UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA E PARASITOLOGIA PROJETO DE MONITORIA NA DISCIPLINA DE VIROLOGIA III
“
Apostila – Morfologia e Replicação Viral”
Monitora: Haiany Martins Orientadora: Tatiana Xavier
Sumário
1. Introdução ...1 1.1. Definição ...1 1.2. Componentes virais ...1 2. O Vírus ...4 2.1. Genoma ...4 2.1.1. Linear ...4 2.1.2. Circular ...52.1.3. Polaridade positiva e polaridade negativa ...5
2.2. Capsídeo viral ...6
2.2.1. Simetria icosaédrica ...6
2.2.2. Simetria helicoidal ...7
2.2.3. Simetria complexa ...7
2.3. Envelope ...8
2.3.1. Resistência viral associada à presença do envelope ...8
2.4. Complexos de enzimas ...9
2.4.1. O Vírus RNA ...9
2.4.2. Vírus RNA e a variabilidade genética ...10
3. Replicação Viral ...11
3.1. Adsorção ...11
3.2. Penetração ...12
3.2.1. Endocitose mediada por receptor ...12
3.2.2. Fusão de envelope ...13
3.2.3. Translocação ...13
3.3. Desnudamento ...13
3.4. Replicação ...13
3.4.1. Vírus de genoma DNA dupla fita ...14
3.4.2. Vírus de genoma DNA simples fita...16
3.4.3. Vírus de genoma RNA simples fita polaridade positiva ...17
3.4.4. Vírus de genoma RNA simples fita polaridade negativa ...17
3.4.5. Vírus de genoma RNA dupla fita ...18
3.4.6. Vírus de genoma RNA simples fita polaridade positiva (Retrovírus) ...18
4. Montagem ...19
5.1. Vírus não envelopados ...19
5.2. Vírus envelopados ...19
5.2.1. Brotamento – envelope da membrana celular ...20
5.2.2. Exocitose – envelope de membranas internas ...20
1. Introdução
1.1. Definição
Os vírus, em sua estrutura básica, são compostos por material genético envolto por uma camada de proteína. São parasitas intracelulares obrigatórios muito pequenos, não podendo ser visualizados em microscopia ótica e que, dentro do contexto médico-veterinário de agentes etiológicos, possuem uma única espécie de ácido nucleico – DNA ou RNA, portando apresentando famílias de genoma DNA e famílias de genoma RNA.
A simplicidade da partícula viral a torna uma estrutura resistente, porém, dependente de organelas celulares para seu processo de replicação, precisando sempre de uma célula viva para se multiplicar.
“O genoma viral – ácido ribonucleico (RNA) ou desoxirribonucleico (DNA) – codifica apenas as informações necessárias para assegurar a sua multiplicação, empacotamento do genoma e para subversão de funções celulares em benefício da sua multiplicação. Ao contrário de células eucariotas e procariotas, os vírus não crescem ou se dividem; e sim são produzidos pela associação dos seus componentes pré-formados no interior da célula infectada” (FLORES, E. F. 2007).
1.2. Componentes virais
Conforme descrito anteriormente, uma partícula viral sempre possuirá um genoma, que será RNA ou DNA. Esses diferentes tipos de genoma possuem certas características particulares em relação à replicação na célula - tratadas adiante - que foram determinadas pelo processo evolutivo.
Independente do tipo de genoma encontrado, a função do genoma será sempre a de trazer informação genética. O material genético é uma sequência de nucleotídeos, que será transcrita e traduzida em aminoácidos, que resultarão em proteínas. De acordo como tipo de proteína gerada, haverá uma determinada função. Sendo assim, a disposição dos nucleotídeos determinará infecciosidade e a composição da partícula viral, e o material genético é a parte mais importante da partícula viral.
Fonte: http://www2.ibb.unesp.br/Museu_Escola/4_diversidade/alimentacao/imagens/dna_rna.jpg (Modificada)
O material genético, porém, é muito lábil na natureza. Em razão disso, por um processo de seleção ao longo da evolução, os vírus trazem consigo outra estrutura, com função principal de proteger esse ácido nucleico e manter o material genético íntegro até a entrada na célula: o capsídeo, que estará presente em todas as famílias de vírus. De acordo com a presença ou ausência de um terceiro componente na estrutura básica das partículas, dois grupos principais de vírus ainda podem ser reconhecidos: os vírus sem envelope e os vírus com envelope. O vírus precisa se ligar à célula. A parte mais externa da partícula viral é a que será responsável por essa interação com a célula do hospedeiro. Assim, no caso de vírus não envelopados, o capsídeo servirá como proteção e também terá um papel na interação com os receptores celulares. Já
no caso dos vírus envelopados, o envelope assume o papel da interação com os receptores.
