Tema 1: Naturalesa i multiplicació dels virus (2016)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 2º curso
Asignatura Virologia
Año del apunte 2016
Páginas 6
Fecha de subida 11/03/2016
Descargas 30
Subido por

Vista previa del texto

TEMA 1: NATURALESA I MULTIPLICACIÓ DELS VIRUS INTRODUCCIÓ Els virus es troben a tots llocs i en qualsevol organisme i sobre qualsevol material (aigua, pell, terra, etc) i poden infectar diferents cèl·lules. Estimadament hi ha entre 1030-1032 en la biosfera sabent que cada virus te una massa de 10-15g, a la Terra hi ha 1012kg de biomassa de virus, que excedeix la biomassa humana. Si mesurem tots els virus, tenim 1,25x1020km de virus. Baculoviridae infecta insectes. Altres virus infecten plantes, com Tobacco mosaic virus (un dels primers descrits), altres infecten protists (família Mimiviridae), i altres bacteris (família Myoviridae). Els termes acabats en -viridae fan referència a famílies de virus, els acabats a -virales a ordres, i nom comú i el gènere acaben en -virus.
Poden trobar-se a l’interior dels hostes en estats saludables (infeccions latents) o com a causants de malalties.
Hi ha 8 Human Herpesvirus que provoquen infeccions latents: HHV1 i HHV2 (virus de l’herpes símplex), HHV3 (virus de la varicel·la), HHV4 (virus d’Epstein Barr), HHV5, HHV6, HHV7, i HHV8 (virus del sarcoma de Kaposi).
Alguns genomes virals passen a formar part del genoma de l’hoste, de fet, anàlisis genòmics indiquen que el 8% del genoma humà són seqüències retrovirals, mentre que la regió corresponent a regions codificants per proteïnes són només un 1,5% del genoma humà.
La família Adenoviridae té una càpside icosaèdrica amb proteïnes virals i projeccions anomenades knobs i infecta humans. Virgaviridae inclou el virus del tabac, i tenen el seu genoma en estructura helicoïdal, de manera que tenim partícules virals de diferents mides. Poxviridae tenen una membrana que prové de l’hoste anterior, i la seva morfologia és asimètrica pleomòrfica, perquè la membrana pot adoptar diferents morfologies. Myoviridae és una família que infecta bacteris i que té un cap icosaèdric, una cua amb estructura helicoïdal, i una base amb projeccions com si fossin potes.
Els virus s’observen amb microscopi electrònic perquè són molt petits. Tot i així, hi ha virus que són més grans, com per exemple Acanthamoeba polyphaga mimivirus, que infecta protists, i que té 1.2 Mbp, 911 proteïnes i mesura entre 400-800nm, mides que estan als límits dels microscopi òptic. Aquests mimivirus són uns dels virus més grans observats i que a més tenen un genoma i un proteoma complex, inclús són més grans que alguns bacteris. S’ha descobert, que hi ha virus que poden infectar aquests virus tan grans, com Sputnik virophage. Altres virus més petits com el VIH, tenen només 15 proteïnes, 10kbp i entre 80-100nm, però provoquen grans pandèmies; al voltant de 78 milions de persones es troben infectats, i 39 milions han mort.
Al 2013 es va descobrir Pandoravirus, encara més gran que els mimivirus. Tenen genomes de més de 2.5 Mbp i poden veure’s amb el microscopi òptic. Després de seqüenciar el seu genoma, es va veure que més del 93% del genoma codificava per proteïnes que no es coneixien fins aquest moment, i per tant, el seu origen no pot ser relacionat amb cap llinatge ja proposat es va proposar el gènere Pandoravirus.
EL MÓN DELS VIRUS Un virus no és un organisme, és una entitat biològica que no es pot replicar sense una cèl·lula hoste que sigui activa metabòlicament. És un paràsit intracel·lular obligat i utilitza la maquinària de l’hoste per replicar-se. Té dos formes, una forma extracel·lular que s’anomena virió o partícula viral, i una intracel·lular que és la que es transmet d’una cèl·lula a altre. Tots els virus, quan infecten cèl·lules, generen mRNA que serà transcrit gràcies a la maquinària cel·lular i utilitzant els ribosomes de l’hoste (els virus no tenen ribosomes). Són resistents als antibiòtics, i un cop multiplicades les seves parts, aquestes s’ensamblen espontàniament (cosa que no fan els organismes). Les partícules virals no creixen.
Bacteris i virus Els bacteris poden causar malalties i són organismes vius per si mateixos ja que són actius metabòlicament.
