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Aula 1: O que é um vírus?
Fabrício S. Campos [email protected]
Equipe de Virologia – UFRGS & IPVDF
Site: www.ufrgs.br/labvir
1
A árvore da vida
2
• Onde estão vírus?
• Por que eles “não fazem” parte da árvore da
vida?
Fonte: Pepper et al., 2011
Vivemos em uma “nuvem” de vírus
3
Infectam todas as formas de vida
4
Nós comemos e
respiramos vírus
5
Nós carreamos genomas virais como
parte do nosso próprio genoma
6
Cada uma de nossas células está
infectada por vírus
• Retrovírus endógenos: elementos virais
derivados de retrovírus
• Traços de infecções virais ocorridas a milhares de
anos integrados no genoma humano
Dewannieux et al., 2006
7
Surto de ebola na África
8
Surto de ebola na África
9
Curvularia
Thermal
Tolerance
Virus
Vírus da
tolerância
termal da
Curvularia
Não
colonizada
Colonizada
Temperatura
55oC
Curvularia
protuberata
Todos os vírus causam danos?
10
Pétalas “anormais”
Quebras de cor
Não forma pigmento em
partes da flor
Tulip breaking virus (TBV)
11
• HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7,
HHV‐8
• Permanecem no organismo por toda a vida
O quão infectados estamos?
12
• Apresentar a denominação, a classificação,
os tipos de genomas e um pouco do que se
conhece sobre a estrutura e a replicação viral
Objetivo da aula
13
• Uma breve introdução a classificação e a
estrutura viral
• Etapas da replicação viral
• Tipos de genoma
Escopo da aula
14
Definição Estrutura
Replicação Viral Tipos de genoma
Classificação
15
Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
16
• Muito pequenos, infecciosos
• Parasita intracelular obrigatório
• “Partículas químicas” que não podem se
reproduzir sozinhas
• Necessitam de um hospedeiro celular
O que é um vírus?
17
Os vírus são muito pequenos
18
Miosina Actina
Poliovírus
Átomo de carbono
HIV-1
TMV
E. coli
Fago
100.000 X 1.000.000 X
Ribossomos
Os vírus gigantes
• Mimivírus, mamavírus
• Megavírus, pandoravírus
• Infectam amebas
• Genomas de 1,2 a 2,8 Mb
• Sputnik: virófago
• Alterando o conceito sobre vírus!!!
Raoult et al., 2004; La Scola et al., 2008; Philippe et al., 2013
19
Descoberto vírus gigante congelado
há mais de 30 mil anos na Sibéria
Pithovirus sibericum Fonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014 20
• 30 metros de profundidade solo congelado
da tundra ártica, Chukotka na Sibéria, Rússia
• Temperatura média anual -13,4oC
• Datação por radiocarbono (carbono 14)
• 30 mil anos (mamutes e neandertais)
Pithovirus sibericum
21
• Vírus com grande nucleocitoplasmatico
• Vírus DNA, 610 Kb
467 proteínas diferentes
• 1,5 µm (microscópio óptico)
• Hospedeiro: Acanthamoeba
Pithovirus sibericum
22
Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
23
• Natureza e sequencia de ácido nucleio
• Simetria ou forma do capsídeo
• Presença ou ausência de envelope
• Dimensão do virion ou capsídeo
Classificação dos vírus
24
• ICTV: Comitê Internacional de Taxonomia de
Vírus
• + de 40.000 vírus isolados de bactérias,
plantas, animais e alocados em 7 ordens, 96
famílias, 420 gêneros e 2618 espécies
• No oceano há cerca de 1030 vírus
Classificação dos vírus
25
26
Vírus influenciam a dinâmica das
populações de plâncton
• Os fito plâncton tem um papel importante
no ciclo de carbono
