Genética e evolução dos vírus

Prévia do material em texto

Genética e evolução dos vírus
Classificação dos vírus – de acordo com o genoma e sua polaridade:
▪ Grupo I: herpesvirus, poxvirus; varíola, HPV (DNA +/-)
▪ Grupo II: parvovirus canino (DNA +)
 ▪ Grupo III: rotavirus. (RNA +/-)
▪ Grupo IV: zikavirus, dengue, febre aftosa (RNA+)
▪ Grupo V: gripe, vírus da cinomose, raiva (RNA-)
▪ Grupo VI (ocorre transcrição reversa): HIV, AIEA, FIV E FELV (RNA+)
▪ Grupo VII (ocorre transcrição reversa): hepatite B. (DNA +/-)
· As Polimerases são as enzimas responsáveis por ler e duplicar a fita de DNA juntamente com outras enzimas como a Helicase. Elas identificam os códons de iniciação (Primers) e a partir deles produzem outra que se encaixe perfeitamente (no sentido inverso).
· As RNA polimerases presentes nos vírus são capazes de produzir RNA a partir de uma fita de RNA. Já as enzimas presentes na célula não são capazes disso.
· A enzima responsável por fazer a transcrição reversa, produzir DNA a partir de RNA, é a Transcriptase Reversa ou TR (RT em inglês).
· Ao produzir o DNA a partir do RNA, os vírus de RNA que possuem a TR (Grupo VI – HIV) fornecem o substrato necessário para as polimerases da célula produzirem cópias do material genético viral. As polimerases da célula, que só replicam DNA, reconhecem a dupla fita feita pela TR como se fosse oriundo da própria célula e começam a duplica-lo, realizando a replicação viral.
· As polimerases de DNA são capazes de detectar um erro na replicação e corrigi-lo a partir de seu sítio de edição trocando o nucleotídeo necessário. Isso reduz a chance de ocorrer um erro na replicação – mutação.
· As TRs não possuem essa capacidade de detecção e edição dos possíveis erros o que aumenta a chance de uma mutação ocorrer:
· 10 -10 de chance de erro pela DNA polimerase; 
· 10 -4 de chance de erro pela RNA polimerase.
· Um erro na colocação de nucleotídeos vai gerar códons diferentes daqueles esperados. Isso pode causar uma mutação deletéria, benéfica ou neutra a partir da tradução dos códons mutantes em novas proteínas.
· A interação genética entre dois vírus diferentes ocorre através de uma recombinação intra-molecular. A recombinação só ocorre quando há uma dupla infecção por parte de duas cepas variantes de uma mesma espécie viral. Uma cepa resistente a um medicamento pode passar a resistência adquirida por uma mutação através do seu genoma para uma outra cepa que não a possua. Por isso, é importante que uma pessoa com infecção viral não deixe de se proteger contra o mesmo tipo de vírus.
Replicação de DNA = deslocamento da fita molde;
Acontece a partir de uma das fitas e posteriormente a outra fita será usada como molde. Tem uma origem de replicação bidirecional, acontecendo dos dois lados da fita. 
Atividade revisora das polimerases de DNA:
As polimerases de ácidos nucléicos têm como função a sintetização de ácidos nucléicos. Dependendo do tipo de genoma do vírus, existem enzimas replicases diferentes para a síntese de uma nova fita. 
As enzimas são classificadas como DNA polimerase e RNA polimerase: 
Genoma de DNA: DNA polimerase (reconhece desoxirribonucleotídeos) 
Genoma de RNA: RNA polimerase (reconhece ribonucleotídeos). 
Além disso, a DNA polimerase possui atividade revisora e a RNA polimerase não.