Són sensibles als antibiòtics i es reprodueixen per fissió binària. En canvi, els virus sempre causen malalties i són paràsits estrictes ja que són inactius metabòlicament. Són resistents als antibiòtics i es multipliquen per un ensamblament dels seus components.
Organismes i virus Els organismes pluricel·lulars creixen i es reprodueixen. Els microorganismes es divideixen i els virus es multipliquen. Dins d’una cèl·lula, ja sigui animal, vegetal, de llevat o bacteriana, podem tenir milions de virions que seran alliberats al medi en una fase posterior.
Transmissió Els virus persisteixen infectant sempre que la cadena de transmissió de cèl·lula a cèl·lula d’un hoste o d’un hoste a un altre es manté. En general hi ha dos patrons de transmissió viral: I.
II.
Virus que només es transmeten dins d’una mateixa espècie, com la hepatitis A.
Virus que poden infectar diferents espècies, com el dengue. En aquest cas, el reservori és l’organisme en que el virus estableix un equilibri amb l’hoste, com pot ser un primat no humà. Després, a través d’un vector, el virus arriba a un hoste on causarà la malaltia, com per exemple, un mosquit que pica a un humà i li transmet el virus. La zoonosis es dóna quan el virus infecta d’un animal a un humà, i la retrozoonosis d’un humà a un animal. La transmissió d’un animal a un altre animal s’anomena transmissió entre animals.
MALALTIES VÍRIQUES La patogènesis del virus fa referència a tot el que succeeix des de que té lloc la infecció viral. És la suma dels efectes que pateix l’hoste en la infecció, i de la resposta immune. Els símptomes que observem, molts cops, estan relacionats amb com el cos respon front al virus, que amb la infecció pròpiament, moltes vegades són exagerats. En funció de l’estat immunològic, els símptomes varien. Per poder estudiar la replicació viral i la resposta del hoste, necessitem models animals. Els models animals són essencials per entendre com el virus causa la malaltia en humans i per identificar els mecanismes de la infecció. Per exemple, per la hepatitis C només podem utilitzar com a model un ximpanzé. Els virus de la mateixa família poden provocar diferents malalties en funció del teixit que infecten, de la resposta immune de l’hoste i de la susceptibilitat genètica. Un mateix virus pot causar diferents estats de malaltia en hostes de la mateixa espècie.
Efectes negatius En la majoria dels casos, la infecció vírica causa efectes lleus, com febre i malestar. Alguns virus, però, provoquen grans taxes de mortalitat, encara que, causar mortalitat és perjudicial pel virus, perquè es queda sense hostes que infectar. Altres virus estan relacionats amb el desenvolupament d’un càncer i d’altres només provoquen malaltia un cop a la vida.
Alguns microorganismes o virus que han tingut o estan tenint un gran impacte sobre la població humana són el virus Influenza, que ha causat entre 20-40 milions de mort, i el bacteri que provoca la pesta, entre 20-25 milions de morts. El virus del SIDA ha provocat des de Desembre de 2014, 39 milions de morts.
Molts virus, quan infecten un hoste, no provoquen signes clínics, però poden transferir-se d’un hoste a un altre i arribar a causar una malaltia. Per exemple, el virus de la poliomielitis pot no provocar cap efecte i transmetre’s a un altre hoste, que pot ser curat o pot transmetre-ho a un nou hoste i causar un estat de meningitis. Aquesta meningitis pot ser curada o pot transmetre’s a un altre hoste on provocarà paràlisi i finalment la mort. Així, veiem que un mateix virus pot causar diferents estats de malaltia en una mateixa espècie. El virus que ho provoca és Enterovirus C de la família Enteroviridae. És un virus ssRNA que té una proteïna VPG unida a l’extrem 5’ del ssRNA, i que té una càpsula icosaèdrica. Necessita la proteïna VP4, que està en la part interior de la càpsula unint VP1, VP2 i VP3.
Infeccions en bacteris Hi ha dos maneres d’infectar: 1. Cicle lític: els virus infecten els bacteris, s’ensamblen els virions espontàniament, s’alliberen a l’exterior i la cèl·lula mor; 2. Cicle lisogènic: els virus infecten la cèl·lula i el material genètic s’insereix al genoma de l’hoste generant així un pròfag. D’aquesta manera, el material genètic del virus es transmetrà de cèl·lula mare a cèl·lula filla (transmissió vertical). En un moment determinat, el pròfag inicia el cicle lític, de forma que s’expressen els gens, es formen els virions, s’alliberen i la cèl·lula mor (transmissió horitzontal).
