Aula 1: O que é um vírus?
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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 • Onde estão vírus? • Por que eles “não fazem” parte da árvore da vida? Fonte: Pepper et al., 2011 2 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: derivados de retrovírus elementos virais • 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 Todos os vírus causam danos? Colonizada Vírus da Curvularia tolerância Thermal termal da Tolerance Curvularia Virus Temperatura 55oC Não colonizada Curvularia protuberata 10 Tulip breaking virus (TBV) Pétalas “anormais” Quebras de cor Não forma pigmento em partes da flor 11 O quão infectados estamos? • HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7, HHV‐8 • Permanecem no organismo por toda a vida 12 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 13 Escopo da aula • Uma breve introdução a classificação e a estrutura viral • Etapas da replicação viral • Tipos de genoma 14 Definição Classificação Replicação Viral Estrutura Tipos de genoma 15 Definição Classificação Replicação Viral Estrutura Tipos de genoma 16 O que é um vírus? • Muito pequenos, infecciosos • Parasita intracelular obrigatório • “Partículas químicas” que não podem se reproduzir sozinhas • Necessitam de um hospedeiro celular 17 Os vírus são muito pequenos Átomo de carbono Ribossomos HIV-1 Fago TMV Poliovírus E. coli 100.000 X Miosina Actina 1.000.000 X 18 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 Pithovirus sibericum • 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) 21 Pithovirus sibericum • Vírus com grande nucleocitoplasmatico • Vírus DNA, 610 Kb 467 proteínas diferentes • 1,5 µm (microscópio óptico) • Hospedeiro: Acanthamoeba 22 Definição Classificação Replicação Viral Estrutura Tipos de genoma 23 Classificação dos vírus • Natureza e sequencia de ácido nucleio • Simetria ou forma do capsídeo • Presença ou ausência de envelope • Dimensão do virion ou capsídeo 24 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 1030 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 Classificação Replicação Viral Estrutura Tipos de genoma 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 Classificação Replicação Viral Estrutura Tipos de genoma 36 Replicação • Replicação em biologia – Síntese de moléculas de ácidos nucléicos X • Em virologia – Todo o processo de multiplicação viral 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 diferentes células animais ou de • Tropismo – Predileção por células ou tecidos • Presença de receptores • Ex.: H5N1 se liga aos receptores de ác siálicogalactose 41 Ácido siálico: receptor influenza Memb celular Ligação α-2,3 (aves) • 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) Receptores celulares Vírus nú: proteínas do capsídeo Proteínas (glicoproteínas) Vírus envelopados: 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 RNA Vírus DNA 55 Definição Classificação Replicação Viral Estrutura Tipos de genoma 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 4. Expressão gênica Classificação de Baltimore (1975) Vírus de DNA fs Síntese da outra fita Vírus de DNA fd (±) Intermediário de DNA fd Transcrição reversa Transcrição Pode ser usado diretamente Vírus RNA fs (+) mRNA Transcrição fita (-) (sentido +) Retrovírus RNA fs (+) Transcrição fita (-) Vírus RNA fs (-) Vírus de RNA fd (±) Fonte: Madigan, 2004. 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 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 62 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) 63 Genomas pdsDNA – fita parcialmente dupla Traduzido Transcrito Replicado Replicado Replicado Transcrito Transcriptase reversa • Replicação parte núcleo e parte no citoplasma • Expressão gênica: inicial, intermediaria e tardia • Quebra do dogma da biologia: DNA => RNA => X Proteínas • Ex.: Vírus da Hepatite B 64 5.2. Replicação vírus RNA • Replicação no citoplasma – * Ortomixovírus: no núcleo RNA fita simples Maioria • 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 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 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: intermediário de RNA (-) replicação do genoma num • 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 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) 68 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) 69 Genomas ssRNA (+) com DNA intermediário Traduzido Transcrito Replicado Replicado Transcriptase reversa provírus • Replicação no citoplasma e núcleo • Carregam: RT, integrase, protease • Única família: Retroviridae • Ex.: HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano) 70 Definição Classificação Tipos de genoma Estrutura Replicação Viral 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 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 74 7. Liberação (vírus envelopado) • Envelope adquirido das membranas celulares internas 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 • 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/) 82 Grato pela atenção!!! [email protected] Fonte: http://www.stanford.edu/group/virus/mimi/2005/Origin.htm
