Propriedades gerais dos vírus

Há quanto tempo os vírus existem entre nós?

Referências históricas

Conceito de microrganismos Leeuwenhoek (1632 1723) Pasteur (1822 1895) Koch (1843-1910)

Anton van Leeuwenhoek (1632-1723) 1668 A van Leeuwenhoek invention of a simple microscope, observation of bacteria

Histórico (Dimitri Iwanowski (1892) mostrou que extratos de plantas doentes de tabaco podiam transmitir a doença para outras plantas após passagem em filtros de cerâmica fina capazes de reter as menores bactérias). Planta sadia Planta doente

Agentes filtráveis 1892 Iwanovsky 1898 Beijerinck: contagium vivum fluidum Principles of Virology, ASM Press

Histórico (O Faraó Ramses V morreu de varíola em 1196 AC e a varíola era endêmica na China antes das 1000 AC). Múmia com sinais de varíola Caso de varíola mais recente

Man Bitten by Mad Dog. Illustration from an Arabic translation of the Materia Medica, Baghdad, Iraq, 1224. This illustration served as the frontispiece of George Baer s book, The Natural History of Rabies, 1975. He found this piece in the Freer Gallery of Art, Smithsonian Institution, Washington, DC.

Reconhecendo que os sobreviventes da varíola foram protegidos de subseqüente infecções, os chineses inalaram as crostas secas de lesões de varíola como rapé ou inocularam o pus de uma lesão em um arranhão no antebraço - variolação. Edward Jenner quase foi morto pela variolação aos 7 anos! Em 14 de Maio de 1796, ele usou o vírus da varíola bovina para vacinar com sucesso uma criança de 8 anos.

Os vírus estão por todo o lugar Infectam todas as formas de vida. Nós comemos e respiramos bilhões de vírus todos os dias. Carregamos material genético viral em nosso genoma.

Mais de 10 30 bacteriófagos nas águas do mundo Um bacteriófago pesa cerca de 1 fentograma (10-15 gramas). 10 30 x 10-15 = só a biomassa dos bacteriófagos do planeta excedem a biomassa de elefantes em 1000 vezes

Os números dos vírus no mundo

Myovirus, collected from the Mediterranean Sea, a type of virus that infect marine cyanobacteria Bacterium, collected from the Southern Ocean, infected with viruses (dark dots) that are replicating within it.

Nearly half of the oxygen produced on the Earth comes from tiny organisms living in the ocean but these little critters do much more. As an added bonus to our oxygenated atmosphere, these plankton form the base of the ocean food web and store carbon from the ocean/atmosphere interface in their tissues. When these organisms die they sink to the ocean floor where the carbon is deposited in the sediment. This process is called the ocean s biological carbon pump.

Hoje no mundo existem mais vírus em 1 litro de água do mar costeira do que pessoas no mundo

Há cerca de 10 16 genomas de HIV no mundo hoje

Table 1. Age-adjusted median proportions of diarrheal episodes requiring hospitalizations associated with each enteropathogen in children 0 59 m of age in the world. Lanata CF, Fischer-Walker CL, Olascoaga AC, Torres CX, et al. (2013) Global Causes of Diarrheal Disease Mortality in Children <5 Years of Age: A Systematic Review. PLoS ONE 8(9): e72788. doi:10.1371/journal.pone.0072788 http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0072788

Quão infectados nós estamos? HSV-1, HSV-2, VZV, HCMV, EBV, HHV-6, HHV-7, HHV-8 Para a toda vida! Coexistência benéficos?

The human virome in non-pathogenic conditions: distribution of the viral families found in the major human systems Intervirology 2013;56:395 412

Sequências de genomas encontrados no corpo humano (sangue) Science News 11 January 2014

O genoma humano 3,2 bilhões de bases Principles of Virology, ASM Press

A maioria dos vírus que nós infecta tem um pequeno ou mesmo nenhum impacto em nossas vidas imunossuprimidos Principles of Virology, ASM Press

