Vírus: estrutura, classificação e importância

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1 Departamento de Microbiologia Instituto de Ciências Biológicas Universidade Federal de Minas Gerais Vírus: estrutura, classificação e importância Conceito Os vírus podem ser conceituados como parasitas intracelulares obrigatórios. Eles são organismos vivos desprovidos de organelas e de metabolismo próprio, são acelulares e carregam consigo apenas um tipo de ácido nucléico. Os vírus são considerados organismos vivos por apresentarem duas características importantes destes, que são: a capacidade de autoduplicação e a variabilidade. Na sua estrutura, além de ácido nucléico, podem ser encontradas proteínas, e eventualmente, fosfolipídeos e polissacarídeos, o que também contribui para classificá los como seres vivos. História dos Vírus Os vírus foram descobertos a partir dos experimentos de Dmitri Iwanowski, em 1892, e de Martinus Beijerinck, em 1898, que demonstraram, trabalhando separadamente, que o agente causador de enfermidade no fumo, chamada de doença do mosaico do tabaco, era filtrável, sendo então chamado de vírus, uma designação para veneno em latim. Apenas após a década de 1940, com o advento da microscopia eletrônica, que os vírus vieram a ser mesmo observados. O primeiro vírus animal foi descoberto ainda em 1898 por Friedrich Loeffler & Paul Frosch que demonstraram um agente similar responsável pela febre aftosa. Trabalhando juntos com Kock, eles filtraram o líquido contendo o agente causador da doença e observaram que esse líquido ainda permanecia infeccioso mesmo depois do processo de filtração. Substituindo a membrana filtrante por outra com poros menores, conseguiram verificar que a propriedade que causava a infecção havia ficado no filtro, comprovando que o agente era composto de partículas e não de natureza líquida. Comprovaram também que de alguma forma essas partículas eram capazes de se replicar. A partir daí a virologia se tornou uma disciplina científica. Em princípios do século XX, Frederick Twort, em 1915, e Félix d'herelle, em 1917, descobriam que bactérias poderiam ser infectadas por vírus. Em 1935, Wendell Stanley cristalizou o vírus do mosaico do fumo e descobriu que eram compostos, em sua maior parte, de proteínas. Em 1949, John Franklin Enders, Thomas H. Weller e Frederick Chapman Robbins desenvolveram, conjuntamente, uma técnica para reproduzir o vírus da poliomielite em cultivos de células vivas de animais. 1

2 Apesar dos primeiros estudos das viroses tenham começado no início do século, foi a partir de 1930, com o aparecimento do microscópio eletrônico, que as evidências da composição química e estrutura dos vírus foram conhecidas. Em 1966, foi criado o Internacional Committee on Nomenclature of Viruses (ICNV). Os pesquisadores apenas agruparam os vírus em um único sistema, independente de outras formas biológicas até então conhecidas. Em 1973, este comitê mudou se o nome do comitê para Internacional Committee on Taxonomy of Viruses, como é conhecido até hoje. Virologistas organizaram os vírus em níveis hierárquicos de ordem, família, subfamília, gênero e espécie, além de níveis mais baixos de hierarquia. Origem Evolutiva dos Vírus Desconhece se a origem dos vírus. Embora a virologia tenha surgido como ciência há pouco mais de 100 anos, provavelmente os vírus já existiam dentro dos organismos vivos desde a origem da vida. Infelizmente, não há registros fósseis detectando seu período de surgimento e nem comprovando sua possível origem. Além disso, as altas taxas de mutação atrapalham a deduzir como eram os vírus ancestrais. Há três teorias gerais sobre a origem dos mesmos: 1. Vírus como remanescentes do mundo pré celular: Proposta baseada na simplicidade estrutural dos vírus, reforçada pela capacidade enzimática de RNAs e da suposiçao de que RNAs foram as primeiras moléculas vivas (a maior parte dos vírus é de RNA). Também poderiam ser derivados de formas mais simples de RNAs, como viróides. Entretanto, sabe se que há um parasitismo obrigatório intracelular, além de não existir homologia entre viróides e vírus de RNA. 2. Vírus como descendentes de outros organismos patogênicos: Interação entre patógeno e hospedeiro íntima, onde perder a maquinaria celular tornaria uma vantagem evolutiva. Entretanto, não há homologia entre patógenos conhecidos e vírus. 3. Vírus como elementos genéticos que escaparam: Existem regiões homólogas codificadoras no genoma celular e viral polimerases oncogenes ou agentes retróides endógenos e retrovírus (vírus RNA). Entretanto é ausente a síntese de RNA dependente de RNA nos hospedeiros. Os registros de doenças virais em humanos são recentes se comparado ao tempo do Planeta, de pelo menos 3,5 bilhões de anos, e ao tempo evolutivo do Homo sapiens, há cerca de anos. A raiva já era conhecida na antiguidade e evidências de varíola foram encontradas em múmias egípcias em documentos chineses antigos. 2

