Tema 1 (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Bioquímica - 2º curso
Asignatura Virologia
Año del apunte 2014
Páginas 19
Fecha de subida 21/02/2015
Descargas 37
Subido por

Vista previa del texto

María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Tema 1. NATURALESA DELS VIRUS EL MÓN DEL VIRUS Principis de classificació dels virus Hem de tenir present que els virus es poden classificar en diferents agrupacions: ordres (més amplia), famílies, subfamílies, gèneres i espècies. Aquesta classificació és diferent de com es classifiquen als organismes ja que aquests sempre compleixen la característica que els permet la classificació en aquest grup (és anomenat classificació monotètica).
En el cas dels virus no funciona de la mateixa manera ja que cadascun dels grups té diferents característiques però els virus que trobem dins d’aquest grups no les compleixen totes estrictament, sinó que compleixen la majoria (classificació politètica) En el ICTB veurem que hi ha virus que no estan associats a cap ordre i per tant, podem trobar famílies sense ordre o bé famílies que no estan classificades en subfamílies. Aquest aspecte és degut a que encara estan en procés de classificació.
Indicarem en cursiva aquells noms que estan en aquesta pagina web i no el nom comú del virus.
Els virus en imatges Observem aquesta imatge obtinguda en microscòpia electrònica amb tinció negativa on hem tenyit la part externa, l’entorn d’aquesta tinció s’elabora posant la partícula vírica sobre una reixeta i un agent de contrast, que es situa al voltant d’aquesta “pilota” que no deixa passar els electrons mentre que l’agent si que deixa passar aquests. Observem una sèrie d’estructures repetides i aquesta és una característica que comparteixen tots els virus, tenen repeticions en les seves càpsides (estan formades per proteïnes del virus) i per tant, són repeticions de certes proteïnes amb diferents complexitats.
Podem tenir per exemple na estructura icosaèdrica, que la podem entendre com la repetició de triangles d’aquesta forma pots aconseguir una estructura semblant a una esfera. Aquest aspecte és interessant pel material genètic ja que amb poques proteïnes es pot aconseguir molt de material, és a dir, amb poc material genètic (DNA) pots aconseguir codificar moltes proteïnes.
1 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 En la següent imatge observem unes fibres molt fines i per tant, quan elaborem una tinció d’aquest estil el contrastant que es dipositarà al voltant de les fibres és poc i per tant, no es veuen. Observem que a la punta té una espècie de “boleta” que també són proteïnes del virus que tenen com a funció principal interactuar amb el receptor cel·lular. Les partícules víriques estan en un medi concret perquè han estat alliberades per una cèl·lula infectada i es mouen per aquest en funció del moviment del medi (no tenen energia per moure’s soles). Durant aquest moviment, poden trobar cèl·lules, que si tenen el receptor adequat podran interactuar de manera específica (proteïna – proteïna o proteïna – sucre) que provocarà un canvi conformacional de la proteïna que es transmetrà fins la base, on hi ha una proteïna diferent, localitzada en els vèrtex dels triangles, que podrà interaccionar amb un cooreceptor de manera aquest virus pot infectar les cèl·lules que tinguin només els dos receptors.
Aquesta imatge correspon al virus que causava la verola (família poxiviridae, gènere orthopoxvirus), que gràcies a una vacuna molt efectiva, s’ha eradicat totalment. La vacuna no està feta amb el mateix virus sinó amb un virus de la mateixa família que permet protegir durant forces anys a la persona vacunada. Es va elaborar una gran campanya de vacunació mundial el que va permetre aconseguir eradicar completament la malaltia (va ser la primera eradicada al segle XX). Des de llavors només s’ha pogut eradicar una altra malaltia vírica: la pesta bobina, que afecta als animals i genera pèrdues econòmiques. Actualment per exemple s’està vacunant a la població de polirraditis però en altres països aquesta es presenta de forma endèmica i no es pot eradicar completament pels costos econòmics que suposa una vacunació mundial.
En aquesta fotografia de TEM podem observar estructures que són molt semblants entre elles però que no són iguals (com passava anteriorment amb un icosàedre). En la superfície veiem també unes estructures que són repeticions i que són proteïnes del virus que s’ha introduït a sobre i de fet, estan sobre la membrana. Aquest és un virus que no és nu sinó que té una envolta, té una membrana i per tant, el seu aspecte no és tant uniforme. L’estructura de l’envolta conté:  Membrana que recobreix  Proteïnes del virus  ADN de doble cadena  Cossos laterals (formats per proteïnes del virus i que intervenen en el procés víric) Aquest tipus d’estructura no és molt comuna i per tant, és anomenada estructura complexa.
