Aula 1: O que é um vírus?

Fabrício S. Campos camposvet@gmail.com

Equipe de Virologia – UFRGS & IPVDF

Site: www.ufrgs.br/labvir

1

A árvore da vida

2

• Onde estão vírus?

• Por que eles “não fazem” parte da árvore da

vida?

Fonte: Pepper et al., 2011

Vivemos em uma “nuvem” de vírus

3

Infectam todas as formas de vida

4

Nós comemos e

respiramos vírus

5

Nós carreamos genomas virais como

parte do nosso próprio genoma

6

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

Dewannieux et al., 2006

7

Surto de ebola na África

8

Surto de ebola na África

9

Curvularia

Thermal

Tolerance

Virus

Vírus da

tolerância

termal da

Curvularia

Não

colonizada

Colonizada

Temperatura

55oC

Curvularia

protuberata

Todos os vírus causam danos?

10

Pétalas “anormais”

Quebras de cor

Não forma pigmento em

partes da flor

Tulip breaking virus (TBV)

11

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

HHV‐8

• Permanecem no organismo por toda a vida

O quão infectados estamos?

12

• Apresentar a denominação, a classificação,

os tipos de genomas e um pouco do que se

conhece sobre a estrutura e a replicação viral

Objetivo da aula

13

• Uma breve introdução a classificação e a

estrutura viral

• Etapas da replicação viral

• Tipos de genoma

Escopo da aula

14

Definição Estrutura

Replicação Viral Tipos de genoma

Classificação

15

Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

Estrutura Classificação

16

• Muito pequenos, infecciosos

• Parasita intracelular obrigatório

• “Partículas químicas” que não podem se

reproduzir sozinhas

• Necessitam de um hospedeiro celular

O que é um vírus?

17

Os vírus são muito pequenos

18

Miosina Actina

Poliovírus

Átomo de carbono

HIV-1

TMV

E. coli

Fago

100.000 X 1.000.000 X

Ribossomos

Os vírus gigantes

• Mimivírus, mamavírus

• Megavírus, pandoravírus

• Infectam amebas

• Genomas de 1,2 a 2,8 Mb

• Sputnik: virófago

• Alterando o conceito sobre vírus!!!

Raoult et al., 2004; La Scola et al., 2008; Philippe et al., 2013

19

Descoberto vírus gigante congelado

há mais de 30 mil anos na Sibéria

Pithovirus sibericum Fonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014 20

• 30 metros de profundidade solo congelado

da tundra ártica, Chukotka na Sibéria, Rússia

• Temperatura média anual -13,4oC

• Datação por radiocarbono (carbono 14)

• 30 mil anos (mamutes e neandertais)

Pithovirus sibericum

21

• Vírus com grande nucleocitoplasmatico

• Vírus DNA, 610 Kb

467 proteínas diferentes

• 1,5 µm (microscópio óptico)

• Hospedeiro: Acanthamoeba

Pithovirus sibericum

22

Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

Estrutura Classificação

23

• Natureza e sequencia de ácido nucleio

• Simetria ou forma do capsídeo

• Presença ou ausência de envelope

• Dimensão do virion ou capsídeo

Classificação dos vírus

24

• 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

Classificação dos vírus

25

26

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”)

Rhodes et al., 2008

27

Biomassa dos vírus > dos elefantes

28

>

Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

Estrutura Classificação

29

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

Derivado da membrana do hospedeiro

30

Estrutura de um vírus

• Virion: partícula viral infecciosa

31

Os capsídeos são metaestáveis

• Devem proteger o genoma (estável)

• E liberá-lo rapidamente durante a infecção

viral (instável)

32

Simetria do nucleocapsídeo

• Icosaédrica, cúbica ou helicoidal

Adenovírus

DNA, ñ envelopado

Influenza

RNA, envelopado

Vírus da Raiva

RNA, envelopado

33

Simetria do nucleocapsídeo - ebola

34

“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,

eles podem ser eliminados

35

Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

Estrutura Classificação

36

Replicação

• Replicação em biologia

– Síntese de moléculas

de ácidos nucléicos

• Em virologia

– Todo o processo de

multiplicação viral

X

37

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)

