Estrutura, multiplicação e classificação Vírus: Estrutura, multiplicação e classificação

1. Introdução vírus (latim) = veneno 1392: na Inglaterra o primeiro relato sobre “vírus” = veneno 1728: primeiro relato de sua relação com infecção 1796: Edward Jenner criou a vacina contra a varíola 1892: Dmitry Ivanowski: Mosaico do fumo (TMV: tobacco mosaic virus) através do método de filtragem (filtro Chamberland) – toxina de bactéria 1898: Beijerinck e os vírus (contagium vivum fluidum) 1935: Wendell Stanley vírus constituídos de proteína isolamento do TMV

Jenner imunizando uma criança contra a varíola

1. Introdução vírus (latim) = veneno 1392: na Inglaterra o primeiro relato sobre “vírus” = veneno 1728: primeiro relato de sua relação com infecção 1796: Edward Jenner criou a vacina contra varíola 1892: Dmitry Ivanowski: Mosaico do fumo (TMV: tobacco mosaic virus) através do método de filtragem (filtro Chamberland) – toxina de bactéria 1898: Beijerinck e os vírus (contagium vivum fluidum) 1935: Wendell Stanley vírus constituídos de proteína e ácidos nucléicos = vírion executou o isolamento do TMV

[Wendell Meredith Stanley (1904-1971)] Diagrama do TMV (vírus do mosaico do fumo) Stanley recebendo o Prêmio Nobel (1946) ”Em relação à natureza dos vírus, é óbvio que não pode ser traçada uma nítida linha, separando coisas vivas e coisas não vivas. Esse fato serve para aquecer a velha discussão sobre a questão “o que é a vida?” [Wendell Meredith Stanley (1904-1971)]

1. Introdução 1949: John Enders: cultivo dos vírus em culturas de células Entidades infecciosas não celulares cujos genomas são constituídos de DNA ou RNA * Não são organismos vivos, replicação somente no interior de células vivas – necessita, portanto, de uma célula hospedeira * Usando sistemas de produção de energia e biossíntese do hospedeiro para sintetizar cópias e transferir seu genoma para outras células * Intra ou extracelulares

1. Introdução 1949: John Enders: cultivo dos vírus em culturas de células Entidades infecciosas não celulares cujos genomas são constituídos de DNA ou RNA * Não são organismos vivos, replicação somente no interior de células vivas – necessita, portanto, de uma célula hospedeira * Usando sistemas de produção de energia e biossíntese do hospedeiro para sintetizar cópias e transferir seu genoma para outras células * Intra ou extracelulares

2. Origem Hipótese regressiva/degenerativa: pequenas células que parasitavam células maiores (Rickettsia e Chlamydia) Hipótese da origem celular: originados de pedaços de DNA e RNA que “escaparam” de células maiores (plasmídios, transposons) Hipótese co-evolutiva: evoluíram de moléculas complexas de proteínas e ácidos nucléicos junto com as demais formas da vida na terra

3. Morfologia básica tamanho: 20-300 nm (10-100 vezes menores que as bactérias) 1 nm = 10-3 μm (0,001 μm) 1 μm = 10-3 mm (0,001 mm) portanto, 1 nm = 10-6 mm (0,000001 mm) b) componentes * parte central de ácido nucléico * capa protéica: capsídeo (unidades: capsômeros): - simetria helicoidal: TMV, sarampo, gripe - simetria icosaédrica * envelopados: nucleocapsídeo envolvido por uma membrana de lipoproteínas

ou 0,2 mm ou 0,0002 mm ou 0,00006 mm 0,00002 mm 0,00009 mm 0,0002 mm 0,0015 mm

3. Morfologia básica tamanho: 20-300 nm (10-100 vezes menores que as bactérias) nm = 1 milésimo de μm b) componentes * parte central de ácido nucléico * capa protéica: capsídeo (unidades: capsômeros): - simetria helicoidal: TMV, sarampo, gripe - simetria icosaédrica * envelopados: nucleocapsídeo envolvido por uma membrana de lipoproteínas

ácido nucléico capsídeo capsômeros

3. Morfologia básica tamanho: 20-300 nm (10-100 vezes menores que as bactérias) nm = 1 milésimo de μm b) componentes * parte central de ácido nucléico * capa protéica: capsídeo (unidades: capsômeros): - simetria helicoidal (cilíndrica): TMV, sarampo, gripe - simetria icosaédrica * envelopados: nucleocapsídeo envolvido por uma membrana de lipoproteínas

Vírus de simetria helicoidal

3. Morfologia básica tamanho: 20-300 nm (10-100 vezes maiores que as bactérias nm = 1 milésimo de μm b) componentes * parte central de ácido nucléico * capa protéica: capsídeo (unidades: capsômeros): - simetria helicoidal: TMV, sarampo, gripe - simetria icosaédrica (esférica) * envelopados: nucleocapsídeo envolvido por uma membrana de lipoproteínas