Un exemple seria el fag λ, que té cap icosaèdric i cua helicoïdal.
Infeccions en plantes Un exemple és la clorosi de les fulles deguda a cèl·lules infectades per virus. Podem comptar el número de infeccions que hi ha a cada fulla.
Efectes positius Algunes infeccions suposen avantatges pels hostes. En els últims anys s’ha vist que la infecció del virus a les tulipes pot provocar un nou aspecte que té beneficis comercials (ornamentacions als pètals). Un efecte positiu sobre els humans podria ser el gen syncytin (tots els mamífers tenen aquest gen amb seqüència similar), ja que aquest gen presenta molta similitud amb una seqüència trobada en un retrovirus que podria haver infectat prèviament. En cas que el virus no sigui perjudicial per l’hoste, es manté. Hi ha gens que han adquirit els mamífers que estan involucrats en el desenvolupament de la placenta, i que podrien procedir d’un retrovirus. Un altre exemple és en el cas de les plantes, que habitualment, en cas d’estrès no creixen. Quan aquestes plantes estan infectades per un fong que alhora està infectat per un virus, el creixement en condicions d’estrès és possible. La planta infectada amb un fong que no està infectat pel virus, no creix.
EL CONCEPTE ICEBERG La gran majoria de les infeccions tenen un petit o no tenen impacte sobre la nostra salut, no mostren efectes clínics. Gràcies a les epidèmies serològiques, s’ha descobert que hi ha més infeccions que les que es veuen a través dels signes clínics. Això es va descobrir l’any 1951, quan John Paul va escriure sobre els anticossos que es trobaven al sèrum que eren com petjades d’una infecció prèvia. Les mostres de sang de pacients que no mostraven cap símptoma reaccionaven amb aquests anticossos. Molts de nosaltres estem infectats per virus y no ho sabem. La part d’un iceberg que sobresurt de l’aigua es correspondria a les infeccions que mostren signes clínic, mentre que la part submergida són totes aquelles sense signes clínics, però que generen anticossos en els hostes.
DIVERSITAT VIRAL Hi ha més diversitat biològica en quant a virus que en quant als bacteris, plantes i animals tots junts. La classificació vírica és molt difícil. La diversitat està relacionada amb l’èxit parasitari que tenen sobre tots els grups d’organismes. Entendre la diversitat dels virus permet entendre les interaccions dels virus amb els seus hostes. Les interaccions moleculars descobertes són molt diverses; proteïna-lípid, proteïna-proteïna, proteïnaàcids nucleics.
Els virus bacterians poden ser virus RNA, que poden ser de simple (ssRNA) o de doble cadena (dsRNA), i que poden estar o no encapsulats (naked virus). També poden ser virus DNA, de simple (ssDNA) o de doble cadena (dsDNA), i a més les càpsules poden ser molt diverses.
Els virus animals poden ser de molts tipus diferents, més grans o més petits, amb envolta o sense, DNA o RNA.
La diversitat també està en la forma del genoma (lineal o circular). Hi ha virus que a més tenen més d’una molècula diferent de genoma. Hi ha un virus especials (retrovirus) que tenen 2 molècules iguals a dins de la càpside (no són haploides). En quant a la mida, també hi ha molta diversitat, el més grans són els de Mimivirus i Pandoravirus, que tenen 1.2 i 2.5 Mbp de dsDNA, respectivament. El genoma viral més petit correspon a Circovirus, que només codifica per dos gens i té 2kbp.
La classificació de Baltimore classifica als virus en 7 grups en funció del seu material genètic i la seva activitat.
LA PARTÍCULA VIRAL Mida La majoria tenen una mida només detectable per microscopi electrònic (entre 20-100nm). Hi ha virus, com el Poxvirus, que està en els límits del microscopi òptic, i altres descoberts recentment, que poden ser observats amb microscopi òptic (Pandoravirus). Per observar els virus més petits es pot utilitzar la cristal·lografia i la difracció de rajos X. En el microscopi electrònic de transmissió, els electrons travessen la mostra, i generen una imatge en blanc i negre. Amb Cryo-TEM podem veure les mostres en condicions naturals, sense necessitat de fixar. Amb el microscopi electrònic de rastreig veiem imatges en 3D.
Composició química Els naked virus tenen una càpside formada per capsòmers (proteïnes), i el genoma pot ser de DNA o d’RNA.