2 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Aquesta imatge és la imatge d’un bacteriòfag, el T4 que infecta a bacteris com E.Coli. observem que té una estructura amb diferents tipus de simetries: el seu cap té una simetria icosaèdrica mentre que la cua té una simetria helicoïdal de manera que això és anomenat simetria mixta. Si ens fixem veiem que es veu una espècie de “punxa” amb els llocs d’interacció amb la cèl·lula, que és una proteïna que està per dins de l’hèlix de la cua i quan es produeix la interacció amb el receptor cel·lular hi ha un canvi conformacional que provoca la contracció de l’hèlix que deixa anar aquesta proteïna que es una espècie “d’agulla” que permet la entrada del seu DNA situat en la càpside fins a la cèl·lula hoste.
Observem en la següent imatge un virus de la família picornavirales i és una cèl·lula de laboratori que no s’ha deixat que lisi. Les partícules víriques s’han acumulat de forma espectacular el que ens permet veure la natura repetitiva de les partícules víriques. Ens fixem en que totes les partícules són exactament iguals i per tant, surten còpies idèntiques que són capaces d’infectar noves cèl·lules. Si tenim aquestes partícules en un cert nombre i ho introduïm a unes determinades condicions podem aconseguir cristalls, el que ens permetrà veure l’estructura tridimensional amb el tractament amb rajos X. La càpside del virus doncs es troba entre el límit de la vida i la matèria i en aquest aspecte es compota com matèria ja que es col·loquen de tal manera que podem generar un cristall.
Observem que hi ha partícules víriques de mida diferent com en la següent imatge. En aquest cas es tracta d’un virus que fa una hèlix (simetria helicoïdal) de manera que es poden formar partícules amb mida diferent en funció de l’àcid nuclèic que incorpora: si incorpora un àcid nuclèic més llarg del que seria el seu genoma es fa més gran. Aquest aspecte és interessant perquè podem incorporar gens d’un virus que tenen interès en la investigació.
Aquesta imatge es tracta del virus del mosaic del tabac i va ser el primer en identificar-se.
La següent fotografia és d’un mimivirus que infecta a protozous (encara no es sap si també infecta a vertebrats) i són virus molt grans. Tenen un genoma de més d’un milió de bases i codifica per més de 900 proteïnes, moltes d’elles úniques per aquests virus, és a dir, que no estan representades en un altre virus.
El virus de la sida, en canvi, és un virus relativament petit i tot i que pugui semblar aparentment senzill amb un genoma petit que només codifica per 15 proteïnes no ho és perquè amb aquesta simplificat és capaç de generar una pandèmia que en l’actualitat no som capaços de controlar. El virus sputnik (foto) infecta cèl·lules que ja estan infectades per mimivirus i parasiten aquests, per tant, són paràsits dels paràsits. Necessiten part de les funcions que codifiquen els mimivirus per poder completar el seu cicle.
3 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 EL MÓN DELS VIRUS: ALGUNES DEFINICIONS IMPORTANTS El consens general en la comunitat científica afirma que un virus no és un organisme viu sinó que és una identitat biològica que no es poden replicar independentment sinó que necessiten d’una cèl·lula activa metabòlicament anomenada cèl·lula hoste. El virus són doncs, paràsits intracel·lulars obligats per poder multiplicar-se i com que no codifiquen per poder generar energia necessiten agafar-la d’una altra cèl·lula.
Han de quedar clar els següents conceptes:  Virus: Parlarem de virus en qualsevol moment del seu cicle, des que està en l’ambient movent-se amb el medi fins al moment en que aquesta partícula vírica entra en la cèl·lula i és capaç d’alliberar el seu àcid nuclèic, acumular més molècules...
 Partícula vírica: Ens referirem a aquesta quan parlem de l’estat en el que tenim aquesta càpside amb el seu àcid nuclèic dins (si es un virus nu) o amb la seva envolta (si la té). En aquesta forma es troba en el medi i està buscant una nova cèl·lula hoste.
 Infecció vírica: Procés en el qual el virus interacciona amb la cèl·lula i aquesta és permissiva, permet que els virus puguin replicar el seu ADN, expressar el seus gens i donar lloc a noves molècules del virus per produir noves partícules víriques i poder infectar noves cèl·lules.
En les definicions donades anteriorment poden entrar altres organismes que tenen les mateixes característiques de manera que per definir completament un virus hem de buscar més elements, que els diferencien dels bacteris, com per exemple la sensibilitat als antibiòtics, en que els virus són totalment resistents.
