Aula 2: O que é um vírus?

Aula 2: O que é um vírus? Fabrício S. Campos camposvet@gmail.com Equipe de Virologia UFRGS & IPVDF Site: www.ufrgs.br/labvir 1

Vivemos em uma nuvem de vírus 2

Infectam todas as formas de vida 3

Nós comemos e respiramos vírus 4

Nós carreamos genomas virais como parte do nosso próprio genoma 5

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 6

Todos os vírus causam danos? Temperatura 55 o C Não colonizada Colonizada Vírus da tolerância termal da Curvularia Curvularia Thermal Tolerance Virus Curvularia protuberata 7

Tulip breaking virus (TBV) Pétalas anormais Quebras de cor Não forma pigmento em partes da flor 8

O quão infectados estamos? HSV 1, HSV 2, VZV, EBV, HCMV, HHV 6, HHV 7, HHV 8 Permanecem no organismo por toda a vida 9

Objetivo da aula Apresentar a denominação, a classificação, os tipos de genomas e um pouco do que se conhece sobre a estrutura e a replicação viral 10

Escopo da aula Uma breve introdução a classificação e a estrutura viral Etapas da replicação viral Tipos de genoma 11

Definição Classificação Estrutura Replicação Viral Tipos de genoma 12

O que é um vírus? Muito pequenos, infecciosos Parasita intracelular obrigatório Partículas químicas que não podem se reproduzir sozinhas Necessitam de um hospedeiro celular 14

Os vírus são muito pequenos Átomo de carbono HIV-1 TMV Fago Ribossomos E. coli Poliovírus 100.000 X Miosina Actina 1.000.000 X 15

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 16

Descoberto vírus gigante congelado há mais de 30 mil anos na Sibéria Pithovirus sibericum Fonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014 17

Pithovirus sibericum 30 metros de profundidade solo congelado da tundra ártica, Chukotka na Sibéria, Rússia Temperatura média anual -13,4 o C Datação por radiocarbono (carbono 14) 30 mil anos (mamutes e neandertais) 18

Pithovirus sibericum Vírus com grande nucleocitoplasmatico Vírus DNA, 610 Kb 467 proteínas diferentes 1,5 µm (microscópio óptico) Hospedeiro: Acanthamoeba 19

Classificação dos vírus Natureza e sequencia de ácido nucleio Simetria ou forma do capsídeo Presença ou ausência de envelope Dimensão do virion ou capsídeo 21

Classificação dos vírus 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 10 30 vírus 22

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 24

Biomassa dos vírus > dos elefantes > 25

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 27

Estrutura de um vírus Virion: partícula viral infecciosa 28

Os capsídeos são metaestáveis Devem proteger o genoma (estável) E liberá-lo rapidamente durante a infecção viral (instável) 29

Simetria do nucleocapsídeo Icosaédrica, cúbica ou helicoidal Adenovírus DNA, ñ envelopado Influenza RNA, envelopado Vírus da Raiva RNA, envelopado 30

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 31

Replicação Replicação em biologia Síntese de moléculas de ácidos nucléicos X Em virologia Todo o processo de multiplicação viral 33

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) 34

Infecção produtiva Alguns conceitos Produção de progênie viral viável Infecção abortiva Ciclo replicativo interrompido Susceptibilidade (receptor) Capacidade das células de serem infectadas Permissividade (enzimas) Ocorrência de multiplicação viral 35

Aplicação prática Tabela 1 - Consequências da infecção de espécies de ruminantes com BoHV-1. Veados e renas: células são apenas suscetíveis Não permitem a replicação viral: não permissivas Fonte: J. Thiry et al., 2006. Receptores: conferem a características aos vírus de serem espécie-específicos 36

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 siálicogalactose 37

Ácido siálico: receptor influenza Memb celular Ligação α-2,3 (aves) Humanos: ligação α-2,6 Suínos: possuem ambas as ligações 38

Etapas da replicação 1. Adsorção 2. Penetração 3. Desnudamento 4. Expressão gênica 5. Replicação do genoma 6. Montagem 7. Liberação 39

Fases de infecção vírus lítico 40

Vírus lítico 41

Vírus lítico 42

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 43

1. Adsorção 44

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) 45

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) 46

Co-receptores (HIV: CXCR4, CCR5) 47

Passagem do vírus pela membrana plasmática 2. Penetração 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 48

2. Penetração 49

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 50

Vírus RNA Vírus DNA 51

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 53

4. Expressão gênica Classificação de Baltimore (1975) Vírus de DNA fs Vírus de DNA fd (±) Transcrição Síntese da outra fita Intermediário de DNA fd Transcrição reversa Pode ser usado diretamente mrna (sentido +) Transcrição fita (-) Transcrição fita (-) Retrovírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (-) Vírus de RNA fd (±) Fonte: Madigan, 2004. 54

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 55

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 56

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) 57

Genomas dsdna: DNA fita dupla Traduzido Transcrito Transcrito Replicado 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 58

Genomas ssdna: DNA fita simples Traduzido Transcrito Replicado Replicado 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) 59

Genomas pdsdna fita parcialmente dupla Traduzido Transcrito Replicado Transcrito Replicado Replicado 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 Transcriptase reversa X 60

5.2. Replicação vírus RNA Replicação no citoplasma RNA fita simples Maioria * 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 61

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) 62

Genomas ssrna (+): RNA fita simples (+) Traduzido Replicado Replicado 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) 63

Genomas ssrna (-): RNA fita simples (-) Replicado Traduzido Replicado Replicado 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) 64

Genomas dsrna (+/-): RNA fita dupla (+/-) Replicado Traduzido Replicado 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) 65

Genomas ssrna (+) com DNA intermediário Replicado Replicado Transcrito Traduzido Transcriptase reversa provírus Replicação no citoplasma e núcleo Carregam: RT, integrase, protease Única família: Retroviridae Ex.: HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano) 66

Definição Classificação Estrutura Tipos de genoma Replicação Viral 67

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 68

7. Liberação (vírus nú) Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo (DNA) Liberados quando ocorre a destruição das células infectadas 69

7. Liberação (vírus envelopado) 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 70

7. Liberação (vírus envelopado) Envelope adquirido das membranas celulares internas 71

Vídeo exemplificando a replicação do HIV 72

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 73

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 74

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 75

Mensagens principais Envelope: adquirido da membrana plasmática Vírus de RNA polaridade positiva: genoma infeccioso Transciptase reversa: RNA polimerase viral dependente de RNA viral Provírus: retrovírus integrado no genoma 76

Sugestões de leitura 77

Sugestões de leitura 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/) 78