Bacteriófagos: Vírus que infectam bactérias

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Bacteriófagos
- Bactéria _ Fago
- infectam bactérias (classificação onde não havia os domínios Archaea) 
- Vírus → bactérias → lise. 
- Parasitas intracelulares obrigatórios que faz uso da maquinaria biossintética do hospedeiro (bactéria. 
- Formam um grupo diverso de vírus
- Alguns com estrutura complexa
- Coletivamente → a maioria dos organismos no planeta terra 
- Cerca de 1031 vírions de fagos com cauda no planeta. 
- Renovados a cada 4 ou 5 dias → 1024 infecções produtivas por segundo. 
Importância dos bacteriófagos
- Regulação da abundância e da distribuição de bactérias no ambiente. 
- São uma das forças motrizes da evolução bacteriana - pressão seletiva. 
- Modelos para:
	> estudo da estrutura de vírus de plantas e de animais.
	> estudo de replicação e de recombinação de DNA, transcrição, tradução e regulação gênica. 
	> estudo do metabolismo, genética e infectividade. 
- Aplicações:
	> enzimas e outros produtos codificados por fagos: razão de estudos na biologia molecular. 
	> “phage display”
	> potencial terapêutico contra infecções bacterianas
	> parasito simples → hospedeiro unicelular 
	> estudo com bacteriófagos → importante instrumento na pesquisa da interação parasito vs. hospedeiro. 
Estrutura geral dos bacteriófagos
- primeira imagem de microscopia eletrônica de um bacteriófago. 
- T4 é um dos mais estudados. 
- Presença de uma cauda contrátil para fazer a infecção da célula bacteriana. 
- A cabeça do bacteriófago funciona como uma partícula icosaédricos
- Estrutura muito variável. 
- Vírus filamentosos são de ssDNA.
- A maioria dos fagos descobertos são dsDNA com cauda. 
Vírion de ssRNA icosaédrico
- partes do genoma de ssRNA que são utilizadas para montar o capsídio viral. 
- O processo de replicação se ssRNA (+) → o vírus entra, o +ssRNA começa a sintetizar proteínas. A replicase converte em ssRNA (-) que irá servir de molde para síntese de outros +ssRNA e de proteínas estruturais (capsídeo). 
Replicação de um vírus de ssDNA
- O material genético é duplicado → de uma fita positiva se faz uma negativa. 
- DNA polimerase faz a ligação, circularizando a cadeia nova
- temos a cadeia replicante
- a polimerase se liga nesse cadeia replicante e forma o círculo-volante. 
- Proteínas PV (advinda do mRNA) irão se ligar a esse novo genoma, fazendo com que ele não seja mais replicado, e isso irá servir para o processo de empacotamento do vírus.
	> elas não saem com o vírus, já que não são proteínas estruturais. 
Replicação de um vírus de dsRNA
- a cadeia negativa vai sofrer transcrição → mRNA → tradução → Proteína viral. 
Vírion de fago lambda
- há uma proteína que se associa funcionando como uma bomba de DNA.
- a proteína pega o DNA e começa a envolver até formar uma estrutura bem condensada. Porém em uma determinada sequência de nucleotídeos vem uma enzima de restrição e corta com uma extremidade coesiva. 
- Quando esse DNA entra na bactéria ele circulariza, porque as extremidades são coesivas e complementares. 
Sistema com cauda contrátil
1. Liga a um receptor da parede bacteriana 
2. Contração da bainha da cauda. Exolisina (se presente no virion) hidrolisa a camada de peptidoglicano. Ejeção do tubo rígido interno - parede celular. 
3. Contração completa e ejeção do tubo rígido interno. Abertura do bujão proximal. Fusão com a membrana plasmática. 
4. Translocação DNA viral para o citoplasma bacteriano.
Sistema de injeção com cauda longa e flexível 
1. Ligação a um receptor da parede bacteriana. 
2. Ponta da cauda penetra na OM. Exolisina associada ao vírion (se presente) hidrolisa a camada de PPG. 
3. Cauda atinge a membrana plasmática da bactéria. 
4. Criação (atividade fusogênica) ou uso de um poro hidrofílico para a translocação DNA viral para o citoplasma bacteriano.
Sistema de injeção de cauda curta
1. Ligação a um receptor de membrana externa da bactéria (OM)
2. Proteínas de ejeção na cabeça formam um canal que penetra na OM. Exolisina associada a virion (se presente) hidrolisa a camada de PPG. 
3. Em bactérias gram negativas, o canal estende-se através da membrana interna (IM). Alguns vírus podem utilizar um receptor de IM. 
4. Translocação DNA viral para o citoplasma bacteriano. 
Classificação dos fagos: fagos virulentos (são líticos - entram, replicam, rebentam a célula e same) e fagos temperados (escolhem entre líticos e lisogênicos). 