Les partícules víriques no són capaces de dividir-se com fa una cèl·lula sinó que el que fan és que una vegada alliberen el seu àcid nuclèic prenen el control del metabolisme de la cèl·lula hoste (per mitjà de diversos mecanismes) i finalment el virus el que fa és acumular dins la cèl·lula gràcies a l’energia que roba diferents components, en que, en el moment que són suficients es provocarà l’assemblatge de nous virus, els components s’uneixen per donar lloc nous virus, que sortiran de la cèl·lula. aquesta sortida es pot donar de dues maneres diferents:  Lisis cel·lular: Aquesta lisi la controlen els virus i s’elabora al final del cicle  Gemació: És una sortida més suau en que es poden emportar part de la membrana de la cèl·lula hoste o no.
Aquest tipus de sortida pot permetre que la cèl·lula hoste no mori però si que es queda perjudicada (sense energia, entre d’altres aspectes).
Els virus no creixen sinó que sempre són exactament iguals.
4 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 DIFERÈNCIES ENTRE BACTERIS I VIRUS Elaborem un quadre resum de les principals diferencies: Bacteris Virus Poden causar infeccions Poden causar infeccions i malalties Organismes vius Paràsits intracel·lulars estrictes i obligats Tenen activitat metabòlica, generen ATP No tenen activitat metabòlica i no generen ATP Poden sintetitzar les seves pròpies molècules Parasiten la maquinària de síntesis Sensibles a antibiòtics Resistents a antibiòtics Es poden reproduir per fissió Acumulen a la cèl·lula els diferents components que donen lloc a virions.
EL DESCOBRIMENT DEL VIRUS En el segle XIX ja s’havia descobert que existia una relació directa entre la malaltia i l’agent causant deguda a fongs o bacteris i per tant, s’havia establert un protocol per determinar quina era la causa. Aquest protocol consistia en agafar un extracte del teixit infectat i elaborar un filtrat i prefiltrat el que permetia eliminar les restes frolleres del extracte i per tant, passen es microorganismes. A continuació es feia passar la mostra per un filtre de porcellana, que retenia tots els organismes coneguts i per tant, el nou cultiu no havia de tenir cap microorganisme i era un cultiu pur.
A 1892 s’elabora aquest experiment a partir de les fulles del tabac infectades per TMV (virus del mosaic del tabac) i per sorpresa l’agent causant de la infecció en comptes de quedar-se retingut en el filtre era capaç de travessar-li. Inicialment l’investigador (Iwanosky) determinà que hi havia bacteris més petits que podien travessar aquell filtre.
Com que aquest investigador tot i elaborar un experiment sobre virus no ho va saber veure l’inici de la virologia se li dona al següent investigador (Martinus Beijerinck) que anomena que podria ser un altre agent causal i víric i li dona el nom de contagium vivum fluidum.
5 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 LA MALALTIA VÍRICA En la majoria de casos les infeccions víriques passen desapercebudes i com a molt es presenta un malestar general i una mica de febre. Això correspon a un hoste immunocompetent que ja ha tingut un contacte amb el virus que causa la infecció.
El herpes virus per exemple el presenta la gran majoria de la població i no sempre està en estat latent sinó que s’activa en determinats moments i hi ha gen en canvi, que està infectada però mai manifesta les conseqüències. Hi ha infeccions però que no són tant bones com per exemple el cas de la verola, una malaltia que té una mortalitat entre el 30/40 %.
Hem de tenir present que no tots els virus de la mateixa família presenten un quadre clínic similar. Existeix també una relació entre les infeccions víriques i la transformació cel·lular, el que provoca la formació de tumors i l’aparició de càncer.
En la següent taula podem observar l’efecte dels virus i els bacteris amb infeccions que han causat un gran nombre de morts: Davant d’una població concreta (hoste) el virus (per exemple poliovirus) pot infectar a tots els components de la població però els resultats de la població poden ser molt variables ja que no tots els individus ho resoldran de la mateixa manera:  No apareguin símptomes clínics  Malestar general  Passi a les meninges però es resolgui  Paràlisis  Mort Aquest aspecte provoca que hi hagi un gran nombre de problemes per determinar quin és el virus causal d’una malaltia.
6 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Bacteriòfags: virus que infecten bacteris Dos exemples de bacteriòfags són el Labda (té càpside i cua flexible) o el fag T2 (té càpside i cua rígida). L’efecte que causa en aquestes cèl·lules que infecta és la lisis cel·lular (si és un virus lític) una vegada culmina el seu cicle o bé quedarse en estat latent (si és un virus lisogènic), és a dir, que insereixi el se genoma en la cèl·lula que l’anirà passant en cada divisió i quan s’activi iniciarà el cicle lític, que causarà la mort.
En aquest cas el Labda és lisogènic i el T2 és lític.
Virus que infecten plantes Trobem zones de les plantes que estan infectades i tenim diferents parts que poden presentar una mort cel·lular sense que tota la planta mori. Cadascuna de les àrees d’infecció provenen de la infecció d’una partícula vírica, que s’ha anat escampant al voltant d’aquesta primera infecció. Aquest tipus d’infecció causa molts danys perquè els vegetals no es poden consumir i doncs, suposa pèrdues econòmiques importants.
