Introdução à Virologia Estrutura, Morfologia e Replicação Viral Prof Flávio Borges

Introdução à VirologiaEstrutura, Morfologia e Replicação Viral

Prof Flávio Borges

Ubiquidade dos vírus

• Todos e qualquer organimo é potencialmente parasitado por algum tipo de vírus

• Consequência evolutiva Natureza predatória: todo virus é um parasita obrigatório

Co-evolução Vírus Hospedeiro

Moldar características da célula para favorecer sua replicação

Resultante: prejuízo de funções celulares normais

Pressão seletiva sobre o hospedeiro

Doença = Alteração de função ou característica celular/tecidual,

ou morte celular, gerada pelainfecção

Contra-adaptação do hospedeiro(em detrimento do virus)

Pressão seletiva sobre o vírus

Contra-contra-adaptação do virus

Contra-contra-contra-adaptação do hospedeiro

Co-evolução Vírus Hospedeiro

Tendência ao equilíbrio Diminuição das pressões seletivas

Doenças graves representam desequilíbrio Vírus/Hospedeiro

Manutenção das viroses (controle da letalidade)

Doenças emergentes

Virulência: medida empírica da quantidade de dano que um determinado virus causa ao hospedeiro

Co-evolução Vírus Hospedeiro

• Conceito errado: adaptação virus/hospedeiro e equilíbrio não implicam, necessariamente, em ausência de doença

O vírus não se “importa” se ele vai causar ou não dano ao hospedeiro – adaptação significa apenas que ele deve adquirir nível de virulência suficiente que permita sua replicação e transmissão ANTES da falência do hospedeiro

Vírus do trato respiratório superior – Gripe

Transmissão aéreaTosse, escorrimento nasal, espirro

Favorecimento da transmissão

Vírus entérico – RotavírusTransmissão por fezes contaminadas

Diarréia

Vírus causadoes de DST Poxvírus (varíola)

Transmissão por contato Lesões externas

Arbovírus - Dengue) Transmissão por vetorartrópode

Prostração do hospedeiro

Importância dos Vírus

Médica

EconômicaVeterinária

Agricultural

Picornavirus (+100 virus)-Polio-Gripes-Enteroviroses-Hepatite A

Calicivirus (9 sorotipos)-Gastroenterites

Astrovirus (8sorotipos)-Gastroenterites

Togavirus (23 virus)-Rubéola-Encefalites-Poliartrites-Pustulação (rash)

Flavivirus (+50 sorotipos)-Encefalites-Dengue-Febre Amarela-Hepatite C, E e G

Coronavirus (2 virus)-Resfriados-gastrites

Rabdovirus (8 sorotipos)-Raiva

Paramyxovirus (+50 virus e sorotipos)-Caxumba-Sarampo-Doenças respiratórias

Filovirus (2 virus)-Febre hemorrágica

Orthomyxovirus (# indeterminado)-Gripes severas-Doenças respiratórias

Bunyavirus (+50 virus)-Febre hemorrágica-Encefalites-Pustulação

Arenavirus (+20 virus)-Febre Hemorrágica-Encefalites

Reovirus (# indeterminado)-Gastroenterites infantis

Rotavirus (+50 sorotipos)-Gastroenterites-Exantema subito

Retrovirus (+ 50 virus)-Imunodeficiência-Leucemia-Hiperplasias-Cânceres

Papilomavirus (+100 sorotipos)-Verrugas-Condilomas genitais-Hiperplasias-Cânceres

Adenovirus (49 sorotipos)-Doenças respiratórias-Hiperplasia Herpesvirus (+50 virus)

-Catapora-Herpes Zoster-Herpes labial/genital-Encefalites-Herpes Ocular-Hiperplasias-Canceres

Poxvirus (5 virus)-Doença Sistêmica-Pustulação-Hiperplasia

Hepadnavirus (1 virus)-Hepatite-Cancer

Tamanho dos vírus

Tamanho da partícula: 15 a 300 nm

1nm = 1/10.000.000 cm

Vírus da Poliomielite (menor vírus humano)

Vírus Vaccínia / Varíola (maior vírus animal/humano)

Estrutura Viral Básica

Cerne (DNA ou RNA)

Capsídeo (proteína)

Espículas ou receptores viraisProteínas e carboidratos

Envelope(Lipídeos + receptores)

VIRUS NÃO ENVELOPADO

VIRUS ENVELOPADO

Genoma Viral

Trasncriptase Reversa

Tipos de estruturas Capsídeo Helicoidal

Subunidades protéicas são equivalentes entre si e estão ligadas de modo a formar um eixo de rotação ao redor do ácido nucléico)

Ex:Vírus do Sarampo, Caxumba, Raiva

Tipos de estruturas Capsídeo Helicoidal

Vírus Helicoidal envelopado

Vírus Helicoidal não-envelopado

Tipos de estruturas Capsídeo Icosaédrico

Capsídeo construído por CAPSÔMEROS que se ligam formando um sólido geométrico (icosaedro)

As subunidades do capsideo estão localizadas ao redor dos vértices ou faces do icosaedro.

Um icosaedro é formado por 20 triângulos eqüiláteros organizados sobre a face de uma esfera.

Ex:Herpesvírus Poliovírus Adenovírus

Tipos de estruturas Estrutura Complexa

Subunidades protéicas do capsídeo se ligam formando estrutura complexa, sem conformação geométrica definida

Ex: Varíola, Vaccínia, Ebola

Tipos de estruturas Capsídeo Binária

O capsídeo viral pode ser dividido em apenas dois planos idênticos

Ex: Bacteriófago T4

Princípios da replicação Viral

Vírus são Parasitas intracelulares obrigatórios

Os ciclos replicativos dos vírus variam de acordo com a duração, local da multiplicação, destino da célula infectada (ciclo lítico ou não) e produtividade viral.

