Histórico Poliomielite no Egito Antigo Varíola (Invasão das Américas - extermínio dos Astecas) Final Séc. XVIII (1790): Primeira vacina Edward Jenner vaccinia (vaca), vírus atenuado (cowpox) Gripe Espanhola (Pandemia: 1917-1919) Descoberta dos vírus Séc. XX doenças causadas por elemento tóxico filtrável, com capacidade de reprodução ( contagium vivum fluidum ) Filtro de Chamberlain veneno (vírus) filtrável - Bacteriófagos 1
Organismo acelular Um organismo é uma unidade elementar de uma linhagem com uma história evolutiva individual (Luria, 1978 Acelular = sem estrutura de célula (protoplasma) Propriedades Gerais dos Vírus Sólidos geométricos precipitáveis (d Herelle) Estruturas subcelulares Ciclo de replicação exclusivamente intracelular Sem metabolismo próprio Definição Arranjo molecular, composto por proteínas e ácido nucléico, eventualmente com um envelope lipídico Não são visíveis ao microscópio de luz Variam entre 20 e 1000 nm Ser vivo 3 µ m Apresenta capacidade de nutrição, respiração, excreção, movimento, crescimento e reprodução Apresenta capacidade de estocar e repassar informações genéticas e tem potencial de atividade enzimática (Luria, 1978) Vida - fenômeno associado com a replicação de sistemas de informação auto-codificados 2
Taxonomia Ordem Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Morfologia - Tamanho e forma do vírion, proteínas, lipídeos e carboidratos Propriedades físico-químicas - Massa molecular, densidade de flutuação, estabilidade em ph, termoestabilidade e suscptibilidade a agentes físicos e químicos Grupamentos de famílias (sufixo virales) Mononegavirales paramyxoviridae, rabdoviridae e filoviridae Nidovirales coronaviridae e arteviridae Caudovirales myoviridae, siphoviridae e podoviridae Família Grupamentos de gêneros (sufixo viradae) Biossíntese viral e organização gênica Subfamílias Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Propriedades antigênicas Propriedades biológicas Grupamentos dentro das famílias (sufixo viranae) Gênero Grupamentos de espécies (sufixo vírus) Espécie Definida como uma classe constituída de uma estirpe de replicação com um nicho ecológico particular. Mas ainda há dificuldade em denominar espécie, subespécie, estirpe ou variante 3
Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Critérios taxonômicos Terminologia Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Organismo hospedeiro - Os organismos hospedeiros dos vírus foram encontrados em todas as classes de seres vivos (procariotos e eucariotos) Capsídeo: envelope protéico que envolve diretamente o ácido nucléico Nucleocapsídeo: partícula composta por ácido nucléico e o capsídeo íntegro Capsômero: unidade morfológica, representa o aglomerado de polipeptídeos Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação - Algumas famílias de vírus infectam mais de reino: Bunyaviridae (animais e plantas) Partitiviridae (plantas e fungos) Reoviridae (animais e plantas) Rhabdoviridae (animais e plantas) Phycodnaviridae (protozoários e plantas) Picornaviridae (plantas e animais) Totiviridae (protozoários / fungos e insetos) Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Envelope: camada lipídica que envolve algumas partículas virais (lipídeo e carboidratos) Matriz protéica: estrutura de proteínas não-glicosiladas, sinalizam montagem em alguns vírus e conferem rigidez Core (cerne): aglomerado de proteínas virais, envolvidas na replicação do vírus e complexadas ao genoma 4
Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Unidades estruturais (protômeros): subunidades protéicas básicas do envelope, não-idênticas, que juntas formam uma unidade estrutural Tamanho Forma Simetria do capsídeo Composição química (ácido nucléico, glicoproteínas,...) Presença de envelope Picornaviridae Propriedades Gerais dos Vírus - Classificação Virion: partícula viral completa Capsídeo Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Organização energeticamente favorável Protege e oferece rigidez Estabilidade à partícula Arranjo simétrico proteínas similares unidas através de ligações não-covalentes com função de liberar o ácido nucléico dentro das células Morfologia caracterizada por rearranjos 5