Hi ha infeccions víriques que serveixen per usos més estranys i tenen certa importància com per exemple una infecció de les tulipes que els hi dona diferent coloració i per tant, té un valor comercial CONCEPTE “ICEBERG” La gran majoria de les famílies de virus complexen aquest concepte. Ens hem d’imaginar una infecció entre un virus i un hoste a nivell de població; quan succeeix la interacció direm que la majoria de les infeccions, dels processos infectius, donen lloc a unes infeccions que no tenen signes clínics i seria el que queda representat en la imatge per sota de l’aigua. Per tant, sabem que la major part de les infeccions passen inadvertides per l’hoste, que no és conscient que no ha estat infectat pel virus i que pot anar propagant aquest per la població.
Només hi ha una petita part d’aquesta població que si mostra els símptomes i en general és una població jove que mai no ha estat en contacte amb el virus, una població immunodeprimida o bé una població més vella que no té un sistema immunològic tant activat com en l’edat adulta.
S’arriba a un equilibri entre l’hoste i el vidus de manera que la majoria de vegades que es produeix la interacció l’hoste no se n’adona i això afavoreix la transmissió del virus per una població en la que es pot mantenir. Aquesta situació només succeeix quan s’arriba al equilibri, quan es comença la interacció des del principi no trobarem aquest equilibri sinó que la gran major part de la població presentarà el símptomes amb una alta mortalitat.
7 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 A principis del segle XX un investigador analitzava la presència d’anticossos en el sèrum de mostres humanes i es va donar compte que hi havia molts anticossos per malalties de les quals els hostes no havien presentat símptomes el que permet afirmar i demostrar el concepte iceberg.
S’han fet experiments en camps que demostren que al parlar de poblacions infectades per diferents virus s’estableix al llarg del temps una relació. El virus de la verola que infecta a conills si aquests mai no havien estat en contacte provoca quasi l’eliminació de la població i només un 0,2% va tenir la possibilitat de tornar a repoblar per tant, es troben com en la situació inicial. La primera infecció en la població que no coneixia el virus selecciona els resistents, el que permet generar una població nova estable enfront aquell virus.
Més endavant, cap als anys 90 van presentar un nou experiment amb un virus hemorràgic i s’obtenen els mateixos resultats. Així doncs, una entrada d’un virus en la població genera un estrés, que es redueix per una alta mortalitat però els resistents, que han estat seleccionats, continuen poblant u augmentant el nombre d’individius de manera que es recupera la població i el virus es manté en aquesta, el que li permet continuar la infecció.
DIVERSITAT DELS VIRUS Actualment tenim molt d’accés a seqüències dels virus que coneixem i això ha provocat que siguem conscients de la gran diversitat que podem observar en aquests, que és superior a la suma de diversitats dels altres regnes. Aquesta diversitat es deu a que són capaços de parasitar qualsevol dels regnes.
Entendre com és la seva diversitat ens permet entendre el funcionament de la vida dels organismes i això es deu a que els virus funcionen amb mecanismes proteïna – proteïna o proteïna – ADN per tal de poder obtenir les macromolècules necessàries per replicar-se.
Trobem diferents tipus de virus en quant al seu material genètic (de RNA o DNA) i en quant a si tenen envolta o no.
La gran majoria de les famílies de virus tenen una única molècula dins la càpside que pot ser de DNA o RNA. Alguns virus en lloc de tenir una molècula presenten varies on cadascuna d’elles és diferents i per tant direm que té un genoma segmentat (el virus de la grip és un exemple). També pot ser que presenti varies còpies del mateix genoma com el cas del virus de la immunodeficiència humana.
8 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Tenim molts tipus de virus i amb diferents estructures com podem observar en la següent imatge: ESTRUCTURA DELS VIRUS Mida dels virus Fins fa poc s’assimila que els virus eren entitats biològiques petites però actualment hem de tenir present que s’han descobert virus amb una gran mida i que poden arribar a ser més gran que els bacteris i per tant, poden ser observables en microscòpia òptica. La gran majoria de les partícules víriques però, es troben sobre els 40 nm tot i que poden arriba a ser fins a 200 nm (poxvirus).
Tots els virus poden ser observats en microscòpia electrònica. observen en la següent imatge les mides relatives de diferents virus: 9 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 En la següent imatge veiem un virus que aconsegueix tenir una estructura pràcticament esfèrica i ho aconsegueix gràcies a unes repeticions en la càpside que són anomenades capsòmers i estan formades per varies proteïnes. Podem observar clarament com el volum que obté amb el mínim de proteïnes és òptim.