3 Nomeclatura Viral A classificação taxonômica dos vírus é recente e não segue uma regra de nomenclatura como a binominal de Lineu. As regras de nomenclatura viral são regidas pelo International Committee on Taxonomy of Viroses ICTV, criado em A classificação viral inicia se por ordem e os nomes de ordens, famílias, subfamílias, gêneros e espécies são escritos em itálico e com a primeira letra maiúscula. Os nomes ainda não reconhecidos aparecem entre aspa, em tipo comum. O ICTV reconhece três ordens, são elas: Caudovirales, Mononegavirales, e Nidovirales. De um modo geral, a ordem Caudovirales inclui os bacteriófagos, a Mononegavirales inclui os vírus que infectam plantas e animais e a ordem Nidovirales inclui os vírus hospedeiros de vertebrados. São 73 famílias, nove subfamílias, 287 gêneros e mais de vírus pertencentes em mais de espécies. Na Tabela 1 pode se observar as regras de nomenclatura para vírus. Tabela 1: Regras de nomenclatura para vírus. Classificação Sufixo Exemplo Ordem virales Nidovirales Família viridae Retroviridae Subfamília inae Orthoretrovirinae Gênero virus Lentivirus Espécie vírus Human immunodeficiency virus 1 Acrônimo HIV 1 Nome comum Vírus da AIDS Bases das Classificações Virais Os critérios de classificação são: hospedeiro, morfologia da partícula viral e tipo de ácido nucléico. Outros critérios que também podem ser adotados são: características físico químicas, proteínas virais, propriedades antigênicas, propriedades biológicas, dentre outras. Cada um desses critérios possui quantidade de informações disponíveis diferenciadas para diversos vírus. Hoje, a determinação do genoma viral é o passo inicial para a identificação dos vírus. 1. Morfologia da partícula viral: Inclui o estudo do tamanho, da forma, do tipo de simetria, da presença o ou ausência de peplômeros (espículas) e presença ou ausência de membranas. 3

4 2. Propriedade do genoma: Inclui o estudo do tipo genoma (Kb ou Kbp), número de fitas (simples sentido/polaridade (positivo, negativo, com ambos os tamanho), seqüência de nucleotídeos, conteúdo G + especiais de ácido nucléico, tamanho do ou dupla), linear ou circular, sentidos), segmentos (número e C e presença de características 3. Propriedades físico químicas: Inclui o estudo da massa molecular, da densidade de flutuação, da estabilidade em ph, da termoestabilidade e da susceptibilidade à agentes químicos e físicos. 4. Propriedade das proteínas: Inclui o estudo do número, tamanho e das atividades funcionais das proteínas estruturais e não estruturais, da seqüência de nucleotídeos, modificações (glicosilação, fosforilação, miristilação) e atividades funcionais especiais, como tanscriptase, transcriptase reversa, neuraminidase e atividades de fusão. 5. Organização e replicação do genoma: Inclui o estudo da ordem do genoma, do número e posição das estruturas de leitura abertas, estratégias de replicação e locais celulares de acúmulo de proteínas, de organização e liberação do vírion. 6. Propriedades biológicas: Inclui o estudo da variedade de hospedeiros naturais, do modo de transmissão, relação com vetores, patogenicidade, tropismo tecidual e patologia Ubiquidade dos Vírus Todo e qualquer ser vivo pode ser potencialmente parasitado por vírus, sendo esses organismos considerados os mais ubíquos da Terra. Fora da célula hospedeira, eles são inertes e podem suportar as condições do ambiente de forma e por tempo diferentes, a depender do tipo de vírus que se encontra na natureza, o que é chamado de labilidade. Diante disso, a evolução dos vírus, trouxe lhes como conseqüência a sua natureza predatória (todos os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios), moldando, dessa forma, a história e a natureza de seus hospedeiros. Persistência Viral no Ambiente No meio ambiente, são vários os fatores que interferem na sobrevivência e na infecciosidade dos vírus, como temperatura, luz solar (UV), umidade relativa do ar (UR), ph, tipo de superfície, adsorção a sólidos, características estruturais das partículas (tamanho e ausência de envelope),presença de nutrientes e outros microrganismos. Os vírus, de modo geral, sobrevivem melhor em temperaturas mais baixas e com pouca incidência solar. Os vírus entéricos, por exemplo, são mais estáveis no ambiente com baixa umidade, podendo sobreviver alguns dias. Quanto ao ph, os rotavírus e os enterovírus podem sobreviver por até 10 dias em ampla faixa de ph (3,0 9,0). Os vírus são também capazes de sobreviver em superfícies inanimadas secas de 8 a 4

5 7 dias, os adenovírus até 35 dias em superfícies plásticas. Um outro fator que contribui para a persistência viral no ambiente é o seu pequeno tamanho. Esses patógenos podem passar pelos processos de filtração empregados em estações de tratamento de água e esgoto, que impede a passagem de bactérias e outros parasitos. Vírus envelopados podem ser inativados por certos compostos químicos encontrados na natureza,os quais agem diretamente sobre esta estrutura. A presença de outros microrganismos no ambiente pode competir com os vírus por nutrientes, diminuindo seu tempo de sobrevivência. Enzimas como as proteases e nucleases extracelulares podem inativar as partículas, e conseqüentemente diminuir a viabilidade dos vírus no ambiente. Co Evolução Vírus Hospedeiro Durante a evolução, os vírus e seus hospedeiros desenvolveram mecanismos complementares de ataque e defesa, passando o fenótipo de resistência ou de susceptibilidade dos hospedeiros à infecção por vírus, a depender do balanço entre estes mecanismos. Sendo assim, os vírus e seus hospedeiros então constantemente buscando o equilíbrio nas suas interações. Ou seja, ao invadirem um organismo, os vírus causam pressões seletivas sobre este hospedeiro, moldando as características da célula hospedeira, favorecendo a replicação viral, o que resulta em prejuízos das funções celulares normais. Uma contra adaptação do hospedeiro também exerce uma pressão seletiva sobre o vírus. Os vírus, por sua vez, passam por uma contra contra adaptação, e ao longo da evolução desses dois organismos, eles buscam o equilíbrio entre suas inter relações. Quando o sistema entra em desequilíbrio, a célula hospedeira pode sofrer alteração de suas funções celulares ou ocorrer a morte celular, provocando o desencadeando da doença (Figura 1). Figura 1: Esquema representativo dos processos de co evolução de vírus hospedeiro. 5