Icosaédrico Helicoidal Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Vírus com simetria helicoidal Complexo Vírus do mosaico do tabaco - www.ufrgs.br/agrofitossa n/agr04401vd/virus.htm Eixos de simetria Vírus Ebola - serbia4all.com Vírus Inlfuenza A - Centers for Disease Control and Prevention Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Vírus com simetria icosaédrica Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Vírus com simetria complexa Rotavirus www. microbiologybytes.com Poxvirus www. microbiologybytes.com Poliovirus - www.sciencephotolibrary.com Adenovirus www.ictvdb.org Bacteriófago T4 - http://www.mun.ca/biochem/courses/3107/lectures/topics/bacteriophage.html 6
Envelope Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Codificadas pelo genoma viral Derivado das membranas celulares - animais Inclui alterações na fluidez e incorporação de glicoproteínas codificadas pelo vírus Local onde se encontram inseridas as glicoproteínas plepômeros ou espículas Brotamento Número, tamanho e atividade de proteínas estruturais e não estruturais - Sequência de aminoácidos - Tipo de glicosilação - Fosforilação - Miristilação - Estrutura tridimensional da proteína Proteínas Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Estruturais - Proteção do genoma - Reconhecimento da célula - Atividade biológica Não estruturais - Atividade enzimática (replicação, proteólise,...) - Regulação gênica Vírus Sindbis Zlotnick & Mukhopadhyay (2011) Virus assembly, allostery and antivirals. Trends in Microbiology: 19, 14-23 7
Lipídeos Propriedades Gerais dos Vírus - Morfologia Massa molecular Composição Coeficiente de sedimentação Quantidade Provenientes das membranas celulares Compõem o envoltório ou envelope Carboidratos Presentes nas proteínas de envoltório Estabilidade a variações de ph, temperatura, íons divalentes, detergentes, radiações, ph - Alcalino: destruição de todos os vírus - Ácido: resistência por alguns grupos Glicosilação é feita na célula hospedeira Taxonomia Morfologia - Tamanho e forma do vírion, proteínas, lipídeos e carboidratos Propriedades físico-químicas Replicação viral e organização gênica Propriedades antigênicas Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Físico-Químicas Sensibilidade aos agentes químicos e físicos - ORGÂNICOS (Etanol, éter, óxido de etileno, formaldeído, compostos quaternários de amônio) - Susceptibilidade ao éter: diferenciação envelope + ou - INORGÂNICOS (Cloro, peróxido de hidrogênio, iodo, mercúrio, ozônio) - Detergentes não-iônicos: solubilizam constituintes de membrana (liberação de proteínas SEM desnaturação) Propriedades biológicas 8
Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Físico-Químicas - Detergentes aniônicos: solubilização do envelope, rompimento de capsídeo - Formaldeído: perda total da infecciosidade viral (fita simples inativado mais rapidamente), mas mantém integridade protéica Temperatura - Variabilidade grande - Vírus icosaédricos: bem estáveis (37ºC/várias horas) Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Físico-Químicas Ácido nucléico Tipo de ácido nucléico (RNA ou DNA) Tipo de fita (dupla ou simples) Tamanho Polaridade Taxa de G+C Haplóides (exceção: retrovírus) Apresentam fita dupla ou fita simples Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Físico-Químicas - Vírus envelopados: termolábeis (rápida queda do título http://www.megasoftware.net/ a 37ºC) perda de infecciosidade após longo armazenamento - Armazenamento sob congelamento Estabilização dos vírus por sais - Importante na confecção de vacinas - Manutenção da integridade de vacinas inativadas Radiação ionizante - Raios X, raios γ, elétrons de alta energia e partículas alfa 100 changes 100 100 Mex.92.0131 Peru.96.IQT2913 Peru.95.IQT1797 Vene.90.Mara4 Brazil.98.BR64022 100 Mart.98.703 Jam.83.1409 Thai.93.NH76 Thai.93.NH81 Thai.93.NHp16 Thai.93.NHp36 89 Thai.93.NH55 Thai.96.C0167 Thai.96.C0166 100 Thai.94.K0008 Thai.94.K0010 100 Thai.95.C0371 94 Thai.95.C0390 China.87.43 NewGuinea.44.NGC 100 China.89.44 China.99.11 100 Austral.93.TSV01 Den1.90.Sing275 Den3.56.PhilH87 Den4.81.DR814669 9
