ketika ia menjadi satu sehari dan pelariannya menjadi mungkin. Dosis yang terlewat adalah cara kekebalan datang. **18.** Analognya berbagi tapak aktif transkriptase balik, dan satu mutasi di sana (atau satu himpunan mutasi analog timidin) mengubah penanganan beberapa di antaranya oleh enzim itu: kekebalan silang. Dua nukleosida terhitung kurang dari dua obat yang saling bebas, sehingga regimennya menggabungkan kelas — sebuah nukleosida, sebuah penghambat integrase, sebuah [penghambat protease](#def-b3-virology-drugs) atau sebuah nonnukleosida. **19.** $20$ paruh hidup, $880$ bulan, $73$ tahun; menjadi $10^{4}$, $\log_{2}100 = 6.6$ paruh hidup, $290$ bulan, $24$ tahun. **20.** Dari satu [virion](#def-b3-virology-virus) menjadi $3\times 10^{9}$ pada $R_{0} = 8$ per generasi: $\ln(3\times 10^{9})/\ln 8 = 10.5$ generasi, yakni tiga minggu. **21.** Kejut lalu bunuh: aktifkanlah kembali sel latennya di bawah terapi supaya mereka mati atau dibunuh — penghalangnya: tidak ada bahan yang mengaktifkan semuanya kembali, dan sel yang teraktifkan kembali tidak terbunuh dengan andal. Penyuntingan gen: potonglah keluar provirusnya atau musnahkanlah reseptor CCR5 di dalam sel pasiennya — penghalangnya: menjangkau tiap sel. (Mengganti sumsumnya dengan sel donor yang tidak ber-CCR5 telah menyembuhkan segelintir pasien pada risiko yang hanya diterima bila cangkoknya memang diperlukan.) **22.** $1 - 1/R_{0}$: $67\,\%$ bagi $R_{0} = 3$, $80\,\%$ bagi $5$. **23.** Terapi menetapkan $\beta \to 0$ di dalam pasiennya, muatannya turun menurut teoremanya hingga hampir nol, dan penularan, yang sebanding dengan muatannya, berhenti; mengobati tiap orang terinfeksi mendorong $R_{0}$ populasinya di bawah satu. **24.** $f = (1 - 1/R_{0})/E$: dengan $R_{0} = 4$ dan $E = 0.7$, $f =
0.75/0.7 = 1.07$ — lebih daripada semua orang: [vaksinnya](#def-b3-virology-drugs) sendiri tidak dapat mencapai ambangnya; dengan $E = 0.9$, $f = 0.83$. **25.** Sekitar $10^{10}$ [virion](#def-b3-virology-virus) dihasilkan sehari; tak terdeteksi pada sekitar hari $17$; sekitar $4\times 10^{-6}$ mutan rangkap tiga setahun pada terapi.