Figura 2. Um par de bases consiste em dois nucleotídeos opostos e complementares nas cadeias de DNA e RNA que estão conectadas por ligações de hidrogênio
Vírion é o nome dado à partícula viral com capacidade infecciosa Nucleocapsídeo é o nome dado ao conjunto genoma e capsídeo
Se um vírus for do tipo não envelopado: O vírion será composto por genoma e capsídeo Se um vírus for do tipo envelopado:
O vírion será composto por genoma, capsídeo e envelope.
“A arquitetura e modo com que as partículas víricas são construídas devem permitir o desempenho de duas funções fundamentais: a) proteção do genoma durante o transporte entre células e entre hospedeiros, e b) liberação do genoma íntegro e viável após a penetração na célula hospedeira. A evolução fez com que a arquitetura das partículas víricas tenha sido adequada para cumprir essas tarefas. Ou seja, os vírions são resistentes o suficiente para proteger o genoma no exterior das células e são facilmente desintegrados ao penetrarem na célula hospedeira, para permitir a pronta liberação do genoma no seu interior”(FLORES, E. F. 2007).
Vírus são basicamente compostos por genoma e proteínas Vírus podem ter genoma do tipo RNA ou DNA, não ambos
Vírus sempre possuem genoma e capsídeo, e alguns também podem possuir envelope
A estrutura mais externa numa partícula viral será a responsável pela interação com os receptores das células hospedeiras
2. O Vírus
2.1. Genoma
Para cada família de vírus, haverá um tipo de genoma, que será DNA ou RNA. Porém, a conformação desse genoma é variável.
De modo diferente do que ocorre em organismos eucariotas e procariotas, nos quais o genoma é constituído por moléculas de DNA de cadeia dupla e os RNAs possuem fita simples, os genomas dos vírus apresentam variações de tipo e estrutura, que incluem desde genomas de DNA de fita simples (ssDNA*) até RNA de fita dupla (dsRNA*). Essa variação pode ser particularmente interessante para alguns vírus, como o da Influenza, por exemplo, onde o tipo de RNA encontrado possui relevância para a ocorrência de surtos.
Um genoma pode apresentar-se nas seguintes formas: 2.1.1. Linear
A informação genética se apresentará na forma de uma fita, de extremidades livres, com nucleotídeos.
Os genomas podem, ainda, ser constituídos por uma única molécula (genomas não segmentados), ou por mais de uma molécula (genomas segmentados)
De maneira geral, vírus possuem mais do que uma proteína compondo a estrutura viral. Para que essa informação genética seja traduzida para formar proteínas para montar o vírus, haverá dois caminhos:
a. Genoma não segmentado: polimerases celulares – que podem ser uma DNA polimerase ou RNA polimerase - utilizarão essa fita como molde, gerando uma única poliproteína, que é posteriormente clivada.
Ou
b. Genoma segmentado: cada segmento de uma fita será transcrito e traduzido em uma proteína viral.
Algumas características, como a presença de segmentação no genoma, irão interferir na variabilidade do vírus. Todos os tipos de genoma viral são eficientes no seu processo de replicação, mas algumas conformações de genoma afetam de forma direta a epidemiologia do vírus.
2.1.2. Circular
Molécula apresenta-se enrolada sobre o seu eixo longitudinal. Ao contrário dos genomas lineares, que apresentam as extremidades livres, os genomas circulares apresentam a cadeia contínua, sem extremidades.
2.1.3. Polaridade positiva e polaridade negativa
O ácido nucleico genômico de todos os vírus RNA é composto por moléculas lineares, que podem ser de polaridade positiva ou negativa, havendo, inclusive, vírus de genoma RNA dupla fita. Além disso, alguns vírus RNA podem necessitar de uma ou mais enzimas não encontradas na célula hospedeira para iniciar o processo de replicação, sendo mais uma estrutura presente na partícula viral.