6 Morfologia Viral O estudo da morfologia dos vírus só foi possível com o advento da microscopia eletrônica. Fotografias das imagens virais revelaram suas formas, dimensões e suas estruturas internas. A variedade de tamanhos e formas dos vírus é apresentada na Figura 2. Vírus de DNA Vírus de RNA Figura 2: Diversidade de tamanhos e formas de vírus que infectam vertebrados. Tamanho Viral Os vírus são os menores agentes infecciosos, com diâmetro variando entre 15 e 300 nm. O vírus vaccínia e os mimivírus estão entre os maiores vírus encontrados na natureza, 6

7 com tamanhos em torno de 300 e 400 nm, respectivamente, enquanto que o vírus da febre amarela, o do mosaico do tabaco e os poliovírus estão entre os menores vírus encontrados. A relação de tamanho de diferentes vírus em relação ao tamanho de uma hemácia e da bactéria Escherichia coli pode ser vista na Figura 3. Figura 3: Tamanho comparativo de diferentes vírus em relação a uma hemácia e a uma E. coli. Os vírus possuem uma variedade de tamanhos, mas estão entre os organismos menores encontrados na natureza. Estrutura Viral Básica A estrutura viral não é tão complexa quanto à das células, sendo constituídas basicamente de ácido nucléico e proteína. Abaixo segue a relação de estruturas encontradas em um vírion: 1. Ácido nucléico: Os vírus contêm, em geral, apenas um tipo de ácido nucléico, DNA ou RNA, com uma única cópia de cada gene (haploide), com exceção do genoma dos retrovírus, que apresentam duas cópias de cada gene (diploide). Apenas os citomegalovírus, da família Herpesviridae, e mimivírus, que são vírus de DNA, possui pequena quantidade de RNAm, que é logo traduzida nos ribossomos. Os genomas podem ser de fita dupla, simples, circular ou linear. Podem também apresentar genoma único ou segmentado, no qual a informação genética é dividida em diferentes segmentos de ácido nucléico. 2. Capsídio ou cáspide: Envoltório protéico que contém o ácido nucléico. O capsídio tem uma simetria característica, normalmente icosaédrica ou helicoidal, decorrente do agrupamento de proteínas virais que formam essa estrutura. 3. Capsômero: Subunidades protéicas que em conjunto formam o capsídio. Em muitas espécies de vírus as proteínas que compõem o capsômero são do mesmo tipo. 7

8 4. Envelope: O envelope é uma estrutura que recobre o capsídio, mas está presente apenas em alguns vírus (Vale lembrar, que por possuir lipídios, os vírus envelopados são éter sensívies). O envelope viral constitui de uma bicamada lipídica com proteínas e carboidratos. Os vírus que o possuem, o adquiriram por brotamento, sendo essa estrutura parte da membrana citoplasmática da célula infectada. 5. Espícula: Complexo de glicoproteínas expostas na superfície viral, o que constitui o principal antígeno viral. Muitos vírus utilizam as espículas para ancorarem na célula hospedeira, agindo com receptores para o reconhecimento das proteínas de membrana das células a serem infectadas. 6. Nucleocapsídio: Complexo proteína ácido nucléico. 8. Unidades estruturais: Conjunto de subunidades protéicas básicas não idênticas do envelope. É frequentemente descrita como protômero. 9. Enzimas: Alguns vírus possuem enzimas que participam dos processos infecciosos. Por exemplo, os retrovírus contêm transcriptase reversa, necessária à replicação, e alguns bacteriófagos, lisozima, necessária à perfuração da parede celular para penetração do genoma viral. Na Figura 4 pode se observar as estruturas básicas de uma partícula viral completa. Figura 4: Esquema representativo da estrutura básica viral. Tipos de Simetria da Partícula Viral De acordo com a simetria do capsídio, os vírus podem ser classificados em: icosaédricos, helicoidais e complexos. 1. Vírions icosaédricos: Os capsômeros se rearranjam apresentando uma simetria icosaédrica, com 20 lados triangulares e 12 vértices, mas não, necessariamente, formam um icosaedro, apresentando, em sua maioria, aspecto físico esférico. A estrutura icosaédrica é a mais eficiente formada em termos de arranjos de capsômeros. O ácido nucléico encontra se empacotado dentro desse polígono. Como exemplo de vírus icosaédricos tem se os adenivírus, os picornavírus, os herpesvírus e os rinovírus. 8