A atividade revisora é a capacidade que as enzimas polimerases tem de remover um nucleotídeo, quando o pareamento não é perfeito, logo após a sua adição a molécula nascente de ácido nucleico, as polimerases de DNA pegam nucleotídeos livres e os adicionam na cadeia nascente de ácido nucleico. Se esse pareamento não é perfeito a DNA polimerase tem a possibilidade de desfazer a interação covalente que permitiu a evolução daquele nucleotídeo, removendo. Então, essa enzima tem a capacidade biológica de se fazer o reconhecimento do mal pareamento e eventualmente ela consegue retira-lo. Isso faz com que a ocorrência de erro de nucleotídeo diminua muito, porém não consegue corrigir todo pareamento anormal. Então, esse tipo de modificação no código genético que pode vir a não ser corrigido é chamado de mutação espontânea porque acontece pelo erro da polimerase é inerente a produção de qualquer ácido nucleico.
Em amarelo, se encontra a DNA polimerase, que possui toda uma estrutura que permite o encaixe exato do DNA em seu sítio catalítico na enzima. Em vermelho é a área que está sendo polimerizada. Em cada adição, ela checa se o pareamento entre as fitas está correto. Quando há algum erro de pareamento, a DNA polimerase corre no sentido inverso (3’ 5’ – o certo é 5’3’) para consertar esse pareamente errado. Se ainda sim o paremento continuar errado, ele permanecerá daquele jeito, logo, a mutação que ocorre na fita produzida e que é corrigido pela DNA polimerase é a mutação que acabou de acontecer. Ou seja, a falta de correção é erro da polimerase.
Só que a proporção que isso acontece na produção de DNA é muito menor que a proporção de ocorrência desse tipo de mutação na posição de RNA. Porque as RNA polimerases produzem RNAm e RNAr. Os vírus de genoma RNA não podem ser replicados pelas DNA polierases, eles precisam de uma enzima especifica (RNA polimerase) para que sejam reconhecidos. As RNA polimerases não são capazes de realizar correções como a DNA polimerase, por isso a taxa de erro na fita de RNA é maior
Na célula, uma DNA polimerase DNA dependente é uma enzima que produz DNA copiando de DNA, essa dependência à DNA define bioquimicamente qual é o molde que ela é capaz de copiar. A RNA polimerase que se tem na célula são todas DNA dependentes, elas produzem RNA copiando do DNA.
No vírus, o genoma viral é RNA polimerase RNA dependente, ou seja, para replicação do genoma viral precisam da atividade da RNA polimerase, isso é uma exigência bioquímica que a maioria dos vírus de genoma RNA tem que faz com que a célula não tenha condições de suprir. A RNA polimerase DNA dependente não atendem a necessidade dos vírus de genoma RNA, eles precisam de uma enzima que produz RNA copiando de RNA (RNA polimerase RNA dependente), uma vez que as células animais não possuem essa enzima. Logo, é o vírus que precisa possuir essa enzima que pode estar presente na estrutura do capsídeo ou pode estar no cerne da partícula viral chegando pronta na célula. Mas há um caso específico de vírus de genoma RNA em que seu próprio genoma viral funciona como mRNA.
Replicação do DNA: deslocamento da fita molde
Exemplo de Adenovírus em que se tem uma replicação muito diferente do parâmetro celular. No parâmetro celular sem as duas fitas da molécula fita dupla de DNA sendo replicadas concomitantemente, em contrapartida entre os vírus existem casos em que esse processo não acontece dessa maneira. No caso da replicação do Adenovírus se tem uma fita que inicia a replicação e depois há a replicação da outra.
O genoma do vírus fita dupla de DNA, uma aparece em azul escuro e a outra em azul claro. A fita azul clara está sendo usada como molde e a DNA polimerase viral começa a produzir a fita molde que também aparece em azul escuro, quando essa replicação termina começa a replicação da fita que ficou em revestida de proteínas impedindo que essa fita se enovelasse sobre ela mesma em uma ação análoga as SSD da replicação do DNA celular, então essa fita que ficou em stand bay é circularizada, e aí se tem a replicação dela. Primeiro uma fita e depois a outra.