A maioria dos vírus apenas passa por nós Ingerimos muitos vírus não-animais no consumo de alimentos... em um estudo, descobriu-se que o repolho comprado em 5 supermercados diferentes em Washington D.C. estavam contaminados com baculovírus, sendo que que cada porção (cerca de 100 cm 2 de folha) continha até 10 8 partículas de um vírus patogênico para uma lagarta do repolho A análise metagenômica de vírus de RNA em fezes humanas revela que a maioria das sequências virais são semelhantes aos vírus das plantas. De 36.769 sequências obtidas, 25.040 (91%) se assemelhavam a vírus de plantas. Principles of Virology, ASM Press

Catapora Varíola

Quem ou o que são os vírus? Definições parasita intracelular obrigatório empacotamento do genoma em uma partícula para transmitir entre hospedeiros genoma viral contêm a informação necessária para iniciar e completar o ciclo infeccioso dentro de uma célula

Quem são os vírus? Um parasita, intracelular obrigatório contendo um material genético (DNA ou RNA) envolto por uma camada protéica e/ou membrana (envelope) Principles of Virology, ASM Press

Os vírus são vivos? vírus e virion Um organismo com 2 fases virion célula infectada Principles of Virology, ASM Press

Origem dos vírus em um mundo de RNA Hipótese pré-celular A) desenvolvimento dos vírus em primeiro lugar ou junto com células com genoma de RNA. B) evolução dos vírus RNA em DNA seguido de infecção de células com genoma de RNA. C) infecção de células dando origem aos 3 domínios (Bactérias, Archea e Eukaria)

Origem dos vírus em um mundo com células em primeiro lugar Hipótese pós-celular os vírus surgiram de porções das células que manifestaram habilidades de ir de uma célula a outra. elementos transponíveis (transposons)

Já que os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios, tudo envolve a relação parasita-hospedeiro Principles of Virology, ASM Press

Os vírus benéficos Principles of Virology, ASM Press

Principles of Virology, ASM Press

Qual seria a consequência de se ter um tamanho pequeno?

Comparação do genoma dos Mimivirus em relação a outros vírus já sequenciados Koonin, E. (2005) Gulliver among Lilliputians. Curr. Biol.15: 167-9

Pandoravirus Infectam amebas Maior de algumas bactérias http://www.nature.com/news/giant-virusesopen-pandora-s-box-1.13410

Pithovirus sibericum Infectam amebas Maior de algumas bactérias Vírus gigante recuperado de gelo com 30.000 anos de idade http://www.nature.com/news/giant-virus-resurrectedfrom-30-000-year-old-ice-1.14801

Pesquisador da UFMG descobre o maior vírus já identificado no planeta O tupanvírus foi descoberto no Pantanal brasileiro e é o maior vírus já identificado no planeta, com 2,3 micrômetros de tamanho (foto: Jônatas Santos Abrahão/Divulgação) Tailed giant Tupanvirus possesses the most complete translational apparatus of the known virosphere https://www.nature.com/articles/s41467-018-03168-1

Genomas

Definições Subunidade Cadeia polipetídica que forma a estrutura Unidade estrutural (protômero) Unidade usada para construção de capsídeos e nucleocapsídeos Capsídeo Capsa em latim é caixa Capa protéica envolvendo o genoma Nucleocapsídeo Capsídeo + ácido nucléico Envelope ) membrana viral Bicamada lipídica derivada do hospedeiro Virion Partícula viral infecciosa Principles of Virology, ASM Press

Função das proteínas virais Proteção do genoma Montagem de uma capa protéica protetora estável Reconhecimento específico e empacotamento do genoma Interação com a membrana celular do hospedeiro para formar o envelope Principles of Virology, ASM Press

Função das proteínas virais Entrega do genoma Ligação com os receptores celulares Descapsidação do genoma Fusão com as membranas celulares Trasnporte do genoma ao sítio apropriado Principles of Virology, ASM Press

Os vírus são metaestáveis Devem proteger o genoma (estabilidade) Devem ser capazes de se abrirem na infecção (instabilidade) Os vírus mantém um nível mínimo de energia, usada na descapsidação se sinais corretos forem dados para desencadear o processo Bakugan Principles of Virology, ASM Press

Como obter a meta-estabilidade? Estrutura estável criada pelo arranjo simétrico de várias proteínas idênticas, que permitem um contato próximo do ótimo. Estrutura instável estrutura não é permanentemente ligada. pode ser afrouxada ou desestabilizada por completo durante o processo de infecção, expondo ou liberando o genoma. Principles of Virology, ASM Press