9 2. Vírions helicoidais: Os capsômeros dispõem se periodicamente em torno do ácido nucléico, formando uma hélice. Nessa estrutura, capsídio e ácido nucléico estão intimamente ligados, formando um nucleocapsídio mais compacto. Vírus helicoidais apresentam se na forma filamentosa, podendo ser curtos e rígidos e até muito longos e flexíveis. Como exemplo, tem se o vírus do mosaico do tabaco, o vírus da influenza e o da raiva 3. Vírions complexos: Os vírus que não apresentam estrutura icosaédrica ou helicoidal são classificados como complexos. O exemplo mais notório de vírus complexo são os bacteriófagos, outro exemplo é a família Poxviridae Genoma Viral Diferentemente de todas as células vivas, nas quais somente o DNA pode guardar informações genéticas, nos vírus essas informações podem ser guardadas tanto no DNA, quanto no RNA, podendo esses dois tipos de ácidos nucléicos ser encontrados tanto na forma de fita simples, como de fita dupla. O genoma viral também pode ser circular ou linear, segmentado ou não segmentado. Os vírus de DNA têm genoma entre 3,2 kbp (hepadanavírus) e 375 kbp (poxvírus), enquanto o genoma do RNA viral de cerca de 7 kb (alguns picornavírus e astrovírus) a 30 kb (coronavírus). Uma classificação baseada na síntese viral de RNA mensageiro, genoma viral e replicação do DNA (Classificação de Baltimore) agrupam os vírus em sete classes distintas: Classe I: Vírus de DNA fita dupla (fddna). Esta classe consegue construir RNAm diretamente. Exemplo: Adenovirus, Herpesvirus, Poxvirus. Classe II: Vírus de DNA fita simples (fsdna). Esta classe pode ser subdividida em duas classes: uma em que o DNA é senso positivo e outra em que é senso negativo, mas ambos utilizam um intermediário de dsdna para sintetizar o RNAm. Exemplo: Parvovirus. Classe III: Vírus RNA fita dupla (fdrna). Esta classe produz o RNAm diretamente. Exemplo: Reovirus. Classe IV: Vírus RNA fita simples positivo [(+)fsrna]. Exemplo: Picornavirus, Togavirus. Classe V: Vírus RNA fita simples negativo [( )fsrna]. Nesta classe o RNA já é o RNAm. Nesta classe o RNA é complementar ao RNAm, servindo depois para a síntese das várias moléculas de RNA (+) necessárias para tomar o controle da célula hospedeira. Exemplo: Orthomyxovirus, Rhabdovirus. Classe VI: Vírus RNA fita simples (fsrna RT) com intermediário fddna. A transcriptase reversa viral formar uma molécula de DNA que então sofre o processo de transcrição por ação das enzimas do hospedeiro. Exemplo: Retrovirus. 9

10 Classe VII: Vírus DNA fita simples com RNA intermediário (fsdna RT). O RNA intermediário origina um DNA de cadeia dupla a partir do qual se forma o RNAm. Exemplo: Hepadnavirus. A Figura 5 representa resumidamente as vias de replicação viral para os diferentes tipos de genomas encontrados nos vírus. Figura 4: Esquema representativo da estrutura básica viral. Princípios da Replicação Viral Ciclo de Multiplicação Viral O ciclo de multiplicação viral varia de espécie para espécie, mas segue seis passos básicos: adsorção, penetração, desnudamento, biossíntese, morfogênese e liberação. 1. Adsorção: Essa etapa consiste na interação vírion célula hospedeira. As partículas virais colidem ao acaso com sítios específicos na superfície celular e se ligam aos receptores, que são diferentes para diferentes vírus. A presença ou ausência de receptores desempenham importante papel no tropismo celular e na patogenia viral, porque nem todas as células dos hospedeiros expressam esses receptores, não se tornando susceptíveis à infecção. 2. Penetração: Após o reconhecimento dos receptores e a formação de ligações irreversíveis entre vírus célula, o próximo passo na infecção é a entrada de todo ou parte do vírion na célula hospedeira. Existem quatro mecanismos básicos de penetração: injeção do ácido nucléico, endocitose mediada por receptores, fusão do envelope viral e translocação (penetração total da partícula viral através da membrana citoplasmática). 3. Desnudamento: Processo mecânico de separação do ácido nucléico viral dos outros componentes do vírion. Esse processo varia de vírus para vírus, mas exige sempre enzimas para degradar as proteínas do capsídio viral. Neste estágio há perda de infecciosidade do vírus original. 10

11 4. Biossíntese: Nesta etapa ocorre a duplicação do material genético viral, consistindo na transcrição de RNAm específicos a partir do ácido nucléico. Durante a replicação viral, todas as macromoléculas específicas do vírus são sintetizadas em uma seqüência altamente organizada. 5. Morfogênese: Etapa de formação da nova progênie viral. O genoma viral recém sintetizado e polipeptídios do capsídio se unem espontaneamente. 6. Liberação: Após o processo de maturação viral, os vírus não envelopados podem se acumular nas células hospedeiras e esta eventualmente podem sofrer lise e liberar as partículas virais. Nos vírus envelopados, o processo de maturação termina com o brotamento das partículas virais. As etapas do ciclo de replicação viral estão representadas na Figura 6. Figura 6: Esquema representativo do ciclo de replicação viral. Os ciclos replicativos dos vírus variam de acordo a duração, o local da multiplicação, o destino da célula infectada (ciclo lítico ou não) e a produtividade viral. Vírus como os picornavírus levam de 6 8h para se multiplicarem, enquanto os herpesvírus podem levar até 40h. Os vírus apresentam tropismo celular devido à presença de receptores específicos na superfície celular, limitando dessa forma seu local de multiplicação. Por exemplo, o HIV tem tropismo por células com receptor CD4+, não infectando hemácias, que não possuem esse receptor, já o vírus da raiva tem tropismo por células neurais que expressam receptores de acetilcolona, não sendo encontrados em células epiteliais. Biossíntese de Macromoléculas Virais Os vírus têm um objetivo básico que é o de produzir cópias de si mesmo em quantidade suficiente. A replicação se refere ao processo de biossíntese de macromolécula de um vírus e ela pode ser dividida em três etapas: transcrição, tradução e replicação do genoma. 1. Transcrição: Etapa na qual as informações contidas no ácido nucléico é transferida para o RNA mensageiro. Na maioria dos vírus de DNA a transcrição ocorre no núcleo, com exceção dos poxvírus, e no vírus de RNA ocorre no citoplasma, exceto nos ortomixovírus,. A síntese do RNAm depende da estrutura do ácido nucléico viral, por exemplo, os vírus de polaridade negativa precisam de uma RNA polimerase e nos vírus com genoma segmentado, cada segmento dá origem a um RNAm. 11

