Tema 3 VIRUS. El virión, partículas víricas y sus genomas (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura diversitat funcional de microorganismes
Año del apunte 2015
Páginas 5
Fecha de subida 08/02/2015
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Diversitat Funcional de Microorganismes (Diversidad vírica) 2º Biologia UAB Tema 3.- El virión, partículas víricas y sus genomas La nucleocápside está formada por los ácidos nucleicos y la cápside (cápsula proteica que envuelve el material genético). El virus más simple que se puede encontrar es el virus desnudo. El virión es el virus extracelular, pero no tiene que ser necesariamente un virus desnudo ya que puede tener envuelta. Algunos virus más complejos (virus con envuelta) tienen una membrana lipídica que envuelve y protege la nucleocápside.
Beneficios de la formación de una cápside: proteger el material genético de daños físicos, químicos y enzimáticos; reconocimiento y primera interacción con la célula huésped; y entrega del material genético a ésta. Para ello intervienen unas proteínas que se encuentran en la cápside llamadas hemaglutinina y neuraminidasa, que utilitzamos como indicadoras de a qué tipo de celulas puede infectar el virus. Por ejemplo el VIH fusiona su membrana y entra su nucleocápside, y otros tipos de virus entran íntegros.
El ensamblaje de las cápsides debe resolver dos problemas principales: 1.- Formar los componentes de la propia cápside y ensamblarla a partir de la informacion disponible en ese momento Una unica molecula de proteina que “atrapase” en su interior el material genético vírico no es funcional porque el material genetico deberia codificar para esa proteina usando el mismo sistema y código genético que la célula del huésped. Dado el sistema de tripletes que codifican para cada aminoácido, es imposible que un DNA o RNA codifique para una proteina mayor que sí misma. Por tanto, la cápside ha de formarse por ensamblaje de protómeros.
El ensamblaje de protómeros consiste en que después de separar la cápside y el RNA el virus se puede reconstruir con capacidad infectiva. Esto tambien demuestra que la informacion genetica no está en las proteínas.
Las fuerzas que dirigen y mantienen el ensamblaje de los protómeros para formar capsómeros y que estos formen la cápside son fuerzas hidrofóbicas y electrostáticas. No suelen ser enlaces covalentes porque serian dificiles de romper. Las interacciones que se dan son: entre proteínas, entre proteínas y ácidos nucleicos, y entre proteínas y lípidos.
2.- Las particulas viricas tienen formas geométricas regulares, aunque estan compuestas por moleculas de formas irregulares. Arquitectura de las cápsides víricas Diversitat Funcional de Microorganismes (Diversidad vírica) 2º Biologia UAB Existen dos formas geométricas principales: la icosaédrica y la helicoidal.
Geometria helicoidal: típica de virus que infectan a vegetales.
Una unica copia de la proteina que se enrolla alrededor del material genético. Por ejemplo se da en los virus causantes del mosaico del tabaco. Algunos tienen una proteína diferente en la punta para facilitar el reconocimiento. Tienen una jerarquia de ensamblaje.
Geometria icosaédrica: típica de virus que afectan animales. Algunos tienen púas o espículas, que son proteínas para el reconocimiento. Las cápsides icosaédricas tienen un ensamblaje jerarquico en el que intervienen dos proteinas: las que forman las caras y las que forman los vertices.
Geometria compleja o de los virus bacteriófagos: Se diferencian dos partes: la cabeza y la cola. En la cola hay fibras de reconocimiento y apoyo.
Enzimas víricos Algunas proteinas de la envuelta pueden tener funciones enzimáticas, a las que se les llama lisozimas. Algunos virus tienen su propia polimerasa de ácido nucleico (retrotranscriptasa). Otros virus tienen enzimas que participan en la liberación de viriones o en el reconocimiento (como la neuraminidasa).
Virus con envuelta Los virus con envuelta constan de una membrana lipídica que envuelve la nucleocápside.
Normalmente son virus que infectan animales. Esta envuelta consiste en una bicapa lipídica que suele tener glucoproteínas integradas. Los lípidos de membrana son derivados de la membrana de la celula huésped, mientras que las glicoproteinas suelen estar codificadas por el genoma del virus. Estas proteinas suelen ser fundamentales para la union del virus a la celula huésped durante la infeccion.