Replicação de DNA: método do circulo rolante
Os genomas circulares pequenos são replicados em direção bidirecional, semelhante ao que ocorre com os plasmídios. Acredita-se que a replicação do DNA dos poliomavírus (cadeia dupla circular) seja mediada por um mecanismo giratório que contêm a endonuclease e ligase. A endonuclease clivaria uma das cadeias, permitindo a replicação de um pequeno segmento. Esse "corte" seria então reparado (ligado) pela ligase.
Esse processo de replicação costuma acontecer em moléculas de DNA fita dupla circulares. Há a molécula de DNA de fita dupla, uma das fitas sofre um corte em um ponto, a partir da extremidade 3’ dessa fita molde, a DNA polimerase começa a produzir uma fita novaque aparece em vermelho, gerando uma cópia da fita que não sofreu corte nenhum e essa enzima polimerase vai seguir a trajetória dessa fita molde, como é uma fita circular se supõem que ela fique girando em volta do molde como se fosse um círculo rolante. A cada volta há a produção de uma fita molde e com isso ela vai empurrando a fita original que sofreu o corte de modo a criar um nicho. Á medida que o processo se desenvolve vai se originando uma molécula de fita dupla linear que costuma ser muito cumprida formada pela repetição de cópias genômicas.
Replicação de RNA viral:
Na replicação do RNA viral de fita simples com polaridade negativa há a necessidade do intermediário replicativos que é a molécula que vai permitir a produção de cópias de genoma viral. Então, se o genoma desse vírus é fita simples negativa, ele tem que ser produzido a partir de um molde fita simples positiva, por isso é produzida essa cópia de polaridade positiva, para que o vírus seja capaz de produzir cópias genômicas. Essa cópia positiva pode ser o mRNA.
*RNA de fita simples com polaridade negativa – Há a participação da enzima RNA polimerase RNA dependente, está sendo produzida uma cópia e a cópia que está sendo produzida vai ser sempre de polaridade inversa aquela que ele está copiando. Então, se o genoma viral é negativo e a enzima está usando essa fita como molde ele vai produzir uma cópia positiva. Essa cópia positiva é/pode ser o mRNA. Por outro lado, essa mesma cópia e polaridade positiva ela constitui um intermediário replicativos fundamental para esse vírus, é através da existência da produção dessa cópia de polaridade positiva que o vírus vai ser capaz de produzir cópias genômicas. As cópias de genoma não são produzidas diretamente como é o caso dos vírus DNA. Na replicação do RNA viral há a necessidade do intermediário replicativos que é a molécula que vai permitir a produção de cópias de genoma viral. Se o genoma desse vírus é fita simples negativa, ele tem que ser produzido a partir de um molde fita simples positiva.
Transcrição reversa do genoma viral:
A DNA polimerase RNA dependente faz a transcrição reversa de acordo com a sequência de bases presentes no RNA, produzindo DNA. . Então enzima faz a transcrição reversa, produzindo uma fita dupla híbrida RNA/DNA, e aí se ativa a atividade exonucleásica (significa que essa enzima reconhece a extremidade da molécula de ácido nucleico e começa a remover os nucleotídeos). Então, a enzima degrada o RNA.
A partir de um momento já se tem DNA, pode-se usá-lo como molde para produzir mais DNA. Então, se tem atividade de DNA polimerase DNA dependente e ao final de ação da transcriptase reversa se vai ter a informação genética viral que inicialmente está codificada em RNA de fita simples, agora codificada em DNA de fita dupla que para biologia dos retrovírus isso é fundamental.
*Recombinação: troca de um segmento de material genético entre dois cromossomas virais em locais onde existe grande homologia. Como resultado, a progênie é diferente dos dois vírus parentais.
A Transcrição reversa é um processo bioquímico que usa a enzima DNA polimerase RNA dependente, essa enzima não está presente nas células hospedeiras animais. O vírus precisa trazer essa enzima untamente com ele.
