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1 Microbiologia Médica e Imunologia II Aula – 1 Vírus - Ubiquitários na Terra - Razões para os estudar: Doenças, utilidade e conhecimento. - Organismo codificador de cápsides. - Parasita obrigatório na medida em que precisam de uma célula para completar o seu ciclo biológico. Capside encoding organism – Vírus of Archea - Virus of Bacteria - Virus of Eukaria Definição de vírus: Os vírus são unidades infeciosas com diâmetros de cerca de 16 nm (parvovírus e circovírus) a mais de 300 nm (poxvírus e mimivírus). O seu tamanho pequeno torna- os ultrafiltráveis, ou seja, não são retidos em filtros à prova de bactérias. NOVA definição de vírus: Um organismo codificador de cápside, que é composto por proteínas e ácidos nucleicos, que se “auto-monta” numa nucleocápside e que utiliza um organismo codificador de ribossomas para a conclusão do seu ciclo de vida. Paleovirologia: Estudo de vírus antigos, tipicamente sobre escalas de tempo pré-históricas ou geológicas. Não há nenhum "registo fóssil" de vírus; os viriões persistem durante curtos períodos de tempo, e degradam-se rapidamente, não deixando vestígio da sua existência. Mas: muitos vírus podem entrar nos genomas dos seus hospedeiros. O estudo deste "registo fóssil" genómico levou ao campo crescente da paleovirologia, que utiliza estes vírus endógenos para desvendar a história evolutiva das interações vírus- hospedeiro. Vírus endógenos – vírus que conseguem integrar o próprio genoma do hospedeiro. Nem todos os vírus conseguem, apenas os vírus endógenos. ORIGEM: 5 hipótese: 3 modelos clássico e 2 modelos hídrios (baseados em genómica comparativa). A. Teoria coevolutiva (“Vírus first”) - Também conhecida como Hipótese de autorreplicação. Esta hipótese coloca um sistema de autorreplicação semelhante ao de outras moléculas auto- replicáveis, evoluindo provavelmente juntamente com as células de que dependem como hospedeiros. Estudos de alguns agentes patogénicos vegetais apoiam esta hipótese. Os vírus coevoluíram com a Vida. a. Evoluíram à medida que as células auto-replicáveis evoluíram. B. Teoria regressiva (“Reduction”) – Também conhecida como a Devolução ou Hipótese regressiva. Esta hipótese propõe explicar a origem dos vírus, sugerindo que os vírus evoluíram a partir de células de vida livre. No entanto, muitos componentes de como este 2 processo poderia ter ocorrido são um mistério. Formas degeneradas de parasitas intracelulares. O bacilo da lepra, riquétsias e clamídias evoluíram nessa direção (parasitas intracelulares). As mitocôndrias e cloroplastos derivam de parasitas intracelulares. a. Origem em células de vida livre, sendo formas degeneradas de parasitas intracelulares. C. Teoria progressiva (“Escape”) – Também conhecida como Hipótese escapista ou progressiva. Esta hipótese é responsável por vírus com um genoma de RNA ou de DNA e sugere que os vírus tiveram origem no RNA e moléculas de DNA que escaparam de uma célula hospedeira. No entanto, esta hipótese não explica as complexas cápsides e outras estruturas sobre partículas de vírus.Os ácidos nucleicos celulares adquirem a capacidade de replicar de forma autónoma e portanto de evoluir. Os vírus DNA vêm de plasmídeos ou transposões. Adquiriram invólucro e capacidade de transmissão. Os Retrovírus têm origem em retrotransposões, outros vírus RNA vírus provêm do mRNA. a. Vírus com origem no RNA e DNA que escaparam de uma célula hospedeira. Não explica como é que os vírus teriam adquirido a cápside. Modelo quimérico – A cápside vem de um recrutamento por parte da célula. Modelo Simbiogénico – Hidrido de modelos clássicos com apoio genómico. As células modernas e os vírus coexistiam e foram evoluindo. ORIGEM (?) Os vírus de DNA tiveram origem em vírus de RNA ou nas células primitivas? Ou ambas? Será que o DNA apareceu primeiro nos vírus e depois foi transferido para as células? Qual parece o modelo mais aceite? Modelo em que o RNA (+ antigo que o DNA) sugere que o vírus precedeu à célula moderna. Evolução VIRAL Como é que os vírus evoluem? - Erros na replicação de ácidos nucleico - Recombinação entre diferentes estirpes de vírus. - Reordenação entre diferentes estirpes de vírus; - Aquisição de genes das células do hospedeiro. A evolução viral pode sere monitorizada através da sequência dos seus genomas e da criação de árvores filogenéticas. Novos vírus podem evoluir como resultado de vírus que infetam novas espécies hospedeiras. 