El virus se va ensamblando en una zona de membrana de la celula y al salir se lleva un trozo que lo acaba envolviendo formando una membrana.
Proteínas de la matriz y trans-membrana Las funcion principal de las proteinas de la matriz es unir la nucleocápside con la envuelta. Suelen ser glicosiladas y abundantes. Algunas tienen dominios transmembrana y otras se asocian a la envuelta por tener unas zonas hidrofóbicas.
Las proteínas transmembrana o glicoproteinas pueden ser de dos tipos: Glicoproteinas externas: siempre estan ancladas a la envuelta a traves de un dominio transmembrana. La mayoria está en el exterior de la partícula vírica. Son los principales antigenos de los virus con envuelta, por lo que estan en contacto con el exterior y tienn un papel clave en los procesos de reconocimiento.
Proteínas canales transportador: forman canales iónicos a través de la envuelta que mantienen el ambiente interno del virión.
Diversitat Funcional de Microorganismes (Diversidad vírica) 2º Biologia UAB El código genético vírico debe poder ser reconocido y decodificado por la celula huésped.
Polaridad positiva significa que el genoma tiene la misma secuencia que el mRNA que se transcribió a proteina. En una cadena doble de DNA que codifica para mRNA hay una cadena de polaridad positiva y otra de polaridad negativa, de las cuales el mRNA transcribe la negativa (la complementaria). Si tenemos virus RNA de cadena única puede ser de polaridad positiva (directamente para dar una proteina) o de polaridad negativa (que no dará directamente proteinas sino que debe permititr obtener RNA de polaridad positiva).
Síntesis de ácios nucleicos y proteínas víricas Una vez infectada la celula huésped el virus deberá producir nuevas copias del genoma y proteínas específicas para que éste se pueda replicar. Este proceso requiere mRNA vírico. Los virus deben generar mRNA para producir proteinas y replicarse, pero cada familia de virus lo hace con un mecanismo distinto.
Ejemplo más sencillo: un virus con DNA de doble cadena al entrar en celula procesado como DNA normal, la cadena negativa se transcribe a mRNA, y para obtener copias de DNA se duplicara de manera normal.
Ejemplo complicado: un retrovirus con mRNA de polaridad positiva, pero siendo genoma RNA de cadena unica y polaridad positiva, podria hacer el paso de RNA como mRNA, pero tienen un paso intermedio en que a partir de RNA sintetizan cadena complementaria de DNA, luego doble DNA y posteriormente mRNA.
Principio de economia Todos los virus tienen presion para minimizar al máximo el tamaño de sus genomas.
 Los virus que infectan a procariotas deben ser rapidos en su replicacion para mantener el ritmo de division del huésped. Por eso los virus compactan al máximo su genoma.
 Los virus que infectan eucariotas no sufren esa presion, pero sí deben tener un tamaño que empaquetamiento que acepte la cápside vírica, que es limitado.
En general, los virus presentan una enorme compactacion de su informacion genética. Para ello utilitzan estrategias para aprovechar el espacio: 1.- Ambas cadenas de DNA/RNA son usadas para la transcripcion. Dependiendo del marco de lectura se dará una proteina u otra (tienen dos en una).
2.- El marco de lectura puede ser solapado. Una secuencia se puede desplazar hasta tres bases, con lo que se pueden codificiar hasta tres proteínas diferentes dependiendo de la base por la que se empiece.
3.- Empalme de RNA alternativo. Se juega con la posición de los intrones y los exones.
Diversitat Funcional de Microorganismes (Diversidad vírica) 2º Biologia UAB 4.- Genes encabalgados Con secuencia de ADN que tiene tres pautas de lectura por donde comenzar a leer los tripletes. Para aprovechar al maximo el espacio hay genes que se solapan en la cadena de DNA ya que se utilizan las tres pautas posibles de lectura.
Genomas segmentados y partidos:  Los genomas segmentados estan divididos en dos o más porciones a las que llamamos segmentos, todos los cuales se empaquetarán en una única cápside vírica (por ejemplo el virus de la gripe que tiene 8 segmentos).