Em relação à composição, o genoma viral pode ser DNA ou RNA
Se for DNA, será dupla ou simples fita, e poderá ser linear, segmentado ou circular Se for DNA, utilizará DNA polimerase celular dependente de DNA
Se for RNA, poderá ser de dupla ou simples fita, polaridade positiva ou negativa. Vírion é o nome dado à partícula viral com propriedade infecciosa
Nucleocapsídeo é o nome dado ao conjunto genoma + capsídeo viral
Adicionalmente ao nucleocapsídeo, alguns vírus RNA podem apresentar envelope e/ou enzima ou um complexo de enzimas associado para iniciar sua replicação na célula suscetível
Figura 4. Exemplo de vírus com genoma DNA dupla fita circular (Papillomavirus).
2.2. Capsídeo viral
By Y_tambe (Y_tambe's file) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons
Diferentes fotos de microscopia eletrônica de vírus evidenciam diferentes aspectos, que são conferidos pelo capsídeo e o envelope, havendo diferentes conformações. Os capsídeos são formados por complexos de proteínas chamados capsômeros.
Além da função de proteção do genoma viral exercida em todos os vírions, nos vírus não envelopados o capsídeo também assume responsabilidade pelas interações iniciais dos vírions com a célula hospedeira no processo de adsorção viral, sendo suas proteínas de superfície os alvos da resposta imunológica.
O capsídeo pode ser de simetria icosaédrica (também chamada “bola de futebol”), helicoidal ou complexa. As três são eficientes na proteção, porém a icosaédrica oferece maior espaço interno com menor espaço externo e menor gasto de proteína, o que pode ser considerado interessante, do ponto de vista evolutivo, se forem consideradas situações onde ocorre processo de replicação rápido e é preciso aproveitar todos os recursos celulares.
2.2.1. Simetria icosaédrica
O conjunto de capsômeros formará o capsídeo. Os icosaedros são a menor estrutura da forma icosaédrica, que se associam por afinidade de proteínas durante a fase de montagem da partícula viral. Capsídeos icosaédricos são formados pela associação de 20 (vinte) unidades triangulares planas idênticas, unidas entre si em 12 (doze) vértices e arranjadas ao redor de uma esfera imaginária (FLORES, E. F. 2007).
Figura 5: modelo esquemático do vírus do mosaico do Tabaco: 1.
Ácido nucleico; 2. Capsômero; 3. Capsídeo
Fonte: http://1.bp.blogspot.com/-DTlBzlKQerg/USvBQEG9LPI/AAAAAAAAAKk/SodfVVVPfFI/s1600/virus+icosaedrico.png (Modificada)
Ex.: Adenovírus, Parvovírus, Herpesvirus, Retrovirus e outros.
2.2.2. Simetria helicoidal
Nesta simetria, o genoma viral está ligado a toda proteína de capsídeo [Figura 5], formando uma espiral, de modo que, na microscopia eletrônica, a partícula viral aparecerá mais alongada. Visto que a função de proteção está preservada, essa estrutura também é eficiente para o processo de replicação.
Ex.: Rhabdovirus, Orthomyxovirus, Coronavirus, Paramyxovirus.
2.2.3. Simetria complexa
Capsídeos aparecem de forma não definida, sendo denominados genericamente capsídeos complexos.
Figura 6. Representação esquemática de um vírus com capsídeo icosaédrico: A. capsômero; B. genoma no interior; C: capsídeo; em vermelho, são evidenciadas as unidades estruturais arranjadas em faces triangulares.
Para cada família de vírus, haverá, obrigatoriamente, um nucleocapsídeo
Esse nucleocapsídeo será, obrigatoriamente, composto por genoma DNA ou RNA +
capsídeo em simetria icosaédrica ou helicoidal ou complexa
Ambos os genomas e simetrias são eficientes para o processo de replicação viral A simetria icosaédrica proporciona um melhor aproveitamento dos recursos celulares
para o processo de replicação viral
2.3. Envelope
Não está presente em todas as famílias de vírus. Quando presente, o envelope será incorporado ao vírus na fase final do processo de montagem e replicação, uma vez que é adquirido a partir de membranas celulares, podendo ser da membrana celular externa ou da membrana de organelas, como Complexo de Golgi e Retículo Endoplasmático. Em função dessa origem, o envelope terá uma composição muito parecida com a composição de membrana celular, com uma bicamada lipídica com a inserção de glicoproteínas codificadas pelo genoma viral.