No esquema se tem representado no verde a molécula genômica de fita simples com polaridade positiva, não aparece a representativadade da enzima, mas mostra atranscrição reversa (a ação de DNA polimerase o ADN representado em roxo) de acordo com a sequencia de bases presentes no RNA essa enzima produz um DNA. Ocorre que esse enzima transcriptase reversa tem poucas atividades enzimáticas além da DNA polimerase RNA dependente, ela também pode ser considerada uma exonuclease para RNA, essa atividade se manifesta quando essa enzima se depara com uma fita dupla híbrida DNA/RNA. A enzima está fazendo a transcrição reversa naturalmente, o produto da transcrição reversa leva a produção e surgimento dessas moléculas de fita dupla híbrida RNA/DNA, e aí se ativa a atividade RNANÁSICA dessas enzimas.
O RNA representado em verde sumindo porque a enzima o degradou, então a transcriptase reversa além da ação DNA polimerase RNA dependente, apresenta uma atividade exonucleasica (significa que essa enzima reconhece a extremidade da molécula de ácido nucleico e começa a remover os nucleotídeos) de RNA sobre RNA.
Há uma terceira atividade enzimática da transcriptase reversa, lembrando que a primeira DNA polimerase RNA dependente, a segunda Errenásica, e a TERCEIRA DNA polimerase DNA dependente
A partir de um momento se tem a possibilidade de produção de DNA (linha roxa) copiando o que já é DNA, usando como molde o que já é DNA. Então se tem atividade de DNA polimerase DNA dependente e ao final de ação da transcriptase reversa se vai ter a informação genética viral que inicialmente está codificada em RNA de fita simples, agora codificada em DNA de fita dupla que para biologia dos retrovírus isso é fundamental.
Interação genética entre vírus – recombinação intramolecular
Mediada por enzimas celulares entre duas regiões de uma única molécula de DNA de cadeia simples, resultando numa alça da região intermediária, liberando uma molécula de DNA cadeia dupla menor e uma molécula separada de DNA de cadeia dupla. O reverso dessa reação também pode ocorrer, resultando na integração de uma molécula de DNA cadeia dupla em uma outra molécula de DNA cadeia dupla. Esse tipo de recombinação ocorre tipicamente em vírus DNA não-segmentados.
Mas acontece que a instabilidade da informação genética viral pode ser perturbada por um outro mecanismo básico muito relevante na biologia dos vírus. O primeiro mecanismo que se vem discutindo é a mutação espontânea ligada a frequência de erro da enzima polimerase que está sendo produzida pelo ácido nucleico. Um outro mecanismo que também interfere na atividade estabilidade da informação genética que é a Recombinação intra-molecular. A recombinação é uma modificação que acontece quando de unta moléculas de ácido nucleico previamente produzidas.
A Recombinação é intra-molecular, porque vai unir trechos de moléculas de ácidos nucleicos diferentes a partir de uma ligação fosfodiester interna da cadeia polinucleotídica. Essa Recombinação intra-molecular ela só acontece diante a situação de interação entre vírus. Não se pode pensar sobre vírions interagindo uns com os outros porque eles são metabolicamente inertes tornando impossível a interação. Essa interação entre vírus pode ocorrer se dois vírus estiverem infectando uma célula ao mesmo tempo, então a co-infecção viral se cria a possibilidade de interação entre os vírus, porque ambos os vírus vão estar fazendo o seu ciclo de replicação e a partir daí se cria condição básica para que o vírus interaja com o outro. Se fala em interação genética significa que o genoma dos dois vírus não interagiu.
Quando a interação ocorre na etapa da replicação do genoma viral, tem-se duas cepas virais diferentes pertencentes a uma mesma espécie. Para se ter interação entre vírus não pode ter um vírus de gripe interagindo com o vírus HIV, pois são vírus filogenéticos muito diferentes, mas agora se considerar vírus parentes próximos, particularmente se forem cepas virais da mesma espécie viral, a compatibilidade bioquímica entre ele será máxima, porque fazem parte da mesma espécie. Logo, se tem dois genomas virais de dois vírus cujos o genomas tem o mesmo tipo de formação gene A e gene B, porém são de cepas diferentes. Quando esses dois genomas estão sendo replicados dentro da mesma célula se tem uma recombinação intra-molecular em que um trecho do genoma é produzido com continuidade com o trecho correspondente ao outro genoma, criando um novo genoma no qual se tem os dois genes sem mutação.