Vírus de simetria icosaédrica

3. Morfologia básica tamanho: 20-300 nm (10-100 vezes menores que as bactérias) nm = 1 milésimo de μm b) componentes * parte central de ácido nucléico * capa protéica: capsídeo (unidades: capsômeros): - simetria helicoidal: TMV, sarampo, gripe - simetria icosaédrica * envelopados: nucleocapsídeo envolvido por uma membrana de lipoproteínas

Vírus envelopados

Parvoviroses de animais Hepatite B Papilomavirus - sexual Doenças de vertebrados e invertebrados Gastroenterites Conjuntivites Hepatites Pneumonia Vírus da herpes, varicela, encefalite, roséola, etc. Doenças de vertebrados (peixes) e invertebrados (insetos)

Raiva Rubéola Resfriado em humanos Vírus da influenza Roedores Resfriado, pneumonia, gastroenterite Doenças do sistema respiratório e gastroentestinal Bronquite, pneumonia, sarampo Febre hemorrágica bioterrorismo HIV

ácido nucléico viral + capsídeo = nucleocapsídeo c) ácido nucléico viral DNA ou RNA DNA e RNA (nunca simultaneamente) o genoma pode ser: linear: vírus de animais com RNA circular: ex. herpesvirus (dsDNA) fita simples fita dupla ssDNA dsDNA ssRNA dsRNA segmentado: vírus da influenza (gripe): 8 segmentos

ácido nucléico viral + capsídeo = nucleocapsídeo c) ácido nucléico viral DNA ou RNA DNA e RNA (nunca simultaneamente) o genoma pode ser: linear: vírus de animais com RNA circular: ex. herpesvirus (dsDNA) fita simples fita dupla ssDNA dsDNA ssRNA dsRNA segmentado: vírus da influenza (gripe): 8 segmentos

4. Hospedeiros virais Parasitando animais, plantas, microrganismos animais = doenças animais plantas = doenças de plantas (nanismos) microrganismos = bacteriófagos

Síntese de mRNA após a infecção celular por diferentes tipos de vírus Exemplos Classe Descricção do genoma e estratégia de replicação Vírus bacterianos Vírus de animais I DNA fd Lambda, T4 Herpesvirus, poxvirus II DNA fs ɸΧ174 Vírus de anemia aves III RNA fd ɸ6 Reovírus IV RNA fs (sentido +) MS2 Poliomielite V RNA fs (sentido -) Influenza, raiva VI RNA fs (replicação interm. DNA) Retrovírus (AIDS, cânceres) VII DNA fd (replicação interm. RNA) Hepatite B

Síntese de mRNA após a infecção celular por diferentes tipos de vírus Vírus de RNA de fita + = vírus que contenha genoma de RNA de fs com a mesma orientação de seu mRNA Vírus de RNA de fita - = vírus que contenha genoma de RNA de fs que seja complementar ao seu genoma

5. Replicação dos vírus Ligação Penetração Síntese de ácidos nucléicos Montagem de capsídeos Liberação vírions maduros

Ligação Penetração Liberação Montagem dos capsídeos Síntese de ácidos nucleicos

5. Replicação dos vírus Bacteriófagos (vírus de bactérias) Ciclo lítico (fagos virulentos) a) adsorção: ligação a receptores específicos podem existir mais de um receptor para o mesmo vírus mutações nos receptores

5. Replicação dos vírus Bacteriófagos (vírus de bactérias) Ciclo lítico (fagos virulentos) b) penetração: entrada do AN viral na célula entrada com o capsídeo entrada nu

5. Replicação dos vírus Bacteriófagos (vírus de bactérias) Ciclo lítico (fagos virulentos) c) síntese dos componentes virais eventos iniciais: enzimas: polimerases síntese do mRNA eventos tardios: proteínas estruturais (capsômeros) ácido nucléico viral

5. Replicação dos vírus Bacteriófagos (vírus de bactérias) Ciclo lítico (fagos virulentos) d) montagem síntese das enzimas de montagem agregação das proteínas estruturais condensação do AN viral

25 min. após a infecção são liberados 50-100 novos vírus 5. Replicação dos vírus Bacteriófagos (vírus de bactérias) Ciclo lítico (fagos virulentos) e) liberação de novos vírus síntese das endolisinas lise da célula hospedeira liberação rápida liberação lenta (extrusão) 25 min. após a infecção são liberados 50-100 novos vírus

5. Replicação dos vírus 5.1. Ciclo lisogênico a) adsorção b) penetração do genoma c) síntese de proteínas funcionais (inserção) d) integração do genoma viral ao genoma da célula Sem montagem nem liberação do novo vírus

Nesse caso há transcrição Replicação dos vírus: comparação entre os ciclos lítico e lisogênico (vírus temperados) (Madigan et al., 2004) Vírus da herpes Nesse caso há transcrição mas não replicação do vírus