2.3.1. Resistência viral associada à presença do envelope
A parte mais externa da partícula viral é a que será responsável pela interação com a célula do hospedeiro. Assim, existindo uma bicamada lipídica externamente, e sendo ela a responsável pela interação vírus-célula, ao ser destruída por solvente orgânico ou sabão, a porção do vírus que entrará em contato com a célula hospedeira será prejudicada e o vírus será inativado. Por esta razão, diversas campanhas publicitárias do Ministério da Saúde incentivam lavar as mãos com água e sabão como forma de auxiliar na profilaxia contra o vírus da gripe, uma vez que trata-se do vírus Influenza, que é do tipo envelopado.
Por outro lado, vírus que não possuem envelope não são inativados simplesmente por água e sabão.
Temperaturas elevadas são capazes de desnaturar proteínas tanto de capsídeo quanto de genoma. Não havendo modo de ocorrer interação vírus-célula e sequer informação genética para ser transmitida, a partícula viral está inativada. Do mesmo modo, grandes extremos de pH também irão desnaturar proteínas. Apesar disso, vírus cuja transmissão envolve o trato gastrintestinal tendem a resistir às alterações de Ph devido à seleção ao longo da história evolutiva, mas ainda assim não serão alterações extremas. Para limpeza, usa-se água sanitária (hipoclorito de sódio) ou formaldeído, que desnaturam proteínas eficientemente, assim como
a exposição à luz ultravioleta. Fonte: https://www20.anvisa.gov.br/
2.4. Complexos de enzimas
Vírus são estruturas muito simples, que irão utilizar organelas e componentes da célula no seu processo de replicação. Por essa razão, vírus de genoma DNA precisarão encontrar, na célula, a DNA polimerase – localizada no núcleo celular - , uma vez que eles não trazem essa enzima consigo. O genoma dos vírus, em geral, é muito compacto, e codifica apenas as proteínas essenciais para assegurar a sua replicação e transmissão, além de trazerem em sua estrutura somente enzimas que não sejam naturalmente encontradas na célula hospedeira, utilizando toda a maquinaria celular possível para seu processo de replicação.
2.4.1. O Vírus RNA
Enzimas polimerases promovem a ligação dos nucleotídeos, sendo sua função, portanto, construir um polímero. Em um processo de duplicação de DNA [Figura 9], ocorrendo na célula hospedeira animal (cujo genoma sempre apresenta-se em dupla fita), haverá a presença, dentre outras enzimas, da DNA Polimerase, que irá sintetizar outra fita de DNA utilizando uma fita como molde por complementariedade de nucleotídeos, sendo, desse modo, uma DNA Polimerase DNA dependente. Do mesmo modo, para que ocorra a síntese proteica, é necessário que seja transcrito um RNA mensageiro a partir de uma fita de DNA [Figura 10], que será posteriormente traduzido em aminoácidos. A enzima responsável por esse processo será uma RNA polimerase, sendo assim uma RNA polimerase DNA dependente.
Fonte: https://image.slidesharecdn.com/cidosnuclicosslides-110311052645-phpapp01/95/cidos-nuclicos-slides-10-728.jpg?cb=1299821269 (Modificado)
Fonte: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/figuras/Citologia2/RNA.jpg
Figura 9. Duplicação de DNA dupla fita do tipo semi-conservativa
Figura 10. Etapa de transcrição a partir de DNA dupla
Não existe, em nenhuma célula animal, uma RNA polimerase dependente de RNA, pois o genoma hospedeiro é do tipo DNA e a transcrição de RNA mensageiro para síntese proteica ocorre a partir de uma RNA polimerase DNA dependente, bem como o genoma, durante processo de multiplicação celular, produz novas cópias por DNA polimerase DNA dependente. As polimerases celulares são sempre DNA dependentes, uma vez que o genoma é DNA.
Sendo assim, uma vez que um vírus RNA precise de uma enzima para sintetizar RNA a partir de RNA (RNA Polimerase RNA dependente) ou DNA a partir de RNA (DNA polimerase RNA dependente, também chamada Transcriptase Reversa, presente nos Retrovírus) e conseguir iniciar a replicação, ele deverá, obrigatoriamente, trazer uma enzima ou um complexo de enzimas para isso, sendo mais um elemento na sua estrutura, pois a célula hospedeira não oferecerá toda a maquinaria necessária. 2.4.2. Vírus RNA e a variabilidade genética
Em contraste com a DNA polimerase, a RNA polimerase dependente de RNA não possui capacidade de correção da fita. Além de realizar a polimerização, a DNA polimerase possui, também, atividade de exonuclease, que corrige erros de inserção de nucleotídeos durante a produção de novas cópias, utilizando a fita original para corrigir possíveis inserções incorretas. Isso significa dizer que ocorrem mais erros durante a replicação de vírus RNA do que nos vírus DNA, gerando maior variabilidade. Essa informação é especialmente importante para compreender questões de epidemiologia relacionadas ao Zikavirus e Influenza, principalmente.