Els virus amb envolta, a més de la càpside que tenen els naked virus, tenen una envolta que pot està formada per lípids i proteïnes. Aquesta envolta l’obtenen a partir de la cèl·lula hoste, el virus per gemmació s’allibera de la cèl·lula. En aquesta envolta s’incorporen les proteïnes víriques per poder interaccionar amb la cèl·lula hoste. A vegades, la partícula viral surt de la cèl·lula en un estat immadur i després acaba de formar-se.
Morfologia La morfologia depèn de la simetria, de la presència o absència d’envolta i del tipus de proteïnes que envolten la partícula viral. Hi ha 4 morfologies típiques: dins de naked virus, poden ser icosaèdrics o helicoïdals; i dins dels virus amb envolta, icosaèdrics o helicoïdals. Només els naked virus amb morfologia icosaèdrica donen lloc a virions exactament iguals; en el cas dels naked virus helicoïdals, la mida pot variar. Els virus amb envolta produeixen partícules virals pleomòrfiques. A més d’aquestes 4 morfologies, tenim una altre més complexa, que té envolta, càpside i uns cossos laterals. Per exemple, Poxvirus té com tres simetries, dos laterals i una central. Els bacteriòfags tenen cap icosaèdric, i cua helicoïdal.
FUNCIONS DE LA CÀPSIDE Les funcions principals de la càpside són l’estabilitat i el reconeixement de la cèl·lula hoste. En el cas de virus animals, la càpside entra completament a les cèl·lules. Cada càpside és específica per l’hoste que infecta cada virus, ajuda al genoma víric a trobar la cèl·lula hoste, a transportar-se, i controla l’alliberament del genoma. El virió és l’estructura madura, les partícules víriques extracel·lulars. Les proteïnes d’atac d’un virus es troben a la superfície de la partícula vírica i són les encarregades d’interaccionar amb el receptor. En els virus amb envolta, la proteïna que ajuda al reconeixement, es troba a l’envolta. Quan una partícula viral penetra ha de integrar-se al genoma, per tant, el genoma ha de ser alliberat de la càpside.
COMPOSICIÓ QUÍMICA DEL GENOMA DEL VIRUS Hi ha virus que tenen el genoma fragmentat en diferents molècules, i altres que tenen gap genoma (en una mateixa molècula hi ha part de simple cadena i part de doble cadena), així que és molt difícil classificar els virus en funció del material genètic. En la classificació de Baltimore, estan classificats en 7 classes en funció del tipus de genoma: - Virus dsDNA.
Virus ssDNA.
Virus dsRNA.
Virus ssRNA+, que tenen naturalesa de mRNA i es poden traduir directament.
Virus ssRNA- que tenen polaritat d’antimRNA, i per això tenen una polimerasa depenent d’RNA que sintetitza un mRNA complementari que actua com a mRNA que es tradueix.
Virus ssRNA retrotranscrito (Retrovirus) Virus dsDNA retrotranscrito (Hepadnavirus). Alguns virus de doble cadena tenen gens que poden ser llegits en doble sentit.
La distribució dels gens virals està polaritzada, s’organitzen en clústers. En els virus ssRNA, els gens estructurals es trobem en un clúster en 5’ de l’ORF, mentre que els no estructurals (implicats en el cicle víric) es troben en 3’. En els virus amb dsDNA circular, les regions amb gens no estructurals es troben en les regions de transcripció tardia, i els gens estructurals en la regió temprana (?). Quan es seqüencien els virus, es veuen aquests clústers estructurals.
POLARITAT DE L’ÀCID NUCLEIC Fa referència als virus RNA. Un virus que és ssRNA+ podrà ser traduït per la polimerasa de la cèl·lula, perquè el RNA té el mateix ‘sentit’ que el mRNA de la cèl·lula. Els virus ssRNA- necessiten una polimerasa pròpia que, a partir del ssRNA del virus, polimeritzi una cadena de RNA complementària, ja que el ssRNA del virus té sentit contrari al de la cèl·lula i, per tant, no seria traduït per les polimerases cel·lulars. Els virus dsRNA han de tenir una polimerasa inclosa per passar de doble a simple cadena +.
Replicació     Virus DNA: l’enzim responsable és una DNA polimerasa depenent de DNA (polimerasa cel·lular) que sintetitza molècules de DNA. La replicació té lloc al nucli.
Virus RNA: l’enzim responsable és una polimerasa depenent de RNA (polimerasa del virus) que sintetitza molècules de RNA. Si és de polaritat negativa o de doble cadena, la RNApolimerasa ha de venir traduïda ja a la càpside, mentre que si és positiva, no cal, però si que hi cal el gen que la codifica.