Recordem que la mida dels virus són observats per microscòpia electrònica, que es mostra un esquema els dos mètodes més utilitzats: En el cas de la transmissió sabem que els electrons travessen la mostra (surten des de la part superior) i es recull la imatge en unes lents. En els microscopis d’escaneig el principi és diferent ja que tot i que tinguis com en el cas anterior el generador en la part superior la mostra la col·loquem amb un cert angle el que provoca que observem només aquells electrons que no travessen la mostra. Així doncs obtenim una imatge amb una sensació de profunditat.
Composició química dels virus Els virus utilitzen les interaccions proteïna – ADN, proteïna – proteïna i proteïna – lípid. Un virus està composat per:  Àcid nuclèic, ja sigui DNA o RNA  Càpside (formada per proteïnes) Anomenarem nucleocàpside al conjunt format per la càpside i l’àcid nuclèic.
Anomenarem partícula vírica o virió al conjunt format per la nucleocàpside i l’envolta, que està formada per lípids provinents de la membrana de la cèl·lula i algunes proteïnes víriques per tal de du a terme el reconeixement de la cèl·lula hoste.
10 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Observem en els següents esquemes els tipus de virus que podem trobar i la formació de l’envolta dels virus: Morfologia de la partícula vírica Per una banda veiem que hi ha càpsides icosaèdriques de virus que no tenen envolta, que són partícules víriques nues.
També però hem observar diferents partícules amb una simetria helicoïdal com el TMV o el M13. Així doncs podem definir que hi ha 5 tipus de simetries que complexen la gran majoria de virus: 11 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 FUNCIONS DE LA CÀPSIDE: ESTABILITAT I RECONEIXEMENT Les funcions de la càpside són principalment d’estabilitat i especificitat i hi ha diferència entre els virus amb envolta i sense.
En el cas dels virus que són nuus la càpside conté l’àcid nucleic i en conseqüència li confereix estabilitat. La càpside té alguna funció relacionada amb la interacció amb la cèl·lula hoste ja que a la superfície de la càpside trobem una proteïna coneguda com viral attachment protein que és la que permet que el virus interaccioni amb el receptor cel·lular de la següent cèl·lula hoste.
Pel que fa als virus amb envolta, la càpside es troba dins de l’envolta i la seva funció serà protegir i estabilitzar l’àcid nucleic que conté. En aquest cas no té la funció d’interaccionar amb la cèl·lula hoste, és a dir, no té la funció de reconeixement. Ara, l’encarregada de reconèixer la cèl·lula hoste és l’envolta del virus que inclourà alguna proteïna que li donarà aquesta especificitat.
En el cas dels virus, anem veient que no es poden fer generalitzacions ja que sempre hi ha excepcions. Aleshores, hem de dir que hi ha uns virus que no han aconseguit resoldre la interacció especifica amb les cèl·lules de l’hoste. Aquests virus són els que infecten a les plantes.
Sabem que les cèl·lules vegetals tenen una paret gruixuda que no ha permès que els virus desenvolupin una proteïna amb un receptor cel·lular per poder introduir-se. Donat que no s’ha pogut fer aquesta relació, els virus que infecten plantes utilitzen altres mecanismes, com per exemple els vectors que trenquen les parets i introdueixen el virus directament dins les cèl·lules, tot i que també poden entrar per llocs de la planta on esta danyada, sense la necessitat d’un vector. Un cop el virus ja ha entrat dins la planta, té mecanismes que els hi permetrà passar de cèl·lula a cèl·lula. El cas de les plantes és un cas especial on no hi ha una relació entre proteïna de la càpside i interacció amb el receptor de la cèl·lula hoste.
COMPOSICIÓ QUÍMICA DEL GENOMA DELS VIRUS Anteriorment hem vist com els virus poden tenir DNA o bé RNA al seu genoma. Donat que podem agrupar els virus segons quin sigui el tipus de material genètic que contenen, podem elaborar una classificació diferent a la ICTV i que es coneix amb el nom de classificació de Baltimore.
Es va fer una diferenciació en funció del tipus de material genètic que conté el virus i de la seva replicació. Amb això obtenim que es formen 7 grups de virus diferents, on tant els virus de DNA com els de RNA poden ser de cadena senzilla o doble. A més, els RNA de cadena senzilla trobem uns que tenen polaritat positiva i altres negativa.
12 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Els retrovirus tenen un genoma de RNA de cadena senzilla amb polaritat positiva i cal tenir present que tenen dues còpies del genoma, és a dir , són diploides. El DNA és la seqüència codificant per les proteïnes del virus, de manera que quan els retrovirus entren a la cèl·lula utilitzen el RNA com a motlle per fer DNA que després tornarà a passar a RNA. És per aquest motiu que els retrovirus es troben fora de la categoria de virus de RNA.