• Vírus infectam organismos marinhos,
entre eles os fito plâncton
• Esta infecção resulta em lise celular e
liberação de novas partículas
• Controlando a população, principalmente
em aumentos sazonais (“spring blooms”)
Rhodes et al., 2008
27
Biomassa dos vírus > dos elefantes
28
>
Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
29
Estrutura de um vírus
• Ácido nucleico: DNA ou RNA
• Capsídeo: do latim “capsa” significa caixa
• Nucleocapsideo: ác nucleio + capsídeo
• Matrix: proteína que preenche o espaço
entre o capsideo e o envelope
• Envelope: membrana viral
Derivado da membrana do hospedeiro
30
Estrutura de um vírus
• Virion: partícula viral infecciosa
31
Os capsídeos são metaestáveis
• Devem proteger o genoma (estável)
• E liberá-lo rapidamente durante a infecção
viral (instável)
32
Simetria do nucleocapsídeo
• Icosaédrica, cúbica ou helicoidal
Adenovírus
DNA, ñ envelopado
Influenza
RNA, envelopado
Vírus da Raiva
RNA, envelopado
33
Simetria do nucleocapsídeo - ebola
34
“Entendendo” os vírus
• Vírus dependem de seus hospedeiros
para sobreviver
Se são muito bem sucedidos e matam
seus hospedeiros, eles podem ser
eliminados
Se eles forem muito passivos e a defesa
do hospedeiro impedir o seu crescimento,
eles podem ser eliminados
35
Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
36
Replicação
• Replicação em biologia
– Síntese de moléculas
de ácidos nucléicos
• Em virologia
– Todo o processo de
multiplicação viral
X
37
Vírus replicam num ambiente hostil
• Qual o objetivo da replicação?
• Produzir progênie viral viável
• Consequências
– “Nenhuma” (maioria dos vírus)
– Doença (Hepatites virais)
– Morte do hospedeiro (HIV)
38
Alguns conceitos
• Infecção produtiva
– Produção de progênie viral viável
• Infecção abortiva
– Ciclo replicativo interrompido
• Susceptibilidade (receptor)
– Capacidade das células de serem infectadas
• Permissividade (enzimas)
– Ocorrência de multiplicação viral
39
Aplicação prática
Tabela 1 - Consequências da infecção de espécies de ruminantes com BoHV-1.
Fonte: J. Thiry et al., 2006.
Veados e renas: células são apenas suscetíveis
Não permitem a replicação viral: não permissivas
Receptores: conferem a características aos vírus de
serem espécie-específicos
40
Mais conceitos
• Espectro de hospedeiro
– Conjunto de espécies animais ou de
diferentes células
• Tropismo
– Predileção por células ou tecidos
• Presença de receptores
• Ex.: H5N1 se liga aos receptores de ác siálico-
galactose
41
Ácido siálico: receptor influenza
Ligação α-2,3 (aves)
Memb
celular
• Humanos: ligação α-2,6
• Suínos: possuem ambas as ligações
42
Etapas da replicação
1. Adsorção
2. Penetração
3. Desnudamento
4. Expressão gênica
5. Replicação do genoma
6. Montagem
7. Liberação
43
Fases de infecção vírus lítico
44
Vírus lítico
45
Vírus lítico
46
1. Adsorção
• Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras
Proteínas de superfície dos vírions (VAPs)
Vírus nú: proteínas do capsídeo
Vírus envelopados: glicoproteínas
Receptores celulares
Proteínas (glicoproteínas)
Carboidratos
47
1. Adsorção
48
1. Adsorção
• Vírus que utilizam receptores específicos
– Rinovírus, poliovírus, FMDV
• Vírus que utilizam receptores alternativos
– Herpesvírus, togavírus (rubéola)
– Vantagem evolutiva ?!?