38

Alguns conceitos

• Infecção produtiva

– Produção de progênie viral viável

• Infecção abortiva

– Ciclo replicativo interrompido

• Susceptibilidade (receptor)

– Capacidade das células de serem infectadas

• Permissividade (enzimas)

– Ocorrência de multiplicação viral

39

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

serem espécie-específicos

40

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

41

Ácido siálico: receptor influenza

Ligação α-2,3 (aves)

Memb

celular

• Humanos: ligação α-2,6

• Suínos: possuem ambas as ligações

42

Etapas da replicação

1. Adsorção

2. Penetração

3. Desnudamento

4. Expressão gênica

5. Replicação do genoma

6. Montagem

7. Liberação

43

Fases de infecção vírus lítico

44

Vírus lítico

45

Vírus lítico

46

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: glicoproteínas

Receptores celulares

Proteínas (glicoproteínas)

Carboidratos

47

1. Adsorção

48

1. Adsorção

• Vírus que utilizam receptores específicos

– Rinovírus, poliovírus, FMDV

• Vírus que utilizam receptores alternativos

– Herpesvírus, togavírus (rubéola)

– Vantagem evolutiva ?!?

• Receptores virais

– Ác siálico (Influenza), CD4 (HIV)

49

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)

50

Co-receptores (HIV: CXCR4, CCR5)

51

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

52

2. Penetração

53

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

54

Vírus

DNA

Vírus

RNA

55

Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

Estrutura Classificação

56

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

– Fita dupla parcial

57

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 (-)

Fonte: Madigan, 2004.

4. Expressão gênica

58

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

Disseminação para outras células e hospedeiros

59

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

60

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)

61

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

• Ex.: Poliomavírus, papilomavírus, adenovírus, herpesvírus

62

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

• Ex.: Circovírus (TT vírus), parvovírus (Parvivírus B19)

Transcrito

Replicado Replicado

Traduzido

63

Genomas pdsDNA – fita parcialmente dupla

64

• 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

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

65

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)

66

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 (-)

• Ex.: Coronavírus (SARS); Flavivírus (febre amarela, dengue,

BDVD, hepatite C); Picornavírus (febre aftosa, rinovírus,

enterovírus); Togavírus (rubéola, Encefalite equina)

67

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)

68

• Muitos vírus com dsRNA são segmentados

• Carregam a polimerase viral / produção de mRNA

• Transcrição primária: proteínas não estruturais

• Transcrição secundária: proteínas estruturais

• Ex.: Reoviridae: 10 a 12 segmentos (Rotavírus)

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

Replicado

Replicado

Traduzido

69

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

70

Definição

Replicação Viral Tipos de genoma

Estrutura Classificação

71

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

72

7. Liberação (vírus nú)

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

(DNA)

• Liberados quando ocorre a destruição das células

infectadas

73

• 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

7. Liberação (vírus envelopado)

74

• Envelope adquirido das membranas celulares internas

7. Liberação (vírus envelopado)

75

Vídeo exemplificando a replicação do HIV

76

Mensagens principais

• Os vírus são parasitas intracelulares

obrigatórios

• Maioria não causa dano a célula

• São muito pequenos (não visíveis ao

microscópico óptico)

• Estrutura: ácido nucleico, capsídeo e

envelope

77

Mensagens principais

• São espécie-específicos

afinidade pelo receptor celular

• Etapas da replicação:

1) adsorção, 2) penetração, 3) replicação,

4) montagem e 5) liberação

• Vírion = partícula viral infecciosa

78

Mensagens principais

• Vírus DNA: maioria fita dupla / replicação

no núcleo

• Vírus RNA: maioria fita simples /

replicação no citoplasma

• mRNA: molécula comum a todos os tipos

de vírus

79

Mensagens principais

• Vírus de RNA polaridade positiva: genoma

infeccioso

• Envelope: adquirido da membrana plasmática

• Transciptase reversa: RNA polimerase viral

dependente de RNA viral

• Provírus: retrovírus integrado no genoma

80

Sugestões de leitura

81

Sugestões de leitura

82

• 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.

• Blog: – Virology blog (http://www.virology.ws/)

camposvet@gmail.com

Grato pela atenção!!!

Fonte: http://www.stanford.edu/group/virus/mimi/2005/Origin.htm