Els Hepadnavirus són els virus més estranys. Es tracta de virus de DNA que provoquen la hepatitis. Aquest virus tot i tenir un DNA de doble cadena com a genoma, necessariament s’ha de transformar a RNA, que és un intermediari en la replicació, i posteriorment passar a DNA.
Gens estructurals i no estructurals Independentment de la naturalesa dels virus, la gran majoria d’ells organitzen els seus gens en blocs. Per una banda, trobem el bloc on s’acumulen els gens que codifiquen per proteïnes estructurals; per una altra banda, trobem un altre bloc que conté els gens codificants de proteïnes no estructurals: regulació del cicle, inhibició del sistema immunològic de l’hoste. Aquestes proteïnes no estructurals no estan en el virus madur, és a dir, en el virió sinó que els trobem quan estan dins de les cèl·lules.
A la imatge podem veure un exemple d’aquesta organització on el virus té els virus no estructurals situats a l’extrem 3’ i els estructurals al 5’, tot i que podria ser al reves. En aquest cas, el virus produeix una poliproteïna que és degradada per proteïnes de la cèl·lula (marcades en negre) i del virus (marcades en blanc), donant lloc a diferents funcions.
Aquesta organització és necessària per poder reduir la mida del genoma i així encabir tots els gens necessaris per a realitzar el cicle. Si els gens estiguessin desorganitzats, el genoma hauria de ser molt més gran. De manera que ho organitzen i així economitzen al màxim la mida.
13 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 POLARITAT DE L’ÀCID NUCLEIC Quan parlem de la polaritat dels àcids nucleics ens estem referint a la polaritat de la cadena simple de RNA, és a dir, la que trobem en els virus amb un genoma dsRNA.
Si el dsRNA és positiu, un cop s’ha internalitzat en la cèl·lula de l’hoste, és reconegut com a un mRNA propi de la cèl·lula i per tant es podrà traduir.
En canvi, si el dsRNA és negatiu vol dir que és la cadena complementària a la que codifiquen i no són reconeguts per la maquinària de la cèl·lula com a propis. Per tant, en aquest cas necessitem d’una polimerasa que els transformi a una polaritat positiva per tal que siguin reconeguts com a mRNA i siguin traduïts.
Recordem que el genoma pot ser de diferents tipus: circular o lineal i que el número de còpies pot variar. La gran majoria dels virus tenen una sola còpia del genoma, excepte els retrovirus que tenen dues còpies. També trobem altres virus que tenen el material genètic fragmentat de manera que, la suma dels diferents trossos dóna una única còpia; això estabilitza les molècules ja que quant més llargues són, més inestables.
REPLICACIÓ DEL GENOMA VIRAL Per entendre bé com es produeix la replicació dins de les cèl·lules hem de pensar en quina és la natura del genoma. A l’esquema següent podem veure quines són les diferents opcions en la replicació del genoma viral.
DNA  DNA En aquest cas, es tracta d’un virus amb un genoma de DNA que a l’hora de replicar-se passa a una cadena complementària, també de DNA, i d’aquesta torna a la inicial. L’enzim encarregat de dur a terme aquesta activitat és la DNA polimerasa.
La DNA polimerasa, en cèl·lules eucariotes, la trobem exclusivament en el nucli. Per tant, si un virus realitza el seu cicle cel·lular en el citoplasma, com el cas del virus de la verola, haurà de portar la seva pròpia polimerasa que li permeti fer aquest procés.
En canvi, els virus que van al nucli, entenem que utilitzarien la DNA polimerasa que hi ha allà. Tot i que en alguns casos, si necessiten una eficiència molt elevada d’aquesta activitat, el virus pot portar la seva pròpia polimerasa.
14 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 RNA  RNA En aquest cas es tracta d'un virus amb un genoma de RNA que té una determinada polaritat que és per exemple positiva.
Aleshores aquesta molècula ha de donar lloc a la molècula amb polaritat negativa per després tornar a donar la molècula inicial. Si es tracta de cadena senzilla i polaritat positiva, el canvi que s’haurà de produir és: Aquesta activitat no està a la cèl·lula de manera que el genoma d’aquests virus han de contenir la informació per produir aquesta polimerasa.
Cal tenir present que si són de doble cadena o bé amb polaritat negativa i no tenen la polimerasa adient, el virus no serà efectiu. Això és degut que els RNA es degraden si no hi ha res que els polimeritzi ja que són molt inestables. Per tant, en aquests casos hem de trobar l’àcid nucleic juntament amb la polimerasa ja que sinó, no serà efectiu.
En canvi, si tenim RNA de polaritat positiva podrà ser reconegut per la maquinària de la cèl·lula i produir les proteïnes per les quals codifica.