Vírus envelopados são mais sensíveis à inativação do que os não-envelopados
Vírus com genoma RNA somente carregarão consigo enzimas que não existam na célula hospedeira
Vírus com genoma RNA podem necessitar carregar consigo um complexo enzimático necessário à replicação viral
Vírus RNA possuem maior potencial para gerar novas variantes na natureza do que os vírus DNA devido à incapacidade de correção da RNA polimerase dependente de RNA
Os componentes virais são quatro, sendo: genoma, capsídeo, envelope e complexo de enzimas, sendo os últimos dois não necessariamente encontrados em todos os vírus
3. Replicação Viral
Uma vez que foram definidas as características dos vírus, seus constituintes e, em especial, a variedade de conformações genômicas encontradas, é possível iniciar a discussão acerca da reprodução, isto é: da replicação viral. Esse termo será utilizado para referir-se a todas as etapas de multiplicação, desde a entrada do vírus na célula hospedeira até a liberação das novas partículas virais.
O processo de replicação pode ser esquematizado em 6 (seis) etapas [Figura 11]: 1. Adsorção: Ligação do vírus à célula
2. Penetração: Entrada do vírus na célula
3. Desnudamento: Vírus se liberta do capsídeo viral, liberando seu genoma no citoplasma ou no núcleo da célula.
4. Replicação: Produção de novas cópias do genoma DNA ou RNA e síntese das proteínas virais
5. Maturação: Montagem da nova partícula viral
6. Liberação: Liberação dos novos vírus pro meio extracelular
Fonte:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a5/Virus_replication.svg/700px-Virus_replication.svg.png (Modificado)
3.1. Adsorção
Para que ocorra a replicação, a célula precisa, primeiramente, apresentar receptores para o vírus, que podem ser proteínas, carboidratos ou lipídeos celulares naturais dispostos na membrana celular nos quais os vírus se ligam. A presença de um receptor determina a suscetibilidade celular, e sua localização se relaciona com o sítio de infecção viral, o que significa dizer que um determinado vírus responsável por manifestações clínicas no trato respiratório encontrará seus receptores nas células do trato respiratório e não em células do fígado, por exemplo. Quando um vírus se liga a diferentes tipos de receptores celulares (afetando diversos sistemas, portanto), ele é chamado pantrópico (ex.: vírus da cinomose é associado a diarreia, quadros respiratórios e alterações neurológicas porque ele encontra receptores em todos esses sistemas).
A ligação vírus-célula ocorre de maneira perfeita por um mecanismo de chave-fechadura, e uma vez que ocorra, é irreversível.
A porção do vírion que se liga ao receptor celular será sempre a mais externa. Em vírus envelopado, as encarregadas dessa função serão as glicoproteínas do envelope, enquanto nos não-envelopados serão proteínas de capsídeo. Do mesmo modo, essas estruturas serão os alvos para anticorpos neutralizantes.
Fonte: http://slideplayer.com/slide/5678655/18/images/31/How+do+viruses+infect+specific+cells.jpg (Modificado)
3.2. Penetração
Para ser bem-sucedido, o vírus precisa adentrar a célula e utilizar os componentes celulares. Para isso, há dois mecanismos principais:
3.2.1. Endocitose mediada por receptor
Ocorrida a adsorção, a célula sofre uma alteração conformacional de membrana e lança projeções que “abraçam” a partícula viral, trazendo-a para o citoplasma dentro de uma vesícula formada pela própria membrana celular.
Uma vez dentro dessa vesícula, o vírus seguirá um mecanismo, dependendo da sua biologia:
3.2.1.1. Vírus envelopado
Ocorrerá acidificação de pH feita ativamente pela partícula viral, que irá induzir alterações conformacionais na glicoproteína do envelope (a mesma responsável pela adsorção também será a envolvida nesse processo) e acontecerá a fusão do envelope com a membrana do endossoma e liberação do nucleocapsídeo no meio intracelular. O pH baixo nos endossomos também facilita a dissociação dos nucleocapsídeos do restante do envelope, resultando na sua liberação no citoplasma.