Alguns vírus são capazes de entrar em estados latentes, onde não há produção de progênie viral

Replicação Viral6 fases

Membrana Citoplasmática

Vírion

Receptor celular

CitoplasmaMeio Extracelular

2 - Penetração

1 - Adsorção

3 - Desnudamento

4 - Biossíntese

5 - Morfogênese

6 - Liberação

Replicação Viral1 - Adsorção

• Ligação específica entre os receptores virais e receptores celulares localizados na membrana citoplasmática

Receptor Viral

Replicação Viral 1 - Adsorção

• Receptores virais estão diretamente relacionados com Tropismo celular/tecidual e a especificidade de hospedeiro

Linfócito TN

eurônioF

ibroblasto

HIV

x

x

CD4-

CD4-

CD4+

x

x

CD4 Humano

CD4 Felino

CD4 Aviário

Receptor Celular

Co-receptor Celular

• Em adição aos receptores primários, alguns vírus também interagem com receptores secundários (co-receptores). A ligação pode ocorrer ao vírus nativo ou a formas virais alteradas como resultado de sua ligação ao receptor primário.

Replicação Viral 1 - Adsorção

• A etapa de adsorção viral pode ser bloqueada pela presença de inibidores específicos

x

Replicação Viral 1 - Adsorção

Replicação Viral 2 - Penetração

Envelope Viral

Receptor Viral

Membrana Celular

Citoplasma Citoplasma

a) Fusão de Membranas

Receptor Celular

Citoplasma

Replicação Viral 2 - Penetração

b) Endocitose mediada por Receptor

b.1 – Fusão do endossomo

Citoplasma

Citoplasma

Citoplasma

Citoplasma

Citoplasma

Replicação Viral 2 - Penetração

Citoplasma

b) Endocitose mediada por Receptor

b.2 – Lise do endossomo

Citoplasma

Citoplasma

Citoplasma

Citoplasma

Ligante

Sinalização

• Como o vírus induz a formação do endossomo após sua ligação?

Processo fisiológico comum da via endocítica

Receptor Celular

Membrana citoplasmática

Recrutamento de proteínas indutoras de endocitose

Endocitose dependente de ClatrinaEndocitose dependente de CaveolinaEndocitose dependente de “Lipid-rafts”

Replicação Viral 2 - Penetração

Replicação Viral 2 - Penetração

Endocitose dependente de caveolina

Endocitose dependente de clatrina

Fusão de membranas

Endocitose independente de clatrina/caveolina

• A etapa de desnudamento ocorre, em muitos casos, simultaneamente à penetração, e consiste na degradação do capsídeo/nucleocapsídeo viral seguido da exposição do material genético do vírus no respectivo sítio replicativo

Penetração Desnudamento

Ácido nucléico exposto no sítio replicativo

Replicação Viral 3 - Desnudamento

Sindbis Virus (Togaviridae) Influenza Virus (Orthomyxoviridae) Bacteriófago T4

Replicação Viral 3 - Desnudamento

Exemplos:

• Para conseguir expressão, replicação e o “alastramento” de seus genes, os diferentes vírus evoluíram muitas estratégias genéticas e bioquímicas diferentes, dependendo de fatores tais como:

– Natureza do material genético viral– Características fisiológico-bioquímicas da célula hospedeira

– Sítio de replicação intracelular

Replicação Viral 4 - Biossíntese

1

RNA genômico

mRNA único

Poliproteína

Processamento proteolítico

Proteínas individuaisPoliovirus (Picronaviridae)

Replicação Viral 4 - Biossíntese

Estratégia de Síntese protéica: genoma Monocistrônico (RNA)

2

RNA genômico

Vários mRNAs individuais

Proteínas individuais

Parainfluenza Virus (Paramyxoviridae)

Replicação Viral 4 - Biossíntese

Estratégia de Síntese protéica: genoma Policistrônico (DNA / RNA)

Conceito: Montagem das subunidades protéicas (e dos componentes da membrana no caso dos vírus envelopados) e empacotamento do ácido nucléico viral, com formação de novas partículas virais completas em um determinado sítio da célula.

Replicação Viral 5 - Morfogênese

Sítio nuclear

Sinais de localização nuclearSinais de exportação nuclear

Sítio Citoplasmático

Tradução em Ribossomos livresModificações pós-traducionaisVias secretórias celulares

• Sítios replicativos = Fábricas virais

Replicação Viral 5 - Morfogênese

Montagem das subunidades protéicas e empacotamento do ácido nucléico viral

Replicação Viral 5 - Morfogênese

Replicação Viral 5 - Morfogênese

• Vírus envelopados: Vírus não são capazes de sintetizar lipídeos. Assim envelopes devem ser adquiridos de compartimentos membranosos da célula (previamente modificados por proteínas virais)

• O processo de liberação está intimamente relacionado com as características biológicas do vírus

– Envelopado x Não-envelopado– Lítico x Lisogênico– Sítio de Replicação celular

Replicação Viral 6 - Liberação

• Modelo simples – Ciclo lítico x Ciclo lisogênico (bacteriófago T4)

Replicação Viral 6 - Liberação

Replicação Viral 6 – Liberação – Modelos complexos

Brotamento

Fusão de envelope externo

Liberação propulsionada