• Receptores virais
– Ác siálico (Influenza), CD4 (HIV)
49
1. Adsorção
• Co-receptores: auxiliam na interação
– HIV: o complexo gp120 – gp41 vai se ligar
ao receptor CD4
– E os receptores de citocinas vão atuar
como co-receptores celulares (CXCR4,
CCR5)
50
Co-receptores (HIV: CXCR4, CCR5)
51
2. Penetração Passagem do vírus pela
membrana plasmática
A) Fusão com a memb. plasmática
B) Fusão após endocitose mediada
por clatrina
C) Fusão após endocitose mediada
por caveolina
D-E) Penetração após endocitose
mediada por lipídios
52
2. Penetração
53
3. Desnudamento
• Série de eventos que ocorre após a penetração
• Exposição do genoma para transcrição / tradução
• Estar acessível as enzimas
• Vírus DNA: penetração do genoma nos poros nucleares
54
Vírus
DNA
Vírus
RNA
55
Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
56
4. Expressão gênica
• Os genomas virais de DNA ou RNA são estruturalmente diversos
– linear
– circular
– segmentado
– Fita única de polaridade (+)
– Fita única de polaridade (-)
– Fita dupla
– Fita dupla parcial
57
Classificação de Baltimore (1975)
Vírus de DNA fd (±)
Pode ser usado
diretamente
Síntese da outra fita
Transcrição fita (-)
mRNA (sentido +)
Vírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (-)
Transcrição
Vírus de DNA fs
Intermediário
de DNA fd
Retrovírus
RNA fs (+)
Transcrição
reversa
Vírus de
RNA fd (±)
Transcrição fita (-)
Fonte: Madigan, 2004.
4. Expressão gênica
58
Qual informação é codificada em um genoma
viral?
• Produtos de genes e sinais de regulação para:
A replicação do genoma viral
Montagem e empacotamento do genoma
Regulação do ciclo de replicação
Modulação de defesas do hospedeiro
Disseminação para outras células e hospedeiros
59
Qual informação NÃO é codificada em um
genoma viral?
• Não possuem genes que codificam a síntese
completa de proteína
– dependem da maquinaria celular
• Não possuem genes que codificam proteínas
envolvidas na produção de energia ou na
síntese de membrana
• Não possuem genes que codificam centrômeros
ou telômeros encontrados nos cromossomos
60
5.1. Replicação vírus DNA
• Replicação no núcleo
– Exceção: poxvírus (replicam no citoplasma)
• DNA fita dupla: dsDNA (Classe I) maioria
• DNA fita simples: ssDNA (Classe II)
• DNA parcialmente dupla: pdsDNA (Classe
VII)
61
Transcrito
Traduzido
Transcrito
Replicado
Genomas dsDNA: DNA fita dupla
• Genoma copiado pela DNA polimerase do hospedeiro ou pela
DNA polimerase viral
• Genes iniciais: codificam proteínas não estruturais
• Genes tardios: codificam proteínas estruturais
• Ex.: Poliomavírus, papilomavírus, adenovírus, herpesvírus
62
Genomas ssDNA: DNA fita simples
• NÃO codificam a DNA polimerase
• Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro
• Tb codificam proteínas estruturais e ñ estruturais
• Ex.: Circovírus (TT vírus), parvovírus (Parvivírus B19)
Transcrito
Replicado Replicado
Traduzido
63
Genomas pdsDNA – fita parcialmente dupla
64
• Replicação parte núcleo e parte no citoplasma
• Expressão gênica: inicial, intermediaria e tardia
• Quebra do dogma da biologia: DNA => RNA => Proteínas
• Ex.: Vírus da Hepatite B
X
Transcriptase reversa
Transcrito
Transcrito
Traduzido
Replicado Replicado Replicado
5.2. Replicação vírus RNA
• Replicação no citoplasma
– * Ortomixovírus: no núcleo
• As células não possuem a RNA polimerase
dependente de RNA viral
• Enzima é codificada pelo genoma viral
• Vai sintetizar o genoma de RNA e o mRNA
viral
• mRNA será lido pelos ribossomos da célula
RNA fita simples
Maioria
65
Vírus RNA
• Vírus RNA (+): genoma “infeccioso”
– Vírus RNA (+) = mRNA
• Vírus RNA (-): não “infeccioso”
• RNA fita simples (+): ssRNA (+) (Classe IV)
• RNA fita simples (-): ssRNA (-) (Classe V)
• RNA fita dupla: dsRNA (Classe III)
• RNA fita simples (+) com DNA intermediário:
ssRNA-RT (+) (Classe VI)
66
Replicado
Traduzido
Replicado
Genomas ssRNA (+): RNA fita simples (+)
• Genoma com ORF única e longa
• Origina uma poliproteína (clivada por proteases celulares e
virais)
• RNA polimerase viral: replicação do genoma num
intermediário de RNA (-)
• Ex.: Coronavírus (SARS); Flavivírus (febre amarela, dengue,
BDVD, hepatite C); Picornavírus (febre aftosa, rinovírus,
enterovírus); Togavírus (rubéola, Encefalite equina)
67
Genomas ssRNA (-): RNA fita simples (-)
Replicado
Replicado
Replicado
Traduzido
• Trazem a replicase viral (RNA polimerase)
• mRNA sem CAP e cauda de poli A (ir no núcleo)
• Proteínas estruturais e não estruturais
Ex: Ortomixovírus (influenzavírus); Paramixovírus (parainfluenza,
sarampo, hRSV, pneumo e metapneumovpirus); Rhabidovírus
(vírus da raiva)
68
• Muitos vírus com dsRNA são segmentados
• Carregam a polimerase viral / produção de mRNA
• Transcrição primária: proteínas não estruturais
• Transcrição secundária: proteínas estruturais
• Ex.: Reoviridae: 10 a 12 segmentos (Rotavírus)
Genomas dsRNA (+/-): RNA fita dupla (+/-)
Replicado
Replicado
Traduzido
69
Genomas ssRNA (+) com DNA intermediário
• Replicação no citoplasma e núcleo
• Carregam: RT, integrase, protease
• Única família: Retroviridae
• Ex.: HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)
provírus
Replicado Replicado Transcrito
Traduzido
Transcriptase
reversa
70
Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
71
6. Montagem
• Ocorre no final do ciclo replicativo
• O vírus adquiri a capacidade infectiva, ou
seja, ocorre a maturação
• Nos vírus envelopados ocorre a aquisição
do envelope
72
7. Liberação (vírus nú)
• Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo
(DNA)
• Liberados quando ocorre a destruição das células
infectadas
73
• Envelope é derivado da membrana plasmática
(bi-camada fosfolipídica)
Genoma viral não codifica lipídios
• Envelope é formado durante o brotamento do
nucleocapsídeo através da membrana
7. Liberação (vírus envelopado)
74
• Envelope adquirido das membranas celulares internas
7. Liberação (vírus envelopado)
75
Vídeo exemplificando a replicação do HIV
76
Mensagens principais
• Os vírus são parasitas intracelulares
obrigatórios
• Maioria não causa dano a célula
• São muito pequenos (não visíveis ao
microscópico óptico)
• Estrutura: ácido nucleico, capsídeo e
envelope
77
Mensagens principais
• São espécie-específicos
afinidade pelo receptor celular
• Etapas da replicação:
1) adsorção, 2) penetração, 3) replicação,
4) montagem e 5) liberação
• Vírion = partícula viral infecciosa
78
Mensagens principais
• Vírus DNA: maioria fita dupla / replicação
no núcleo
• Vírus RNA: maioria fita simples /
replicação no citoplasma
• mRNA: molécula comum a todos os tipos
de vírus
79
Mensagens principais
• Vírus de RNA polaridade positiva: genoma
infeccioso
• Envelope: adquirido da membrana plasmática
• Transciptase reversa: RNA polimerase viral
dependente de RNA viral
• Provírus: retrovírus integrado no genoma
80
Sugestões de leitura
81
Sugestões de leitura
82
• Livros: – Virologia Veterinária: Virologia Geral e Doenças Víricas. Flores, E. F.
(org.). 2a ed. Santa Maria: UFSM, 2012.
– Principles of Virology. Flint, S.J.; Enquist, L.W.; Racaniello, V.R. 3rd
ed. ASM Press, 2009.
• Artigos: – Legendre, M. and Bartolia, J. et al. Thirty-thousand-year-old distant
relative of giant icosahedral DNA viruses with a pandoravirus
morphology. PNAS, March 3: 1-6, 2014.
– Thiry, J.; Keuser, V.; Muylkens, B.; Meurens, F.; Gogev, S.;
Vanderplasschen, A.; Thiry, E. Ruminant alphaherpesviruses related
to bovine herpesvirus 1. Vet. Res. 37:169-190, 2006.
• Blog: – Virology blog (http://www.virology.ws/)
Grato pela atenção!!!
Fonte: http://www.stanford.edu/group/virus/mimi/2005/Origin.htm