Interação genética entre vírus – recombinação intermolecular
Esse tipo de recombinação inter-molecular só acontece em vírus cujo o genoma seja segmentado, ou seja, o genoma é formado por mais de uma segmento de ácido nucleico. A interação entre os vírus se dá na etapa de montagemdas partículas virais víricas – estapa da replicação do genoma. Se tem os dois ciclos replicativos dos dois vírus pertencentes as cepas diferentes da mesma espécie viral acontecendo dentro da célula. Então a célula está cheia de cópias de genoma em vermelhoe cheia de cópias de genoma em verde. Pode-se ter uma mistura de segmentos genômicos no momento da montagem de algumas das partículas virais. Uma partícula viral que tem os oito segmentos genômicos característicos da espécie, mas que possui sete de uma cor e o oitavo de outra cor, isso é equivalente ao outro mecanismo de recombinação, porém sem o envolvimento da formação de uma ligação covalente dentro da cavidade de cada um dos segmentos genômicos.
Interação não-genética:
Existe a possibilidade de interação não-genética, a interação entre vírus é aquela que inclui recombinação por conseguinte interação entre genomas. Pode se ter a interação entre produtos gênicos (proteínas) que vai acontecer sempre na etapa de montagem, a célula está cheia de proteínas do vírus A, cheia de proteínas do vírus B e na hora de montar as partículas algumas dessas partículas filhas podem ser montadas com uma mescla de proteínas de um vírus e doutro, mas o genoma fica intacto.
Então na interação não-genética se tem uma mistura fenotípica em que se pode ter um capsídeo eventualmente no envelope de um vírus sem mistura nenhuma, com proteínas do vírus e com o genoma do outro, gerando o pseudotipo viral.
Um vírus que sofreu mistura fenotípica em que o genoma não apresenta alteração, quando esse vírus infecta uma célula a descendência/progênie desse vírus será correspondente ao genoma que ele possui.
Como consequência dessas variações genéticas, a capacidade do vírus que sofreu essa mutação e essa alteração antigênica consequente para o reconhecimento da resposta imunológica de memória, isso é importante porque depois de um contato inicial se tem uma memória imunológica que pode ser utilizada como combate desse agente ou na permanência desse agente no organismo inicialmente infectado.
*Mutação: A mutação é uma variabilidade genética do código genético, quando um nucleotídeo é colocado no lugar de outro, eu tenho uma base nitrogenada que não devia estar presente naquele ácido nucleico, naquela posição que passa a estar.
*Fitness: Capacidade de gerar descendentes. Quanto maior o número de descendentes, maior a probabilidade de um indivíduo infectar outra célula.
· Mutação de tipo “drift” levam a variações antigênicas do tipo drift - Quando se tem uma mutação que não interfere no reconhecimento do padrão antigênico dos vírus pela resposta de memória continuando a reconhecer o vírus mutante a pesa da mutação, diz-se que é uma mutação do tipo drift.
· Mutações do tipo “shift” levam a variações antigênicas do tipo “shift” - Por outro lado, pode-se ter uma mutação tão grande que recebe o nome de shift, quando se tem uma mutação do tipo shift aquele padrão de anticorpo, por exemplo, passa a não reconhecer mais o vírus mutante, e a resposta imunológica tem que começar do zero para a efetivação de uma resposta eficaz. Troca de um antígeno associado com um patógeno viral devido a aquisição de um gene novo inteiro ou alteração de um gene pré-existente. Pode-se ter uma mutação tão grande que recebe o nome de shift, quando se tem uma mutação do tipo shift aquele padrão de anticorpo, por exemplo, passa a não reconhecer mais o vírus mutante, e a resposta imunológica tem que começar do zero para a efetivação de uma resposta eficaz.