Propriedades Físico-Químicas Organização gênica Genomas grandes: contém introns regiões codificadas e removidas do RNA transcrito primário para formar o mrna RNA Fita simples ou fita dupla Segmentados ou não-segmentados Fita simples DNA Parvovírus: genoma DNA fita dupla linear OU circular Hepadnavírus: genoma DNA fita dupla com segmento parcial em fita simples, utilizam RNA intermediário durante a replicação Pode codificar entre 4 e 200 proteínas Propriedades Físico-Químicas Organização gênica - Estruturas secundárias consideráveis, com provável função de controle de replicação, transcrição e tradução ou empacotamento do capsídeo Definido de acordo com sentido ou polaridade Polaridade + mesmo sentido do mrna Polaridade - complementar ao mrna Arenavírus e Bunyavírus (1 genoma): ambisense parte +, parte 10
Propriedades Físico-Químicas Organização gênica Adsorção Internalização Replicação Montagem, maturação e liberação Introdução à Virologia Humana, 2008, 2 a Ed. Propriedades Físico-Químicas Organização gênica Adsorção Prorpiedades Gerais do Vírus - Biossíntese Viral Penetração/Internalização Introdução à Virologia Humana, 2008, 2 a Ed. Direta translocação do vírus inteiro através da membrana celular 11
Prorpiedades Gerais do Vírus - Biossíntese Viral Fusão direta fusão dos envelopes com a membrana da célula Vírus Envelopados: fusão direta com membrana plasmática da célula ou fusão com membrana do endossoma após endocitose Endocitose mediada por receptores - Acúmulo de partículas virais CITOPLASMA 17 - Fusão com endossomas Desnudamento Prorpiedades Gerais do Vírus - Biossíntese Viral Em alguns vírus envelopados, o nucleocapsídeo é conduzido próximo ao núcleo celular, onde o ácido nucléico penetra através do poro nuclear No citoplasma, alguns vírus não são completamente desnudados (reovírus) herpesvirus, paramyxovirus, HIV 12
Ciclo replicativo Prorpiedades Gerais do Vírus - Biossíntese Viral Prorpiedades Gerais do Vírus - Biossíntese Viral Duas fases - Período de eclipse: tempo longo após entrada do vírus na célula. Varia de acordo com o vírus, não é detectada partícula viral, fora ou dentro da célula - Período de maturação: acúmulo da progênie viral na célula. Se líticos, ocorre a morte celular; se lisogênicos, podem infectar indefinidamente Prorpiedades Gerais do Vírus - Biossíntese Viral Síntese do ácido nucléico Ocorre tanto no núcleo quanto no citoplasma, dependendo do vírus Síntese das proteínas virais Ocorre SOMENTE no citoplasma - Proteínas estruturais - Proteínas não-estruturais Microbiologia de Brock, 2004, 10 a Ed. 13
Classificação de Baltimore Sete grupos arbitrários Replicação das Partículas Virais RNA fs + (Classe IV) RNA polimerase viral (replicase) Replicação das Partículas Virais Vírus RNA I: DNA dupla fita (Adenovirus; Herpesvirus; Poxvirus, etc) II: DNA simples fita de senso positivo (Parvovirus) III: RNA dupla fita(reovirus; Birnavirus) IV: RNA simples fita de senso positivo (Picornavirus; Togavirus, flavivírus) Fatores proteicos do hospedeiro envolvidos como acessórios de replicação Novas fitas de RNA positivas servem para: - Empacotamento viral - Moldes para replicação - Moldes para mais tradução (atua como mrna) Replicação das Partículas Virais V: RNA simples fita de senso negativo 1) Penetração Replicação das Partículas Virais Vírus RNA (Orthomixovirus, Rhabdovirus, etc) 2) Ligação ao ribossoma VI: RNA simples fita de senso positivo com um ciclo 3) Tradução intermediário de replicação DNA (Retrovirus) 4) Processamento das proteínas VII: DNA dupla fita com um intermediário de RNA 5 VPg RNA GENÔMICO SENSO POSITIVO 3 (Hepadnavirus) RNA (- SENSO) 3 5 VPg RNA polimerase viral (replicase) 5 VPg RNA GENÔMICO SENSO POSITIVO 3 Tradução 14
Replicação das Partículas Virais Vírus RNA mrna policistrônico - Ex: Picornaviridae - Hepatite A, Poliovirus Genoma RNA = mrna Replicação das Partículas Virais Vírus RNA RNA fs + com DNA intermediário (Classe VI Retrovírus) Genoma diplóide IRES Tradução resulta numa poliproteína que é posteriormente clivada em proteínas maduras TR deve ser empacotada com o vírion RNA positivo não serve como mrna molde para a 5 VPg RNA GENÔMICO (+ SENSO) AAAAA transcrição reversa códon inicial para tradução POLIPROTEÍNA códon final para tradução + RNA DS DNA DS DNA 15