12 2. Tradução: Etapa na qual uma seqüência particular de bases no RNAm resulta na produção de uma seqüência de aminoácidos numa proteína. 3. Replicação do genoma: Etapa de síntese de novos ácidos nucléicos do vírus. Alguns vírus utilizam a DNA polimerase da célula hospedeira, outros possuem sua própria polimerase. Nos vírus de RNA(+) o genoma funciona tanto como mensageiro quanto molde para a replicação. A replicase, presente nas células infectadas, sintetiza novo filamento de RNA viral de ambas as polaridades. Ciclo lítico e lisogênico de bacteriófagos O ciclo lítico ocorre praticamente em todos os bacteriófagos. Esse ciclo de multiplicação acontece em cinco estágios: ancoragem ou aderência, penetração, biossíntese, maturação e liberação. Após a aderência, o DNA do fago penetra na bactéria e no citoplasma é transcrito. Logo em seguida, inicia se a biossíntese de proteínas virais. Após a maturação das partículas virais, os vírions são liberados por lise celular. A lisozima, uma enzima sintetizada pelo fago na fase tardia de síntese protéica, destrói a parede celular, liberando os bacteriófagos recém formados (Figura 7). No ciclo lisogênico a produção de componentes virais é desligada indefinidamente e o fago permanece latente (inativo). Os bacteriófagos que utilizam esse tipo de multiplicação são chamados lisogênicos ou temperados. Neste ciclo, a adsorção e a penetração ocorrem da mesma forma que o ciclo lítico, mas em vez de acontecer a próxima etapa, a de biossíntese, o ácido nucléico viral é integrado ao ácido nucléico da célula hospedeira, duplicando se somente quando o genoma celular se duplicar. Ocasionalmente ocorre a indução espontânea do genoma viral e o bacteriófago passa a se multiplicar através do ciclo lítico (Figura 7). Figura 7: Esquema representativo do ciclo lítico e lisogênico do bacteriófago lambda. Genoma Viral Os vírus são incapazes de infectar uma planta sem o auxílio de agentes externos. Para que a infecção ocorra o agente transmissor tem que romper a parede celular e introduzir o vírus diretamente no citoplasma da célula. Uma vez dentro do vegetal, esses patógenos podem seguir um movimento lento que ocorre após a replicação 12

13 celular, via célula a célula do parênquima, ou rápido, via sistema vascular, geralmente o floema, distribuindo o vírus a locais distantes daquele de penetração. O movimento rápido chega a ser de 10 à 100 vezes mais rápido que o lento. Através do movimento rápido, os vírus atingem raízes e folhas jovens primeiro e, posteriormente, toda a planta, causando um quadro sistêmico de infecção. Alguns outros vírus podem causar lesões locais, ficando praticamente confinados às áreas do tecido compreendidas por estas lesões. Dessa forma, a sintomatologia das infecções virais em plantas pode ser localizada ou sistêmica. Os sintomas localizados são caracterizados por lesões cloróticas e necróticas nos pontos de penetração, enquanto os sintomas sistêmicos afetam a planta em vários aspectos de sua morfologia e fisiologia. Os sintomas sistêmicos mais comumente exibidos pelas plantas são: mosaico, mosqueado, distorção foliar, mancha anelar, amarelecimento, superbrotamento e nanismo. Como conseqüência destes sintomas geralmente ocorre a queda de produção, e, às vezes, a morte da planta. Os fitovírus podem ser transmitidos mecanicamente ou por insetos, fungos nematóides, ácaros, sementes, órgãos de propagação vegetativa e grãos de pólen, ou mesmo por manipulação, quando o agricultor, não intencionalmente, infecta sua plantação usando aparelhos contaminados. A transmissão mecânica acontece, quando em plantios densos, o vento pode causar danos mecânicos às folhagens carreando o vírus de uma planta a outra devido ao contato físico entre elas. A transmissão por insetos é de grande importância, estando envolvidos nessa transmissão as Ordens Homóptera, Coleoptera e Thysanoptera. Em torno de 20% dos vírus de plantas conhecidos são transmitidos por semente. Na transmissão por órgãos de propagação vegetativa, os vírus são passados da planta mãe para a sua progênie através de enxertia, bulbos, tubérculos, rizomas e estacas, por exemplo. A transmissão de vírus por grãos de pólen, ocorre no processo de polinização cruzada, dando origem a plantas doentes. O controle de viroses de vegetais pode ser feito pelo emprego de variedades de plantas resistentes, eliminação de vetores, remoção e destruição da planta afetada, eliminação do hospedeiro intermediário, emprego de sementes e mudas certificadas, proteção cruzada ou pré imunização (inoculação de uma estirpe fraca do vírus, visando a imunização da planta contra a estirpe forte que causa a doença). Exemplos de vírus que infectam plantas podem ser observados na Tabela 2. Tabela 2: Exemplos de vírus que infectam plantas. Nome comum Doença Gênero Vírus do mosaico do fumo Tobamovirus Mosaico do fumo Vírus do mosaico estriado da cevada Hordeivirus Mosaico estriado da cevada Vírus X da batata Potexvirus Nidovirales Vírus do mosaico ou mancha anelar do mamoeiro Vírus do mosaico comum do feijoeiro Potyvirus Mancha anelar ou mosaico do mamoeiro Mosaico comum do feijoeiro Potyvirus 13