Retrovirus: els enzims necessaris són una DNA polimerasa depenent de RNA (retrotranscriptasa, que la té el virus ja traduïda) i RNA polimerasa depenent de DNA (que pot ser la cel·lular), que sintetitzaran molècules de DNA i RNA, respectivament.
Hepadnavirus: els enzims necessaris són una RNA polimerasa depenent de DNA (pot ser la polimerasa cel·lular) i una DNA polimerasa depenent de RNA (retrotranscriptasa del virus). Les molècules que sintetitzen són RNA i DNA.
CICLE VÍRIC Té fases extracel·lulars i intracel·lulars. Dintre de les fases extracel·lulars trobem l’atac/reconeixement/interacció del virus i la cèl·lula hoste, i la injecció del material genètic. En les fases intracel·lulars trobem, la replicació del material genètic, la possible integració al genoma (en el cas d’un cicle lisogènic), la síntesi de proteïnes víriques, l’ensamblatge del virus, i la lisi cel·lular i el conseqüent alliberament de les partícules víriques. Durant les fases intracel·lulars, no observem presència de virus al medi.
Durant el cicle, trobem dos tipus de transmissions, la transmissió vertical, referent a la fase en que el genoma víric es troba integrat al genoma de l’hoste i que passa a les cèl·lules filles quan la cèl·lula es divideix; i la transmissió horitzontal, quan les partícules víriques són alliberades i poden infectar altres cèl·lules.
MULTIPLICACIÓ VIRAL Els virus han de ser transportats per l’aire o per altres medis. Cada virus té un cicle específic. Utilitzen la maquinària cel·lular per multiplicar-se. En la multiplicació del retrovirus, que té dos còpies del genoma, inicia amb la interacció de les seves proteïnes amb les de membrana de l’hoste. Després, la nucleocàpside (o càpside en cas de virus animals) s’internalitza i s’obre perquè el DNA pugui ser capturat per unes proteïnes cel·lulars que portaran el DNA al nucli. Un cop al nucli, la integrasa (del virus) integra el genoma víric al genoma de la cèl·lula. D’aquesta manera, el genoma víric es replica i es sintetitzen les proteïnes víriques necessàries. Un cop sintetitzades, aquestes s’ensamblen espontàniament i després s’alliberen els virions a l’exterior.
Possibles efectes dels virus animals en les cèl·lules hostes Hi ha 5 efectes que poden tenir els virus animals sobre les cèl·lules hostes: 1.
2.
3.
4.
Transformació de la cèl·lula hoste en una cèl·lula tumoral. Es considera una infecció no productiva.
Lisi de la cèl·lula hoste, de manera que aquesta mor i allibera les partícules virals.
Infecció persistent en que els virions s’alliberen constantment sense provocar la mort cel·lular (lisi).
Infecció latent en que el virus està present, integrat, al genoma de la cèl·lula (episoma) però no es replica, i per tant, no es generen virions, pot desencadenar en la lisi cel·lular.
5. Fusió cel·lular que genera cèl·lules multinucleades. Es considera una infecció no productiva.
EXPRESSIÓ DELS GENS VIRALS L’expressió dels gens virals és seqüencial. Qualsevol virus té un clúster de virus estructurals i un de gens no estructurals. Inicialment, quan el virus infecta la cèl·lula, el primer que s’expressen són els gens no estructurals, relacionats amb la successió del cicle víric a l’interior de la cèl·lula. Després té lloc la replicació del genoma, i finalment, s’expressen els gens estructurals.
VIRUS, ELEMENTS MÒBILS GENÈTICS i ÉSSERS VIUS Els retrotransposons són agents subvirals que han estat classificats com a virus en dos famílies: Pseudorviridae i Metaviridae. Un retrotransposón de Pseudoviridae és el Ty1, que s’insereix en S. cerevisiae i pot produir mRNA que es traduirà en proteïnes de la càpside del virus. Quan la càpside del virus està formada, l’mRNA s’insereix a l’interior i es transforma en DNA de doble cadena, que pot tornar al nucli cel·lular. Aquest és un fenomen de transmissió vertical, ja que durant el cicle pot passar a una cèl·lula filla si la cèl·lula es divideix. Un altre retrotransposón és el Gypsy virus de Drosophila, que provoca infeccions capaces de generar partícules extracel·lulars perquè infectin altres cèl·lules. Aquest seria un cas de transmissió horitzontal.
Els retrotransposons tenen seqüències molt semblants als virus, però van aparèixer abans. El cicle és molt semblant als retrovirus, que van aparèixer després que els virus.
...