Figura 12: Exemplos de vírus (a) não envelopado e (b) envelopado, evidenciando a interação vírus-célula entre proteína de capsídeo, em (a), e glicoproteína do envelope viral, em (b).
3.2.1.2. Vírus não envelopado
Ocorrerá o processo de acidificação do mesmo modo, porém, não há estrutura (envelope) para fusionar com a membrana do endossoma. Assim, a alteração de pH desfaz a membrana do endossoma e os nucleocapsídeos ficam livres no citoplasma.
3.2.2. Fusão de envelope
Exclusivo em vírus envelopados.
Vírus envelopados possuem glicoproteínas em seu envelope. Desses, alguns possuem uma glicoproteína F, que é capaz de realizar fusão de envelope com a membrana celular de modo Ph-independente, isto é, não necessitando da acidificação e mudança conformacional que ocorre dentro do endossoma para realizar esta função. Assim, o envelope é fusionado à membrana da célula hospedeira após adsorção e o nucleocapsídeo é liberado no citoplasma.
3.2.3. Translocação
Terceiro mecanismo de penetração do vírus na célula pouco frequente e com poucos exemplos, no qual vírus muito pequenos podem ser capazes de localizar um poro da membrana celular e atravessar ativamente por ele.
3.3. Desnudamento
Até a presente etapa, ocorreu a interação vírus-célula (adsorção) e a penetração da partícula viral na célula suscetível. No caso dos vírus envelopados, o envelope já foi removido - seja por fusão com a membrana plasmática ou por fusão com a membrana do endossoma após endocitose mediada por receptor – e o nucleocapsídeo está no citoplasma; no caso dos não-envelopados, o nucleocapsídeo apenas se libertou do endossoma para o citoplasma.
A estrutura que resta ser removida para a liberação do genoma e efetivo início da replicação viral é o capsídeo. A decapsidação (ou desnudamento) é um processo físico que consiste na desagregação das proteínas de capsídeo, que já não exercem função dentro de um ambiente estável como o citoplasma, liberando, finalmente, o genoma viral na célula.
3.4. Replicação
A produção de novas cópias de genoma e a síntese de proteínas virais ocorre nesta etapa.
Formação de novas cópias do genoma viral Síntese das proteínas virais:
enzimas associadas ao genoma proteínas de capsídeo
Em um primeiro momento, acontecerá a síntese de proteínas que são necessárias para o processo de replicação, depois serão produzidas novas cópias do genoma, e então ocorre a montagem e liberação de nova partícula viral.
Esse primeiro momento é melhor descrito como a etapa na qual ocorre a síntese de proteínas de fase precoce. O nome se justifica pelo fato de que, sem essas enzimas, a replicação não se inicia, portanto esses processos acontecem de forma sequencial, de modo que essas proteínas sejam sintetizadas primeiro. As proteínas de fase precoce são não-estruturais, isto é, elas não serão componentes estruturais (como proteínas do capsídeo, por exemplo) das novas partículas virais que serão liberadas, apenas participam do processo de replicação. Elas terão as funções de bloquear o metabolismo celular para reorientá-lo à produção de vírions, parando a síntese de ácido nucleico e de proteínas celulares e de regular a replicação viral. Por outro lado, na fase tardia, como o nome sugere, há a síntese de proteínas estruturais, que serão incorporadas à partícula viral em formação na etapa final da replicação (montagem), participando de sua arquitetura, seguindo-se à liberação. A forma como esses eventos ocorrem dependem do tipo de genoma do vírus em questão, e serão detalhados a seguir.
3.4.1. Vírus de genoma DNA dupla fita
A DNA polimerase encontra-se no núcleo da célula, portanto este é o lugar onde ocorrerá a maior parte da replicação de vírus de genoma DNA (exceção: Poxvírus).
Adsorção Penetração Desnudamento
A partir do desnudamento, o genoma, de forma ativa, entrará no núcleo através dos poros nucleares. No núcleo, uma fita de DNA servirá como molde para a síntese de uma fita complementar, produzindo novas cópias do genoma pela DNA polimerase. Em relação à síntese proteica, a região do genoma que for responsável pela síntese de proteínas estruturais será transcrita em um RNA mensageiro e traduzida em proteína viral no citoplasma, uma vez que a etapa de síntese proteica é realizada pelos ribossomos, que encontram-se no citoplasma celular.