14 Vírus do mosaico da cana de açúcar Potyvirus Mosaico da cana de açúcar Vírus Y da batata Potyvirus Virose Y da batata Vírus da Tristeza dos citros Closterovirus Tristeza dos citros Vírus Y da batata Closterovirus Amarelo da beterraba Vírus da necrose do fumo Necrovirus Necrose do fumo Vírus do mosaico do caupi Comovirus Mosaico do caupi Vírus do mosaico do pepino Cucumovirus Mosaico do pepino Vírus do mosaico dourado do feijoeiro Begomovirus Mosaico dourado do feijoeiro Muitas viroses vegetais causam danos às culturas de importância econômica, ocasionado perdas per capita. O Brasil, por exemplo, é o maior produtor mundial de citros, exportando sucos concentrados e produtos afins, arrecadando bilhões. Mas as culturas de todo o país já enfrentam muitos problemas com uma moléstia causada pelo vírus da leprose dos citros. As tulipas variegadas de Rembrandt: Deste a década de 30 do século XVII, a Holanda iniciou o plantio de tulipas, sendo hoje conhecida como o maior produtor mundial dessas flores. A beleza das tulipas variegadas era muito valorizada na região oeste da Europa no século XVIII, quando um período de crash na economia gerada por esse produto ocorreu devido à morte do plantio. Foi somente em 1926 que se descobriu que as tépalas variegadas de alguns cultivares era devido ao ataque de vírus, transmitidos por afídeos. Vírus como Agente de Controle Biológico O controle biológico tem sido usado como estratégia para reduzir danos econômicos em sistemas agroecológicos e em agriculturas convencionais. Embora muitos vírus ataquem insetos, a família Baculoriridae é a mais empregada no controle biológico. No Brasil, por exemplo, as espécies de vírus Baculovírus anticarsia e Baculovírus spodoptera tem sido usada no controle biológico em lavouras de soja e de milho, respectivamente, matando lagartas que atingem a folhagem das plantações de soja e as espigas jovens de milho. Os vírus são pulverizados sobre as plantações e as lagartas se contaminam por via oral ao ingerirem órgãos e tecidos da planta. Outras medidas de uso de vírus para o controle biológico é a aplicação de preparados de bacteriófagos para combater contágio de carnes de frango por Salmonella e outros produtos cárneos por Listeria monocytogenes. Embora exista uma variedade de fagos, individualmente, eles são muito específicos, significando dizer que um único bacteriófago ataca apenas uma linhagem de bactéria. Esses vírus são inofensivos aos serem humanos podendo ser usados nos alimentos, sem afetar a sua qualidade. Muitas bactérias sobrevivem a muitos processamentos convencionais de carnes ou podem contaminar o produto após o processamento e aplicação de bacteriófagos para descontaminar alimentos tem sido regulamentada pela USDA FSIS. 14

15 As vantagens do uso de vírus no controle biológico são: alta especificidade, condições de armazenamento pouco rigorosas e podem ser usados com risco mínimo de contágio de seres humanos (temperatura ótima de ação difere da temperatura do corpo humano). Porém também apresentam desvantagens, como: falta de formulações adequadas, grande custo de produção, ação lenta e pequena atividade residual. Vírus como Vetores na Tecnologia do DNA Recombinante Na clonagem molecular, um fragmento do DNA de interesse chamado de inserto é ligado a uma outra molécula de DNA chamada de vetor para formar um DNA recombinante. Essa molécula de DNA recombinante é introduzida numa célula hospedeira compatível, num processo chamado de transformação. Para que possa ser usada como vetor, uma molécula de DNA deve ser capaz de se replicar dentro da célula hospedeira, além de ter um tamanho pequeno. É de grande importância a descrição de vetores moleculares para a propagação das moléculas de DNA inseridas e os vetores comumente empregados são plasmídios bacterianos, bacteriófagos ou vírus animais e vegetais. A construção de uma molécula de DNA recombinante favorece o estudo da estrutura dos genes, no diagnóstico clínico, na terapia gênica, no melhoramento animal e vegetal, na obtenção de grandes quantidades de proteínas raras e na construção de bibliotecas de genes. O bacteriófago lambda, parasita obrigatório de E. coli, é um dos vetores de clonagem molecular mais utilizado na tecnologia do DNA recombinante. Durante o ciclo lítico do fago, os genes envolvidos no ciclo lisogênico, que são dispensáveis no ciclo lítico, podem ser totalmente substituídos por outro fragmento de DNA, melhorando em 100% a infecção da E. coli hospedeira. Hoje há uma enorme quantidade de estudos do potencial dos vírus como vetores de clonagem para células animais, recebendo especial atenção os vírus de mamíferos tais como Simian vírus 40 (SV40), o Adenovirus e o Baculovirus. O vírus SV40, isolado de células tumorais de macacos, foi um dos primeiros sistemas virais utilizados para introduzir genes em células de mamíferos. Vetores virais tem sido usados na terapia gênica, a fim de levarem o DNA terapêutico ao núcleo das células alvo. Atualmente, há cinco grupos principais de vetores virais usados: retrovirais, lentivirias, adenovirais, virais adeno associados e virais de herpes cimplex. Todos apresentando vantagens e desvantagens. Um retrovirus murino, o virus da leucemia murina de Moloney (MoMuLV), foi o primeiro sistema vetorial desenvolvido para aplicações clínicas da terapia gênica. Os vetores adenovirais são os vetores de DNA mais utilizados, mas não se integram ao genoma e são imuogênicos. Vírus como Vetores na Tecnologia do DNA Recombinante Diversos patógenos, como bactérias, parasitos e vírus, podem ser transmitidos por água e alimentos contaminados, incluindo os peixes e moluscos bivalves comestíveis de 15