RNA  DNA Es tracta d’un virus amb un genoma de RNA que té un intermediari de DNA i que posteriorment esdevindrà en el RNA inicial.
Les cèl·lules eucariotes codifiquen una quantitat insuficient de transcriptasa inversa, de manera que el virus ha de portar en el seu genoma la codificació per fer aquesta activitat. Dins del nucli tenim la DNA polimerasa que permetrà fer el pas de DNA a RNA.
Així doncs, en aquest cas tenim un enzim del virus i un altre que prové de la cèl·lula hoste.
DNA  RNA En aquest cas el genoma del virus és de DNA però necessita un intermediari en la replicació que sigui RNA per tornar a passar a DNA. Fa referència als hepadnavirus El pas de DNA a RNA el pot proporcionar la cèl·lula mitjançant la RNA polimerasa depenent de DNA. En canvi, el pas de RNA a DNA és una activitat que ve codificada pel virus. La partícula vírica no necessàriament tindrà la segona activitat ja que un cop s’ha transformat a RNA ja podria expressar els seus gens.
15 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Resum: INFECCIÓ I TRANSFECCIÓ Hem de tenir en compte que la polaritat que existeix en els virus de RNA de cadena senzilla fa que necessitin tenir la polimerasa dins de la partícula vírica i organitzar-ho de manera que la primera activitat sigui efectiva un cop ha entrat l’àcid nucleic dins la cèl·lula.
Això experimentalment es pot veure amb aquest experiment de transfecció. Tots els genomes de DNA donaran lloc a partícules víriques, amb una eficiència molt reduïda ja que no tindrem tantes partícules víriques com en una infecció.
Però, trobarem algunes cèl·lules que donaran lloc a partícules víriques.
En el cas dels virus de RNA, només aquells que tinguin una polaritat positiva seran capaços de donar lloc a estructures víriques.
- 16 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 EL CICLE VÍRIC: FASES EXTRACEL·LULARS I INTRACEL·LULARS Nosaltres establim que l’inici del cicle es troba quan la partícula vírica interacciona amb la cèl·lula hoste. Aleshores, quan la partícula vírica està en el ambient, sense un moviment actiu, sinó que simplement es mouen segons el medi en el qual es troben, fa referència a la fase extracel·lular on les partícules víriques no tenen cap activitat. La fase extracel·lular es caracteritza perquè les partícules víriques tenen una estabilitat que se li dóna per la càpside i la envolta i estan en el medi, de manera estable, durant un temps. Si són capaces d’interaccionar amb la cèl·lula hoste i introduir el seu material genètic, passaríem a la fase intracel·lular.
En la fase intracel·lular pot desaparèixer completament la càpside i la envolta de la partícula i simplement l’àcid nucleic estarà dins de la cèl·lula.
Veurem més endavant imatges de cèl·lules infectades on al principi de la infecció, aparentment, a la cèl·lula no li passa res. Així doncs, el virus durant el període del cicle lisogènic passa inadvertit.
Quan el virus està integrat en la cèl·lula hoste en forma de profag, les cèl·lules filles també l’incorporaran, és a dir, hi haurà una transmissió vertical des de les cèl·lules mares a les filles; per tant, el nombre de partícules víriques augmentarà de forma exponencial.
En un moment donat del cultiu, hi ha una senyal que fa que s’indueixi el cicle lític el DNA es desintegra del genoma i comencen a sintetitzar les proteïnes estructurals del virus i s’indueix la lisi cel·lular. En aquest punt tornem una altra vegada a l’estat extracel·lular.
MULTIPLICACIÓ VÍRICA Recordem que per tal que els virus es multipliquin necessiten de l’energia de la cèl·lula hoste i també de la seva maquinària de traducció. Això és degut que no codifiquen per ribosomes ni per cap tipus de sistema per forma ATP. Per tant, han de treure aquestes activitats dels enzims cel·lulars per poder fer els components que formaran les noves partícules víriques.
En el cas de la replicació del virus de la immunodeficiència humana que es tracta d’un retrovirus, partim d’una partícula vírica amb dues còpies de RNA, una envolta amb proteïnes que interaccionen específicament amb un receptor de la cèl·lula hoste.
17 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 Aquest receptor posteriorment necessita d’un segon receptor i si hi ha reconeixement es produirà la fusió de membranes, mitjançant un procés conegut com penetració on només entra la nucleocàpside que es desestructura parcialment per tenir concentrada la maquinària. Un cop s’ha format el RNA doble cadena, hi ha una proteïna del virus que dirigeix el DNA cap el pol nuclear on s’insereix dins del nucli i també s’integra en el genoma.