 Los genomas partidos o multipartidos estan totalmente segmentados, pero los fragmentos se empaquetan en diferentes cápsides. Estas estan unidas y cada una contiene un fragmento del genoma.
Las ventajas de los genomas segmentados y partidos son que las moléculas largas son más frágiles y fáciles de romper, y si encima son cadenas simples las consecuencias de esto son catastróficas, pero estando segmentados o partidos dificultan esta rotura. Los inconvenientes son que todos los segmentos se deben empaquetar correctamente en la cápside. Sino será defectivo.
Interacciones genéticas entre virus Se dan porque una célula suele ser infectada por mas de una partícula virica simultaneamente.
Una vez dentro de la celulas, los genomas de cada particula pueden interactuar entre sí, dando una superinfeccion. Las inreracciones geneticas entre virus pueden interactuar por:  Complementacion: uno de los virus en la superinfeccion aporta un gen funcional para el otro virus, que es defectivo para dicho gen. Se da asignacion de mutantes a grupos funcionales conocidos como grupos de complementacion. (Un gen defectivo es aquel que hace que un virus pueda infectar pero faltandole un gen. Por ejemplo, un virus de genoma segmentado (como la gripe) que empaquete sólo 7 de 8 segmentos de genoma.
Como los virus nunca infectan solos, no pasa nada).
 Recombinacion: interaccion física de los genomas durante la superinfección, resultando en una combinacion de genes nueva y que no estaba presente en ninguno de los parentales.
Los “helper-virus” son virus competentes en cuanto a replicacion y que son capaces de rescatar genomas defectivos para la replicacion en una superinfeccion permitiendo asi la multiplicacion del virus defectivo. El virus normal complementa funciones que le faltan al defectivo. No se trata de segmentos, sino de funciones.
Diversitat Funcional de Microorganismes (Diversidad vírica) 2º Biologia UAB Reorganizacion de genomas segmentados: reordenamiento La celula es infectada por muchos virus de la gripe y en la celula habrá una mezcla de los diferentes genomas.
Cuando esto acabe de empaquetarse habra virus A y virus B y de combinaciones de ambos dando una cepa nueva.
Algunos virus de gripe (como en el caso de la gripe aviar) no pueden infectar humanos, pero la porcina sí. Si este caso se produjese con esos dos virus se podria dar un virus de gripe aviar capaz de infectar humanos.
Es importante remarcar que recombinacion y reordenacion no son lo mismo. En la reordenacion cada trozo sigue siendo puro de su especie, lo que se recombinan son diferentes trozos. En la recombinacion se combinan trozos de especies diferentes.
Interacciones no genéticas en los virus: la mezcla fenotípica Las interacciones no genéticas también se dan por superinfecciones, cuando dentro de las celulas los genomas no interaccionan entre sí. Si dos cepas del mismo virus (verde y rosa) infectan una celula simultaneamente SIN interaccion genética se iran replicando cada una dando descendientes. Los genomas 1 haran proteinas de cápside rosas y los genomas 2 verdes. En la célula habrá verdes y rosas y proteinas blancas y rosas, pero solo cambia el fenotpio ya que el genoma se mantiene intacto. Eso se demuestra porque cuando vuelven a infectar dan descendientes verdes o rosas dependiendo unicamente de su genoma. Para que este ultimo paso se demuestre hay que asumir que afectaran la nueva celula sólo esas dos partículas, porque sino se volvera a dar mezcla fenotípica.
El clon infeccioso Virus DNA: el DNA vírico sin cápside puede ser introducido en la celula huesped bien tal cual o bien clonado en un vector plasmídico. En ambos casos, este DNA vírico se introduce en la celula huesped por transfeccion, lo cual resulta en un ciclo infeccioso productivo.
Virus RNA con polaridad positiva: puede ser transfectado directamente en huesped o puede pasar a DNA; clonar un vector e introducirse.
Viurs RNA con polaridad negativa: el genoma no es infeccioso porque no puede traducirse a proteina ni copuar a RNA de polaridad positiva.
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