16 ambientes marinhos e os frutos e vegetais cultivados em solos irrigados com águas de esgoto. Mais de 100 espécies de vírus presentes em águas contaminadas por descargas de esgoto podem causar doenças no homem, representando grande risco à saúde pública. Os vírus entéricos podem ser divididos em três grupos distintos, a depender da enfermidade que causam. Um grupo de vírus causa gastroenterites, como os rotavírus, adenovírus entéricos, calicivírus (norovírus e saporovírus) e astrovírus. Num segundo grupo estão os vírus que causam hepatites (vírus da hepatite A HAV e vírus da hepatite E HEV). O terceiro grupo inclui os enterovírus (poliovírus, coxsackievírus e echovírus), que são vírus que infectam o intestino, mas que causam doenças em outros órgãos. Entre os vírus entéricos, os poliovírus, rotavírus, calicivírus, alguns adenovírus e vírus da hepatite A estão presentes no meio ambiente e representam grande risco à saúde da população. Estes patógenos são eliminados pelas fezes de indivíduos infectados, podendo permanecer viáveis e infecciosos durante vários meses no ambiente e, assim, contaminar os lençóis freáticos e águas destinadas ao consumo humano, além de resistirem aos atuais processos de tratamento de esgoto aplicados no controle bacteriano. Doenças Virais Transmitidas Através de Água ou Alimentos Diversos patógenos, como bactérias, parasitos e vírus, podem ser transmitidos por água e alimentos contaminados, incluindo os peixes e moluscos bivalves comestíveis de ambientes marinhos e os frutos e vegetais cultivados em solos irrigados com águas de esgoto. Mais de 100 espécies de vírus presentes em águas contaminadas por descargas de esgoto podem causar doenças no homem, representando grande risco à saúde pública. Os vírus entéricos podem ser divididos em três grupos distintos, a depender da enfermidade que causam. Um grupo de vírus causa gastroenterites, como os rotavírus, adenovírus entéricos, calicivírus (norovírus e saporovírus) e astrovírus. Num segundo grupo estão os vírus que causam hepatites (vírus da hepatite A HAV e vírus da hepatite E HEV). O terceiro grupo inclui os enterovírus (poliovírus, coxsackievírus e echovírus), que são vírus que infectam o intestino, mas que causam doenças em outros órgãos. Entre os vírus entéricos, os poliovírus, rotavírus, calicivírus, alguns adenovírus e vírus da hepatite A estão presentes no meio ambiente e representam grande risco à saúde da população. Estes patógenos são eliminados pelas fezes de indivíduos infectados, podendo permanecer viáveis e infecciosos durante vários meses no ambiente e, assim, contaminar os lençóis freáticos e águas destinadas ao consumo humano, além de resistirem aos atuais processos de tratamento de esgoto aplicados no controle bacteriano. 16

17 Fagoterapia Os bacteriófagos foram descobertos na época da Primeira Guerra Mundial e logo se tornaram uma esperança na prevenção ou cura de doenças infecciosas. A terapia bactariófaga já era estudada em 1915, como base para o tratamento de infecções. Mas com o advento dos antibióticos na década de 40, as pesquisas com esses vírus foram interrompidas, ressurgindo apenas nos últimos anos, decorrente ao aparecimento de linhagens resistentes a drogas, provocado pelo uso indiscriminado de antibióticos. A fagoterapia apresenta algumas vantagens em relação aos antibióticos. Os fagos são administráveis em dose única, já que se reproduzem dentro da bactéria alvo e permanecem na região enquanto houver infecção, já os antibióticos, requerem múltiplas doses, dias ou semanas de tratamento. Eles também não apresentam efeitos indesejáveis e paralelos, como o desequilíbrio da microbiota indígena, além de serem altamente específicos, infectando apenas a bactéria que estão designados a parasitar. Mas também, por um outro lado, não se sabe o quando a fagoterapia é efetiva em cada uma das situações em que poderiam ser empregados como recurso terapêutico. Utilização de Bacteriófagos em Tratamento de Afluentes O objetivo da implementação de estações de tratamento de efluentes, a ETEs, é reduzir a carga contaminante ou poluente das águas residuais, permitindo que o efluente final tratado retorne ao corpo d água, sem degradar o meio ambiente e causar riscos à saúde humana. Depois das bactérias, os organismos mais importantes em uma estação de tratamento, são os bacteriófagos líticos. Esses vírus são usados como método para a redução do número de unidades formadoras de colônia (UFC) de bactérias potencialmente patogênicas aos seres humanos e presentes em ETEs. Os bacteriófagos também podem ser usados como possíveis tipos de vírus para a avaliação da qualidade da água. Os coliformes somáticos e os bacteriófagos F específicos são bons representantes para indicar contaminação fecal, pelo fato de relacionarem se diretamente com seu hospedeiro bacteriano (Escherichia coli) e estarem freqüentemente presentes nas amostras onde a E. coli é isolada. A contaminação de água é um dos maiores problemas de saúde pública, principalmente em áreas tropicais e subtropicais, onde o número de doenças com graus de severidade diferentes veiculadas por águas contaminadas é maior. A quantidade de epidemias atribuídas a vírus entéricos humanos tem crescido, tornando se essencial a obtenção de maiores informações sobre o uso de indicadores de contaminação fecal que incluam dados sobre a presença de vírus. A concentração viral pode exceder em 100 vezes à concentração bacteriana com um número total estimado na biosfera de 1031 partículas virais por mililitro. A análise virológica da água consiste de etapas básicas de coleta, concentração, remoção de inibidores e detecção de vírus específicos. Como a concentração de partículas virais em amostras de água é pequena, volumes grandes devem ser coletados e, de 17