RNA fs (Classe V) Replicação das Partículas Virais Vírus RNA Não podem ser diretamente traduzidos Replicação das Partículas Virais - RNA fs - TRANSCRIÇÃO, TRADUÇÃO, REPLICAÇÃO genoma senso negativo 3 5 Associado a transcriptase viral (RNA polimerase RNA dependente) transcrição mrnas (positivos) replicação Cópias completas RNA polimerase deve estar empacotada no vírion AAA AAA (+) 5 3 Síntese de mrna a partir do RNA (-) AAA AAA Segmentados (Ex: Orthomixovirus) Não segmentados (Ex: Rhabdovirus) = cap AAA ( - ) 3 5 Rhabdovirus Dr FS Murphy http://www.vetnet.ucdavis.edu/fam_graphics/download.html RNA fd (Classe III) Replicação das Partículas Virais - Vírus RNA Estes vírus possuem genomas segmentados. Cada segmento gênico é transcrito separadamente para PROTEÍNAS mrna + RNA - AAA produzir um mrna Síntese de mrna RNA polimerase deve estar empacotada no vírion 16
Genoma RNA dupla fita Capsídeo externo Capsídeo interno Replicação das Partículas Virais - Vírus DNA DNA (Replicação nuclear) Necessário mrna para síntese proteica Proteínas - Utiliza a RNA polimerase e proteínas adicionais da célula hospedeira para a síntese do mrna viral mrna + AAA Precisam replicar seu próprio DNA RNA genômicodupla fita - Muitos tem sua própria DNA polimerase e combinam proteínas virais e celulares para replicar o DNA viral Replicação das Partículas Virais - Vírus RNA Replicação das Partículas Virais - Vírus DNA Maquinaria localizada no núcleo celular Genoma RNA pol RNAdependente (Transcrição) Infectividade do RNA Evento inicial Ciclo lítico: 1) Fase precoce (Early) RNA + Não Infeccioso Tradução RNA - Sim Não infeccioso Transcrição RNA fd Sim Não infeccioso Transcrição - Síntese de proteínas necessárias à replicação do DNA viral - Alteração da síntese protéica normal da célula 2) Fase tardia (Late) Retrovírus RNA + (Diplóide) DNA pol RNAdependente Não infeccioso Transcrição Reversa - Replicação propriamente dita do DNA - Síntese das proteínas estruturais 17
Replicação das Partículas Virais - Vírus DNA Replicação das proteínas precoces - Necessárias à transcrição dos mrna precoces - Necessárias para a síntese do DNA - Alteram a expressão gênica do hospedeiro - Interferem com as defesas anti-virais do hospedeiro - Interferem com o ciclo de regulação celular Produtos gênicos muito precoces ( immediate early ) - Papel no desnudamento viral (citoplasma), anterior à transcrição Replicação das Partículas Virais - Vírus DNA DNA (Replicação citoplasmática) Presença de genes para codificar DNA e RNA pol citoplasmáticas Presença de genes para codificar proteínas acessórias à síntese de DNA e RNA Maiores genomas - p. ex., Poxvírus: 100X maior que Parvovírus (nuclear) Replicação das Partículas Virais - Vírus DNA DNA DNA RNA polimerase viral mrna Introdução à Virologia Humana, 2008, 2 a Ed. 18
Replicação das Partículas Virais - Vírus DNA Transcrição precoce dos vírus DNA de replicação citoplasmática - Ocorre no citoplasma da célula hospedeira - RNA pol viral empacotada no interior do virion - Enzimas para capeamento, metilação, poliadenilação no virion Inibição da tradução na célula hospedeira Replicação das Partículas Virais b) Replicação citoplasmática (contém todos os genes responsáveis pela transcrição e pela replicação e por isso tem um genoma maior) Classe II DNA fs + Parvovírus: replicação ocorre no núcleo e envolve a formaão de uma fita ( - ), que serve de molde para a síntese da fita (+) Replicação das Partículas Virais Resumo das classe virais de acordo com o Classe III RNA fd Replicação das Partículas Virais genoma e as formas de replicação Classe I DNA fd a) Replicação exclusivamente nuclear (muito precoces, precoces, tardios) Adenovírus, Papovavírus, Herpesvírus Reovírus: possuem genomas segmentados, cada segmento gênico é transcrito separadamente para produzir um mrna monocistrônico Classe IV RNA fs + Picornavírus, Calicivírus, Togavírus, Flavivírus, Coronavírus - mrna policistrônico/genoma RNA = mrna 19