Formas de genomas encontrados nos vírus Linear Fita simples (ambisense) Circular Fita dupla Covalentemente ligado a proteína Segmentado Fita dupla ligado nas extremidades Fita simples (+) Fita simples (-) DNA com um RNA Covantemente ligado Principles of Virology, ASM Press

7 tipos de genomas virais Parvovirus Retrovirus VII Adenovirus Herpes simplex Hepatite B Poliovirus Rotavirus Influenza

Estrutura e composição Maior genoma= maior complexidade Proteínas estruturais proteção do genoma ligação à célula fusão do envelope Proteínas não estruturais enzimas fatores de transcrição iniciadores à replicação de ácido nucléico interferência com sistema imune

Que tipo de informação existe no genoma viral? Produtos de genes e sinais regulatórios para: replicação do genoma viral montagem e empacotamento do genoma regulação do ciclo de replicação modulação do sistema imune transmissão a outros hospedeiros

Virion: estrutura e função Estrutura (o virion) Criado pelo arranjo simétrico de várias proteínas idênticas, proporcionando máximo contato e ligação não covalente Função (entrega do genoma) Estrutura NÃO é ligada de forma permanente pode ser desmontada ou afrouxada na fase de infecção, para liberar ou expor o genoma Principles of Virology, ASM Press

ENVELOPE (a) Semliki Forest virus (b) Influenza virus

ENVELOPE Capsídeos podem estar envoltos por uma camada com origem na membrana do hospedeiro: vírus envelopados Envelope: bicamada lipídica derivada da célula hospedeira - O genoma viral não tem uma maquinaria de síntese lipídica Envelope adquirido do brotamento do nucleocapsídeo através da membrana celular - Qualquer membrana celular, sendo vírus-específica Nucleocapsídeos dentro do envelope podem ter simetria helicoidal ou icosaédrica Principles of Virology, ASM Press

Glicoproteínas do envelope viral Glicoproteínas de membrana Domínio externo: adsorção, sítios antigênicos, fusão Domínio interno: montagem Espículas Principles of Virology, ASM Press

Simplicidade na simetria dos vírus Regras para a auto montagem Regra 1: cada sub-unidade tem contatos idênticos com seu próximo. interações repetitivas de superfícies quimicamente complementares nas interfaces das subunidades, naturalmente levam ao arranjo simétrico. Regra 2: as ligações são geralmente não covalentes. reversíveis. livre de erros. Principles of Virology, ASM Press

Icosaédrica Helicoidal Complexa

Simetria icosaédrica

Adenovirus

SIMETRIA ICOSAÉDRICA Baron:Medical Microbiology, online at http://129.109.136.65/microbook/ch041.htm

SIMETRIA HELICOIDAL

Simetria helicoidal adaptado de: Klug and Caspar Adv. Virus Res. 7:225

Simetria helicoidal

Simetria Helicoidal Principles of Virology, ASM Press

Simetria complexa

Simetria complexa Bacteriófagos

Simetrias dos capsídeos nucleocapsídeo icosaédrico nucleocapsídeo Bicamada lipídica ICOSAÉDRICO ICOSAÉDRICO COM ENVELOPE nucleocapsídeo helicoidal nucleocapsídeo COMPLEXA Bicamada lipídica espículas glicoprotéicas = peplômeros HELICOIDAL HELICOIDAL ENVELOPADOS

UTILIDADES DO CONHECIMENTO DA ESTRUTURA DOS VÍRUS

Classificação dos vírus Natureza e sequência do ácido nucléico no virion Simetria do capsídeo Presença ou ausência de envelope Dimensão do virion e capsídeo Principles of Virology, ASM Press

Carolus Linnaeus (1707-1778) 1735 C Linnaeus development of the hierarchical classification (Classes, Orders, Genera, Species) of all organisms and the binomial nomenclature system

Classificação dos vírus http://ictvonline.org/ Sistema hierárquico clássico Reino Filo Classe Ordem (-virales) Família (-viridae) Gênero (-virus)

VíRUS DE DNA

VÍRUS DE RNA

Classificação

CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO MODO DE REPLICAÇÃO