Aula 2: O que é um vírus?

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Aula 2: O que é um vírus?

Fabrício S. Campos

camposvet@gmail.com

Equipe de Virologia – UFRGS & IPVDF

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Nós comemos e

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Nós carreamos genomas virais como

parte do nosso próprio genoma

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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

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Curvularia Thermal Tolerance Virus Vírus da tolerância termal da Curvularia Não colonizada Colonizada Temperatura 55o_C Curvularia

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 Pétalas “anormais”  Quebras de cor

 Não forma pigmento em partes da flor

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• HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7, HHV‐8

• Permanecem no organismo por toda a vida

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• Apresentar a denominação, a classificação, os tipos de genomas e um pouco do que se

conhece sobre a estrutura e a replicação viral

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• Uma breve introdução a classificação e a estrutura viral

• Etapas da replicação viral • Tipos de genoma

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Definição Estrutura

Replicação Viral Tipos de genoma

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Definição

Estrutura Classificação

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• Muito pequenos, infecciosos

• Parasita intracelular obrigatório

• “Partículas químicas” que não podem se reproduzir sozinhas

• Necessitam de um hospedeiro celular

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Os vírus são muito pequenos

Poliovírus Átomo de carbono HIV-1 TMV E. coli Fago Ribossomos

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Os vírus gigantes

• Mimivírus, mamavírus • Megavírus, pandoravírus • Infectam amebas • Genomas de 1,2 a 2,8 Mb • Sputnik: virófago

• Alterando o conceito sobre vírus!!!

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Descoberto vírus gigante congelado

há mais de 30 mil anos na Sibéria

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• 30 metros de profundidade solo congelado da tundra ártica, Chukotka na Sibéria, Rússia

• Temperatura média anual -13,4o_C

• Datação por radiocarbono (carbono 14) • 30 mil anos (mamutes e neandertais)

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

Pithovirus sibericum

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Definição

Estrutura

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• Natureza e sequencia de ácido nucleio • Simetria ou forma do capsídeo

• Presença ou ausência de envelope • Dimensão do virion ou capsídeo

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• 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

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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”)

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Biomassa dos vírus > dos elefantes

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Definição

Estrutura

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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

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Estrutura de um vírus

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Os capsídeos são metaestáveis

• Devem proteger o genoma (estável)

• E liberá-lo rapidamente durante a infecção viral (instável)

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Simetria do nucleocapsídeo

• Icosaédrica, cúbica ou helicoidal

Adenovírus DNA, ñ envelopado Influenza RNA, envelopado Vírus da Raiva RNA, envelopado

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“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,

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Definição

Replicação Viral Tipos de genoma Estrutura Classificação

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Replicação

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

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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)

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Alguns conceitos

• Infecção produtiva

– Produção de progênie viral viável

• Infecção abortiva

– Ciclo replicativo interrompido

• Susceptibilidade (receptor)

– Capacidade das células de serem infectadas

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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

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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 siálico-galactose

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Ácido siálico: receptor influenza

Ligação α-2,3 (aves)

Memb celular

• Humanos: ligação α-2,6

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Etapas da replicação

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

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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: Receptores celulares Proteínas (glicoproteínas) Carboidratos

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1. Adsorção

• Vírus que utilizam receptores específicos

– Rinovírus, poliovírus, FMDV

• Vírus que utilizam receptores alternativos

– Herpesvírus, togavírus (rubéola) – Vantagem evolutiva ?!?

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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)

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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

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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

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Vírus RNA

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Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

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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

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Classificação de Baltimore (1975)

Vírus de DNA fd (±)

Pode ser usado diretamente

Síntese da outra fita

Transcrição fita (-)

mRNA

(sentido +)

Vírus RNA fs (+) _{Vírus RNA fs (-)}

Transcrição Vírus de DNA fs Intermediário de DNA fd Retrovírus RNA fs (+) Transcrição reversa Vírus de RNA fd (±) Transcrição fita (-)

4. Expressão gênica

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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

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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

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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)

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Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

Genomas dsDNA: DNA fita dupla

• Genoma copiado pela DNA polimerase do hospedeiro ou pela DNA polimerase viral

• Genes iniciais: codificam proteínas não estruturais • Genes tardios: codificam proteínas estruturais

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Genomas ssDNA: DNA fita simples

• NÃO codificam a DNA polimerase

• Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro • Tb codificam proteínas estruturais e ñ estruturais

Transcrito

Replicado

Replicado Traduzido

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Genomas pdsDNA – fita parcialmente dupla

• 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

X

Transcriptase reversa Transcrito Transcrito Traduzido Replicado Replicado Replicado

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5.2. Replicação vírus RNA

• Replicação no citoplasma

– * 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

RNA fita simples Maioria

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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)

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Replicado Traduzido

Replicado

Genomas ssRNA (+): RNA fita simples (+)

• 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 (-)

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Genomas ssRNA (-): RNA fita simples (-) Replicado

Replicado

Replicado Traduzido

• 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)

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• Muitos vírus com dsRNA são segmentados

• Carregam a polimerase viral / produção de mRNA • Transcrição primária: proteínas não estruturais

• Transcrição secundária: proteínas estruturais

Genomas dsRNA (+/-): RNA fita dupla (+/-) Replicado

Replicado

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Genomas ssRNA (+) com DNA intermediário

• Replicação no citoplasma e núcleo • Carregam: RT, integrase, protease • Única família: Retroviridae

• Ex.: HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano) provírus Replicado _Replicado Transcrito Traduzido Transcriptase reversa

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Definição

Replicação Viral

Tipos de genoma

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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

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7. Liberação (vírus nú)

• Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo (DNA)

• Liberados quando ocorre a destruição das células infectadas

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• 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

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• Envelope adquirido das membranas celulares internas

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Mensagens principais

• Os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios

• Maioria não causa dano a célula

• São muito pequenos (não visíveis ao microscópico óptico)

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Mensagens principais

• São espécie-específicos

 afinidade pelo receptor celular

• Etapas da replicação:

 1) adsorção, 2) penetração, 3) replicação, 4) montagem e 5) liberação

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Mensagens principais

• Vírus DNA: maioria fita dupla / replicação no núcleo

• Vírus RNA: maioria fita simples / replicação no citoplasma

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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

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Sugestões de leitura

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• 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.

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