Classe V RNA fs Replicação das Partículas Virais Propriedades Antigênicas a) Segmentados (Orthomyxovírus): transcrição pela ação da RNA pol produção de mrna monocistrônicos tradução / molde para replicação do RNA fs ( - ) b) Não segmentados (Rhabdovírus): transcrição de vários mrna molde para tradução de todas as proteínas virais transcrição de um RNA + completo que servirá de molde para a síntese de novos RNAs ( - ) Reações sorológicas obtidas nos centros de referência Propriedades Biológicas Hospedeiro natural - Vertebrados - Invertebrados - Plantas, bactérias e fungos Replicação das Partículas Virais Classe VI RNA fs + com DNA intermediário Retrovírus: genoma + único diplóide. Genoma positivo não serve como mrna, mas como molde para a transcrição reversa Classe VII DNA fd com RNA intermediário Hepadnavírus: também utiliza transcrição reversa, mas diferente dos retrovírus, ocorre no interior da partícula viral, na hora da maturação. 1º passo - transcrição Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Biológicas Modo de transmissão na natureza Vetores Distribuição geográfica Patologias Histopatologias Mecanismo de patogenicidade Tropismo 20
Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Biológicas Fatores que afetam a variedade de hospedeiros - Receptores de superfície celular Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Biológicas - Mutantes frequentes - Fogem da resposta imune do hospedeiro - Disponibilidade de utilizar a maquinaria de replicação celular - Habilidade de propagação - Resposta anti-viral do hospedeiro Alterações genéticas virais - Mutação X recombinação gênica com outro vírus Propriedades Gerais dos Vírus Propriedades Biológicas - Hot mutants - Crescem melhor em altas temperaturas do que os tipos selvagens (não mutantes) - São menos susceptíveis à febre do hospedeiro - Mutantes atenuados - Sintomas mais leves ou assintomáticos - Desenvolvimento de vacinas RNA fs (+) Sequestro de componentes proteicos envolvidos na tradução celular em detrimento da síntese proteica da célula hospedeira Poliovírus - mrnas virais compartilham estruturas com mrnas celulares - Direcionamento de elementos celulares 21
Propriedades Gerais dos Vírus Interferência Viral - Presença de extremidade 3 UTR poliadenilado - Manutenção da integridade do mrna - Prolongamento da meia-vida no citoplasma Propriedades Gerais dos Vírus Partículas subvirais Necessitamdeoutrovírus para completaro cicloreplicativo Associados aos vírus deplantas Viróides Genomas maiores que dos virusóies, causam doenças em plantas Possuem RNA fs circular, podendo formar grampos Desprovidos de envoltório proteico Replicam independentemente de outro vírus no núcleo da célula, com auxílio de suas proteínas Agentes infecciosos mais simples que os vírus Vírus Satélites Possuem genoma incompleto Necessitam de outro vírus para completar o ciclo replicativo Virusóides: Propriedades Gerais dos Vírus Partículas subvirais Vírus defectivos Partículas interferentes, ocorrem quando há alta multiplicidade Possuem genoma incompleto Replica somente na presença de outro vírus, porém com maior velocidade Possuem genomas pequenos (RNA fs circular, 200 a 400 pb) 22
Propriedades Gerais dos Vírus Partículas subvirais Príons NÃO possuem ácido nucléico Compostos apenas por proteínas, muito resistentes à Consistem principalmente em segmentos em α-hélice Gene natural da célula normal inativação por processos físicos ou químicos Apresentam capacidade de modificar outras proteínas celulares saudáveis em proteínas doentes A destruição da proteína só ocorre sob incineração do material contaminado Proteína celular normal, encontrada em animais sadios Príon patogênico Exibem mais regiões β -pregueadas Resistência a proteases insolubilidade agregação no interior da célula neural sintomas neurológicos Propriedades Gerais dos Vírus Partículas subvirais Doenças em animais Scrapie (ovinos) Doença debilitante crônica (cervos e alces) Doenças kuru e de Creutzfeldt-Jakob CJD (humanos) Mal da vaca louca Encefalopatias espongiformes transmissíveis Transmissível para seres humanos Novo tipo de CJD (vcjd) Ciências da vida Estudo da biologia celular e molecular: sistemas simples que podem ser usados para manipular e investigar funções celulares Ciências de materiais e nanotecnologia Vírus geneticamente modificados para criar uma batira com densidade de energia 3X a dos materiais atuais 23