→ Ciclo lítico (situação favorável)
- O fago adere à célula, injeta seu DNA, começa o processo de replicação do material genético e a síntese de proteínas estruturais. Mais fagos são formados dentro da célula, até que essa estrutura é lisada, liberando os fagos. 
→ Ciclo lisogênico (situação de estresse)
- Entrada do material genético do vírus, ele incorpora na forma de profago, e conforme a bactéria replica, o prófago vai sendo replicado também. Dependendo das condições ele pode voltar a ser ciclo lítico também. 
obs.: Quando há uma super infecção da bactéria (muito vírus para pouca bactéria), o vírus tende a entrar em ciclo lisogênico
- A entrada do vírus entra e injeta o material genético. Temos as extremidades coesivas e complementares (cliva no mesmo ciclo de restrição), e dentro da bactéria a DNA ligase vai complementar um pedaço que ficou faltando fazendo com que o DNA fique bem circular. 
- Uma vez circularizado ele pode fazer a replicação do tipo teta, onde há a duplicação do material genético, depois pode haver uma clivagem, gerando o círculo-rolante. Em um longo período de transcrição há a formação do capsídeo viral e o empacotamento do DNA. 
- Esse vírus então libera proteínas que permitem com que ele lise a membrana da bactéria e saia da célula. 
- Por outro lado, dependendo das condições, esse vírus pode gerar proteínas de integração e integrar no genoma da bactéria na forma de prófago. 
Formas lisogênicas (redutiva):
- Ocorre quando há muito vírus para pouca bactéria. 
- Pode ser lisogênica que é a inserção do material genético do vírus no genoma bacteriano, ou pode ser pseudo-lisogênico que é quando o material genético viral se circulariza e fica em um estado de não replicação. Conforme há a divisão/replicação da bactéria, esse material genético viral também é replicado. 
Proteína cI e a descoberta da regulação do ciclo lítico ou lisogênico. 
- Gene responsável pela bactéria entrar no ciclo lítico (formação de halo claro na placa bacteriana) e sair no lisogênico (na placa era visto de uma forma turva na placa bacteriana)
- Material genético do vírus entra na bactéria. Assim que ele entra, as extremidades coesivas, atuação da ligase, e a circularização do material genético. 
- Foi definido que a região onde tem o gene c1 seria a região controladora/reguladora. Nessa região temos promotores fortes:
	> promotor R (PR) → genes precoce
	> promotor L (PL) → genes precoce
	> PRE → genes precoce
	> PRM → genes precoce
	> P’R → genes tardios
	> PI → genes tardios 
- Quando há preponderância do PR temos o ciclo lítico
- Quando há preponderância do PL temos o ciclo lisogênico
- Quando o vírus entra na célula e circulariza, o PL vai ser acionado, e vai ser produzido quem tiver a esquerda, a proteína M. Essa leitura não irá continuar porque temos um terminador.
- Do lado direito (PR) vai ser produzida a proteína cro, e não contínua devido a presença do terminador. 
- Proteína M é um anti terminador → liga na polimerase e ignora os terminadores. Então em uma segunda etapa faz-se os genes retardados, então assim que há a produção de N também vai haver a produção de c2, O e P (O e P proteínas importantes no processo de replicação). 
- Em situação de condição normal da bactéria (sem estresse), a proteína c2 está sendo clivada (ciclo lítico). Caso a bactéria esteja passando por um momento de estresse, essa c2 começa a ser produzida em alta concentração (ciclo lisogênico). 
- Quando a c2 é produzida ela se liga ao PRE, produzindo a c1 (repressor lambda que age no bloqueando o PR e PL bloqueando, e age no PRM ativando) 
↓ [c2] = ↓ [c1] → ciclo lítico funcionando normalmente.
↑ [c2] = ↑ [PRF] = ↑ [c1] →ciclo lisogênico. 
- cro bloqueia o PRM, inibe o c1, e deixa o PR livre para ser ativado → ciclo lítico
Resumindo:
Quando entra o material genético do vírus, há a circularização, ocorre o envio de mensageiros para ambos os promotores fortes, ativando-os (PR e PL). Com isso, de princípio temos a síntese de duas proteínas: M (PL) e cro (PR). 
A proteína M é um anti-terminador, então ela faz com que a polimerase não reconheça o sinal de terminação, e com isso a proteína c3 e c2 sejam produzidas. A proteína c3 é um bloqueador da protease, impedindo que a c2 seja degradada. Com essa alta quantidade de c2, ocorre uma ligação com o promotor tardio PRE, o que promove um aumento de c1 (repressor lambda). Esse repressor age bloqueando os operadores da direita e da esquerda impedindo os genes de serem transcritos, mas liga no promotor, fazendo com que proteínas integrases sejam sintetizadas. 
Por outro lado, a proteína cro se liga ao PRM, bloqueando o PL, com isso há um bloqueio do repressor c1, o que permite que a quantidade de proteólise fique alta, degradando c2, e isso permite a entrada do vírus no ciclo lítico.