Una vegada el virus ha aconseguit introduir el seu material genètic en el genoma, comença la producció de mRNA que donarà lloc a les proteïnes que regulen el cicle i finalment es produiran les proteïnes estructurals. Per últim, els virus sortiran per gemmació a través de la membrana plasmàtica.
Tipus d’infeccions per virus Dintre de les infeccions que produeixen els virus a nivell de les cèl·lules eucariotes, podem trobar diferents tipus de resultats.
Per una banda, es pot induir la transformació de la cèl·lula infectada i aquesta transformació pot donar lloc al desenvolupament de tumors, és a dir, la transformació és un dels passos necessaris. S’ha vist que la transformació de determinats virus està relacionada amb la formació d’alguns tumors.
Un altre resultat de la interacció del virus amb cèl·lula eucariota és la lisi cel·lular. El virus entra, fa el seu cicle i destrossa la cèl·lula quan expulsa totes les partícules que ha produït.
Un altre resultat pot ser la infecció persistent. Trobem una cèl·lula que va produint una petita quantitat de partícules víriques i per tant, la cèl·lula no lisa sinó que el nombre de partícules va augmentant.
També trobe el cas d’infeccions latents, on el virus està dins de la cèl·lula, integrat o no, i en un determinat moment es pot induir la formació de partícules víriques i produir-se una lisi cel·lular.
Hi ha un altre tipus de interacció que consisteix en la fusió entre les cèl·lules. Això pels virus sol ser bastant positiu ja que pot passar a altres cèl·lules sense haver d’estar en el medi que els fa ser més inestables.
EXPRESSIÓ SEQÜENCIAL DEL GENOMA VÍRIC A part de la reorganització que es fa al genoma entre gens estructurals i no estructurals, també hi ha una regulació temporal de l’expressió dels gens.
Al principi del cicle víric, s’expressen els gens no estructurals, és a dir, els que regulen el cicle, la replicació,etc. Al final de tot, s’expressen els gens que codifiquen per a proteïnes estructurals.
Cal tenir present que això passa independentment de com estiguin situats en el genoma.
18 María Monteserín Cuesta Judith González Gallego Virologia. T1 VIRUS I ELEMENTS MÒBILS Un exemple d’element mòbil és el Ty que es tracta d’un retrotransposó. El seu mecanisme d’actuació consisteix en inserir una seqüència de DNA en el genoma, de manera que es transcriurà a mRNA que un cop en el citoplasma es podrà traduir i això donarà lloc a diferents proteïnes.
Una de les proteïnes que forma són unes estructures semblants a la que trobem a les càpsides dels virus i per això s’anomenen virus like – particles.
A dins trobem el DNA inicial. A partir d’aquí, una de les proteïnes que s’ha produït s’encarrega de fer la còpia de RNA a DNA de doble cadena, és a dir, té una activitat de transcriptasa inversa. Un cop ja hi ha estructura dsDNA, una de les proteïnes, també sintetitzades, se’n va cap al pol nuclear i afavoreix l’entrada del DNA cap al nucli. Una altra proteïna s’encarrega d’integrar aquest DNA en el genoma.
Per tant, dins de la cèl·lula hi ha uns elements Ty que van saltant a diferents posicions del genoma dins de la mateixa cèl·lula ja que no és capaç de sortir i anar a altres cèl·lules, és a dir, només es transmet de forma vertical.
Pel que fa als retrovirus, quan comencen el seu cicle (per nosaltres – convenció- quan virus interacciona amb la cèl·lula), són estructures que tenen RNA i que dins de la cèl·lula es transforma en DNA de doble cadena i s’integra en el genoma.
Així doncs, es podran sintetitzar les proteïnes del virus.
La diferència dels retrovirus respecte dels elements mòbils recau en el fet que els retrovirus poden sortir de la cèl·lula per gemmació. La envolta que prenen de la cèl·lula té unes proteïnes que permeten la interacció amb la següent cèl·lula.
S’ha pogut veure que hi ha similituds entre el mecanisme dels retrovirus i dels element mòbils. Sembla ser que en l’evolució els primers van ser els retrotranpossons que van adquirir l’habilitat de saltar entre diferents cèl·lules i van esdevenir els retrovirus.
Cal recordar que dins d’un grup determinat de virus, tots els components que estiguin agrupats tindran uns caràcters similars. Això el que indica és que és difícil posar barreres entre els virus ja que sempre hi ha excepcions. Dit això, en el cas dels retrotransposons, segons la seva seqüència, trobem dues famílies: pseudoviridae i metaviridae.
En la família metaviridae s’ha identificat un retrotransposó on la seva seqüència s’alinea perfectament amb la seqüència de un transposó però que ha guanyat la habilitat de passar de cèl·lula a cèl·lula. Per tant, ens trobem davant d’un retrotransposó però que realment és un virus ja que té seqüència de transposó i funció de virus.
19 ...