Para os vírus de genoma DNA, todo o maquinário celular é utilizado, e a síntese de novas fitas de DNA e de proteínas segue o processo natural da célula.
RNA polimerase DNA dependente sintetizará o RNA mensageiro.
DNA polimerase DNA dependente sintetizará a fita complementar a partir de uma fita molde.
Ambas as enzimas são naturalmente encontradas na célula hospedeira, uma vez que hospedeiro e vírus possuem o mesmo tipo de genoma.
Fonte: https://www.ident.com.br/public-img/user/1/26/26673/content/14925/1344963680L.jpg (Modificado)
Figura 14 – Modelo esquemático de replicação de vírus de genoma DNA. O RNA mensageiro é sintetizado no núcleo celular, depois transferido ao citoplasma para ser traduzido, e as proteínas retornam ao núcleo para participarem dos processos de replicação (no caso das proteínas não estruturais de fase precoce) ou da montagem (no caso das proteínas estruturais de fase tardia). Com propósito didático, os processos de síntese de proteínas de fase precoce e tardia foram simplificados como um processo único, mas é preciso ter em mente que essas duas fases sempre acontecerão em um processo de replicação viral.
Fonte: https://www.atsu.edu/faculty/chamberlain/lects/propr5.jpg
3.4.2. Vírus de genoma DNA simples fita
Figura 15 – Etapas da replicação do Adenovirus (exemplo de vírus DNA). 1 - Adsorção; 2 – Penetração; 3- Desnudamento; 4 – Transcrição dos genes que darão origem às proteínas de fase precoce; 5 – Tradução das proteínas de fase precoce; 6 – Síntese do genoma viral (DNA) e transcrição dos genes que darão origem às proteínas de fase tardia; 7 – Tradução das proteínas de fase tardia (RNA mensageiro viral irá ao citoplasma para ser traduzido) 8 – Proteínas traduzidas são transferidas para o núcleo para a fase de montagem; 9 – Maturação e posterior liberação.
A primeira etapa da replicação é a síntese da cadeia complementar de DNA a partir da DNA polimerase celular. O DNA de fita dupla (linear nos Parvovírus, circular nos Circovírus) é, então, transcrito pela RNA polimerase celular, originando os RNA mensageiros para a síntese de proteínas virais.
3.4.3. Vírus de genoma RNA simples fita polaridade positiva
Sendo um vírus RNA, a replicação acontecerá no citoplasma. A vantagem do genoma RNA de polaridade positiva é a de ser imediatamente reconhecido como RNA mensageiro, servindo ele mesmo ao propósito de tradução de proteínas. Por esta razão, esse tipo de genoma é chamado genoma infeccioso. Porém, para que ocorra a formação de novas cópias desse genoma, vírus RNA de polaridade positiva trarão consigo uma enzima RNA polimerase RNA dependente, que gerará um intermediário replicativo negativo a partir da fita de polaridade positiva. A fita negativa, então, servirá de molde para várias cópias positivas, replicando o genoma viral.
3.4.4. Vírus de genoma RNA simples fita polaridade negativa
Assim como ocorre com o genoma RNA de polaridade positiva, este também irá trazer consigo uma enzima RNA polimerase RNA dependente – e sua replicação também ocorrerá no citoplasma. Essa enzima gerará um intermediário replicativo positivo, que servirá de molde para as cópias negativas. O RNA de polaridade negativa não é utilizado como RNA mensageiro, mas o intermediário replicativo (sendo, afinal, uma RNA simples fita de polaridade positiva - configuração necessária de um RNA mensageiro), sim.
3.4.5. Vírus de genoma RNA dupla fita
A fita positiva permanece inerte e somente a fita negativa é expressa. Assim, o processo de replicação segue conforme a replicação de um genoma RNA de polaridade negativa. Da mesma forma, estes vírus também trarão uma RNA polimerase RNA dependente.
3.4.6. Vírus de genoma RNA simples fita polaridade positiva (Retrovírus) Figura 19
Os Retrovírus, embora também possuam o genoma RNA de polaridade positiva, constituem um caso bastante distinto em relação aos demais. Primeiramente, ao contrário dos demais vírus com esse genoma, ele não é traduzido diretamente. Este também é um vírus RNA que traz consigo enzima ou completo de enzimas necessárias à replicação que não são encontradas na célula hospedeira. Assim como outros vírus RNA trazem consigo uma RNA polimerase RNA dependente para sintetizar RNA a partir de RNA, os Retrovírus sintetizam um intermediário DNA a partir de RNA através de sua enzima Transcriptase Reversa (o termo “reversa” origina-se do fato de que a ordem natural da replicação genética animal consiste em síntese de RNA a partir de DNA). Esse DNA vira de dupla fita sintetizado é chamado provírus, e ele é integrado como parte do genoma celular. Quando o provírus for expresso, ocorrerá transcrição de RNA mensageiro (a partir de RNA polimerases celulares) para síntese das proteínas e também do genoma viral (uma vez que este é do tipo RNA de polaridade positiva).