5. Replicação dos vírus 5.2. Vírus de animais e plantas a) adsorção glicoproteínas (espículas) especificidade de hospedeiros, espécie, tecidos * plantas: parece não haver receptores específicos

5. Replicação dos vírus 5.2. Vírus de animais e plantas b) penetração e desnudamento: * animais: - liberação do AN viral na célula - fusão do envelope viral com a membrana, ou - endocitose: pinocitose, fagocitose - enzimas que digerem o capsídeo * plantas: - vetores: bactérias, fungos, nematóides, fungos, insetos - poros nas paredes - ferimentos: abrasão, cortes, vento c) biossíntese dos componentes virais eventos iniciais: polimerases, mRNA eventos tardios: proteínas estruturais, síntese AN viral d) maturação e montagem

5. Replicação (multiplicação) dos vírus Replicação de um vírus de planta: vírus do nanismo da cevada

5. Replicação dos vírus 5.2. Vírus de animais e plantas e) liberação mecanismos variáveis: - lise da célula (certos animais), em vírus nus - exocitose - vírus envelopados: áreas específicas da MP (brotamento) p. ex. vírus da gripe: enzima neuraminidase para excisão do broto

Critérios Taxonômicos Os critérios taxonômicos mais importantes para diferenciação entre as Ordens, Famílias e Gêneros, são: Tipo e organização do genoma viral; Estratégia da replicação viral; Estrutura do virion (capsídeo, etc.).

Critérios Taxonômicos As características para diferenciação entre espécies de vírus, são: Relação entre a sequência do genoma (DNA, RNA, cistrons); Hospedeiro; Tropismo celular (interação hospedeiro-vírus – glicoproteinas de membrana); Patogenicidade e citopatologia; Modo de transmissão; Propriedades fisico-químicas dos vírions; Propriedade antigênica das proteínas virais

6. Classificação dos vírus Exemplo de Classificação Ordem (com sufixo -virales); Família (sufixo -viridae); Subfamília (sufixo -virinae) Gênero (sufixo -virus) Espécie (por ex. tobacco mosaic virus) O vírus Ebola é classificado da seguinte maneira: Ordem Mononegavirales Família Filoviridae Gênero Ebolavirus Espécie: Zaire ebolavirus (Rio Ebola no Sudão e Zaire- 1 ocorrência)

6. Classificação dos vírus Famílias Poxyviridae Herpesviridae Parvoviridae Retroviridae Picornaviridae Gêneros Enterovírus (trato alimentar), exemplo de espécies: Poliovirus 1, 2 e 3. Cardiovírus (neurotrópico), exemplo de espécie: Mengovírus Rhinovírus (região naso-faringeal), exemplo de espécie: Rhinovírus 1a Hepatovírus (fígado), exemplo de espécie: Hepatíte A

7. Outros agentes infecciosos: sub-viróides - menores agentes infecciosos conhecidos (246 a 399 nucleotídeos) - muita homologia de sequência entre si (ancestral comum) - compostos somente de RNA simples (circular) nu - sem capa protéica - sem genes codificando enzimas ou outras proteínas - total dependência do hospedeiro - localizados no núcleo: interferência direta com a regulação gênica - possível origem: riborganismos ex.: doença cadang-cadang (coqueiro – 246 nuc.) exocortis dos citros (375 nuc.) PSTV do tubérculo da batata (359 nuc.)

7. Outros agentes infecciosos: sub-viróides Exocortis dos citros Cadang-cadang PSTV

penetram por feridas deslocam-se por meio de plasmodesmas replicação usando maquinária da célula ribozima para clivagem do RNA multimérico Estrutura de um viróide ilustrando de que modo o RNA circular de fita simples pode gerar uma estrutura aparentemente de fita dupla. (Madigan et al., 2004)

7. Outros agentes infecciosos sub-virais 7.2. Príons (proteinaceous infectious particles) - proteínas PrPc codificadas pelo gene Prnp - tem função (ao ligar-se ao Cu) de permitir comunição entre as células cerebrais - Forma patogênica da proteína: PrPSc - somente proteínas (?) ou AN não detectado (?) - não são encontrados em plantas (leveduras) - localizam-se nas céluas do SNC (crônica) - incubação longa (anos) - alta resistência a UV e calor - ex.: kuru, scrapie (ovinos), encefalopatia espongiforme bovina (vaca louca)

Kuru, Transmitida durante rituais canibalísticos entre os membros da etnia Fore em Papua, New Guinea: Consumo de partes do cerébro de mortos. Entre esse povo, as mulheres e crianças comiam o cerébro, pés e mãos: Partes mais nobres eram deixadas para os homens. Mulheres e crianças eram as principais vítimas da doença. A incubação é de até 30 anos mas, uma vez aparecendo os sintomas, a doença progride rapidamente. Morte: 3 a 12 meses após o aparecimento dos sintomas A incidência da doença diminuiu após a abolição do canibalismo nessas etnias.

Vaca louca