18 preferência, imediatamente processados. Os métodos de concentração devem promover uma grande recuperação de vírus e detectar uma ampla variedade desses microrganismos. Os métodos de detecção, enumeração e identificação podem ser realizados de diferentes formas: culturas celulares, métodos imunológicos e moleculares. Ecologia de Fagos O maior reservatório de vírus na natureza são os oceanos, onde a concentração varia de 104 a 107/mL de coluna de água e mais de 108/mL no sedimento, o que atrai atenção dos vírus na ecologia microbiana, com grande importância para os bacteriófagos. Os fagos se encontram em quantidades elevadas no ambiente, podendo alcançar até cerca de 1010 fagos por litro de água do mar e cada grama de sedimento ou camada superior do solo podendo existir entre 107 e 109 fagos. No ambiente, os fagos possuem o mesmo habitat de seus hospedeiros e são responsáveis por cerca de 10 40% da mortalidade de bactérias. Os ecossistemas que permitem a multiplicação bacteriana e são encontrados fagos são: água, solo, fezes, rúmen bovino, sedimentos e esgotos. Vírus que Infectam Vírus Pesquisadores ao observarem uma ameba (Acanthamoeba polyphaga) infectada por uma cepa de mimivírus, descobriram que esta era parasitada por um outro vírus, que o chamaram de sputnik. Para que ocorra a infecção pelo sputnik, o mimivírus precisa está dentro da ameba, o que os cientistas chamam de coinfecção. O sputnik não se multiplica numa ameba que não esteja infectada com o mimivírus, mas inicia sua duplicação quando ela está infectada por este vírus. A presença do sputnik provoca o aparecimento de mimivírus mal formados. A descoberta desse vírus os coloca em uma nova família, a dos virófagos. 18

19 Referência Bibliográfica COZAC, Mayra Duarte da Cunha; MIRANDA, Talissa de Moraes Tavares. A contaminação ambiental por vírus e a importância do reuso de efluente doméstico tratado na agricultura Disponível em: A%20Contaminao%20Ambiental%20por%20Vrus%20e%20a%20Importncia%20do%20R euso%20de%20efluente%20domstico%20tratado%20na%20agricultura.pdf. Acesso em: 20 de jan DANI, Sérgio U. Terapia Gênica. Revista Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento Edição nº. 30 janeiro/junho MICHEREFF, Sami Jorge. Vírus como agentes de doenças de plantas. Disponível em: 2/untitled/materiais%20que%20est o%20no% 20site%20do%20departamento/v%2B%A1rus_ufrpe.pdf. Acesso em: 20 de jan ROSERO, Edith Mariela Burbano. Freqüência e diversidade de colifagos somáticos isolados de amostras de água do mar, plânctons e bivalves da Baixada Santista, canal de São Sebastião e Ubatuba SCOLA, Bernard La; DESNUES, Christelle; PAGNIER, Isabelle; ROBERT Catherine; BARRASSI, Lina; FOURNOUS, Ghislain; MERCHAT, Miche`le; SUZAN MONTI, Marie; FORTERRE, Patrick; KOONIN, Eugene; RAOULT, Didier. The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus. Nature. Vol 455/4. September TORTORA, Gerard J. ; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. 10.ed. Porto Alegre : Artmed, JAWETZ; MELNICK; ADELBERG. Microbiologia médica. 25.ed. Rio de Janeiro : McGraw Hill Interamericana do Brasil Ltda, MURRAY, Patrick R; ROSENTHAL, Ken S; PFALLER, Michael A. Microbiologia médica. 6. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, TRABULSI, Luiz Rachid; ALTERTHUM, Flávio. Microbiologia. 5.ed. São Paulo : Atheneu, BROCK, Thomas D.; MADIGAN, Michael T. et al. Microbiologia de Brock. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, SANTOS, Norma Suely de O.; ROMANOS, Maria Tereza V.; WIGG, Marcia D. Introdução a virologia humana. 2. ed. Rio de Janeiro : Guanabara Koogan, 2008.

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