4. Montagem
Também chamada maturação. Ocorre a formação da nova partícula viral nessa etapa, que ainda não foi liberada para o meio extracelular, podendo ainda receber envelope no processo de liberação ou não.
Agregação das proteínas de capsídeo em torno do genoma viral, que se posicionam por afinidade, espontaneamente, de acordo com o tipo de simetria de capsídeo.
5. Liberação
Conforme descrito, a função das primeiras proteínas sintetizadas no processo replicativo – as não-estruturais, ou de fase precoce - é a de parar o metabolismo natural da célula infectada para que esta reoriente seus recursos à síntese viral. Portanto, para efeitos práticos: a célula infectada está morrendo em função da infecção e precisa ser deixada. Além disso, o objetivo de todo agente biológico é o de se disseminar. As novas partículas virais, então, estarão livres para infectar outras células e recomeçar o processo.
5.1. Vírus não envelopados
A membrana plasmática se rompe - lise da célula – e o vírion fica livre no meio extracelular.
5.2. Vírus envelopados
O envelope dos vírus envelopados é adquirido a partir das membranas celulares, portanto eles não poderiam ser liberados a partir da lise celular. Alguns vírus receberão esse envelope da membrana celular externa – sendo liberados por brotamento – e outros de membranas de organelas internas, como o Retículo Endoplasmático Rugoso e o Complexo de Golgi – sendo liberados por exocitose.
5.2.1. Brotamento – envelope da membrana celular
As glicoproteínas virais produzidas no citoplasma irão se inserir na membrana da célula, buscando os sítios de inserção por afinidade. Nesse processo, o nucleocapsídeo inicialmente irá interagir com as caudas dessas glicoproteínas previamente inseridas na membrana, causando uma invaginação na mesma e sendo liberado por brotamento, com a camada lipoproteica e inserção de proteínas virais envolvendo externamente o nucleocapsídeo.
Os envelopes virais praticamente não contêm proteínas celulares. As proteínas celulares da membrana são excluídas da região do brotamento por interações entre as proteínas virais que se inserem na camada lipídica, o que termina favorecendo o sistema imunológico do hospedeiro no reconhecimento de partículas virais. Se não houvesse a inserção de proteínas virais no envelope viral, que é originado da membrana de uma célula hospedeira, o sistema imune hospedeiro enfrentaria desafios ainda maiores no combate às infecções virais.
Fonte:https://classconnection.s3.amazonaws.com/171/flashcards/982171/jpg/picture251323089619879-thumb400.jpg
5.2.2. Exocitose – envelope de membranas internas
Esses vírus receberão seu envelope a partir de membranas internas, como o Complexo de Golgi e o Retículo Endoplasmático. As glicoproteínas serão inseridas já nessas membranas internas, ocorrendo uma invaginação do genoma para essa membrana interna e a partícula viral ficará pronta dentro de uma vesícula, que migra até a membrana celular externa, onde ocorre a fusão da membrana celular externa e interna e a partícula é liberada.
Fonte: https://thebileflow.files.wordpress.com/2011/02/life_cycle_hcv1.jpg
Figura 22 – Exocitose. Observar a inserção de proteínas virais (destacadas no quadro embaixo) já no Retículo Endoplasmático durante o processamento do genoma e a formação de uma vesícula que será exocitada da célula.
Referências Bibliográficas
ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. 5.ed. Artmed. 2010
FLORES, Eduardo Furtado. Virologia Veterinára. 1a Edição. Editora UFSM. 2007 QUINN, P. J.; MARKEY, B. K.; CARTER, M. E.; DONNELLY, W. J.; LEONARD, F. C.. Microbiologia Veterinária e Doenças Infecciosas. Porto Alegre: Artmed, 2005.
TWIV – This Week in Virology. Disponível em: <http://www.twiv.tv/>. Acessado em 26/08/2017 às 15:00h.