3 TAXA DE EVOLUÇÃO: Vírus de RNA e reverse transcrição – maior taxa de evolução. Os vírus de DNA evoluem a taxa mais baixa, exemplo: Poxvirus comparado ao vírus de RNA (SARS-CoV). História 1882 – Adolf Mayer - Origem infeciosa mas não era possível isolar, bactéria ou fungo. Não verificava os postulados de Koch. A causa poderia ser “solúvel, possivelmente provocado por uma substância parecida a enzima...” . Ivanofsky –1892 – 1º virus a ser descoberto - virus do mosaico do tabaco, 1º a identificar o vírus como uma partícula filtrável Martinus Beijerinck – 1898 – provou que a bactéria é diferente de agente filtrável. PAI DA VIRULOGIA Loefller, Frosch – 1898 – Foot-and-mouth disease causada por um agente filtrável (1ª virus animal) Redd – 1901 - vírus da febre amarela (1º virus humano) Aujeszky –1902 - virus pseudoraiva Doyle –1927- Newcastle disease virus Woodruff, Goodpasture – 1931 - proparação de virus em ovos embrionados Montagnier, Barre-Sinoussi, Gallo – 1983 - descoberta do HIV Propriedades dos vírus - Não são células, não têm núcleos, mitocôndrias, ribossomas nem outros componentes celulares. - Replicam-se/multiplicam-se dentro de células vivas. Não crescem. - São parasitas intracelulares obrigatórios. - Vírus deriva da palavra veneno. - Primeiras vacinas: Jenner e Pasteur - Têm ≠ formas, tamanhos, estratégias de replicação, tropismos e virulência. Componentes dos vírus - Todos os vírus têm uma camada/concha proteica/cápside que protege o ácido nucleico. - Alguns têm envelope/membrana lipídica que envolve a nucleocápside. - O envelope é formado pelas membranas da célula hospedeira. - Alguns vírus possuem enzimas. Exemplo: RNA-polimerase dependente de RNA, ou não. - VIRIÃO – partícula infeciosa viral. - Nem todas as partículas virais são infeciosas. - Os virus ou são compostos por RNA ou por DNA, nunca ambos. Assim, o virus é composto por: - Ácido nucleico: DNA ou RNA (3-400 genes). - Cápside: dá forma ao virião. Constituída por subunidades denominadas protómeros que se agregam em capsómeros. 4 - Invólucro ou Envelope: Estrutura amorfa constituída por lípidos, proteínas e carboidratos. Reveste a cápside. Os virus nus não a possuem. - Espículas ou Peplómeros: projeções glicoproteicas que sobressaem a partir do envelope. Têm propriedades de absorção ou atividade hemaglutinante. Ligação a recetores. Composição muito imunogénica, responsável pela indução de anticorpos (Ac) neutralizantes. GENOMA: codifica proteínas com funções: replicação, morfogénese e encapsidação, regulação e temporização do ciclo replicativo, evasão das defesas do hospedeiro e transmissão a outras células e hospedeiros. PROTEINAS PROTEÍNAS ESTRUTURAIS - Protegem o ácido nucleico - Ligam-se a recetores nas células e transmitem sinais que induzem a desembalagem do envelope e libertação do genoma na CH. - Facilitam a penetração nas membranas da célula - Interagem com os componentes da célula - Replicam o ácido nucleico - Modificam a CH PROTEÍNAS NÃO ESTRUTURAIS - Enzimas (polimerases e protéases) - Proteínas reguladoras (muito precoces, precoces e tardias) Aula - 2 Morfologias dos vírus 1. Icosaédrica Os protómeros agrupam-se em número de 5 ou 6 para formar o capsómero. Ao ME os capsómeros surgem como anéis espaçados. Os 12 vértices são ocupados por 5 capsómeros e as 20 faces têm todas 6 capsómeros. Exemplo: Adenovírus 2. HelicoidalOs protómeros não se agrupam em capsómeros, mas ligam-se uns aos outros para formar umas estruturas em fita que se dobram em hélice. Exemplo: TMV, Vírus da gripe, Vírus da doença de Newcastle 3. Com invólucro Todos os vírus dos 2 grupos anteriores, mas com invólucro/envelope. O genoma não codifica enzimas para a síntese de lípidos. Ectodomínio: ligação a recetor; fusão; Ag (neutralização) Domínio interno: montagem. Oligómeros: Espículas 5 4. Complexa Todos os vírus dos dois primeiros grupos, pleomórficos ou de estrutura complexa. Exemplo: Poxvirus (vírus da varíola), Bacteriófagos, HIV Vírus vs. Outros microrganismos Mimivírus vs. Micoplasmas Maiores vírus conhecidos Bactérias mais pequenas 400 nm 200-300 nm dsDNA 1,2 Mb DNA ~500Kb 1000 genes <500 genes É um erro frequente dizer-se que os vírus são mais pequenos que as bactérias. Embora seja verdade na maioria dos casos. Tropismo O tropismo dos vírus é relativo à afinidade destes para diferentes células ou tecidos. Exemplos: - SARS-CoV-2 vias respiratórias - Gripe vias respiratórias superiores - Hepatite fígado - Raiva células nervosas Virulência A virulência = capacidade de um vírus produzir uma patologia no hospedeiro. - Muito virulentos Ebola, Marburg - Pouco virulentos coronavírus dos resfriados, rotavírus das diarreias Classificação Taxonómica dos Vírus ICTV – International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) 6 Ordem . virales Família – viridae Subfamília – virinae Género – virus Exemplo: Poxvirales, Poxviridae, Poxvirus Critérios para a Classificação Taxonómica 1. Estrutura do virião (tamanho, forma, envelope) 2. Genoma viral (RNA/DNA,ss/ds, linear/circular, Baltimore, sequencia nucleotídica) 3. Proteínas (número, tamanho, função) 4. Replicação 5. Propriedades físicas das partículas (ambiente de estabilidade) 6. Propriedades biológicas (serologia, espetro de H, patogenicidade, vetores) ESTRUTURAS DO VIRIÃO - Família de virus NUS DNA: Parvoviridae, Polyomaviridae, Papillomaviridae, Adenoviridae RNA: Picornaviridae, Hepeviridae, Caliciviridae, Reoviridae - Família de virus com ENVELOPE DNA: Hepadnaviridae, Herpesviridae, Poxviridae RNA: Flaviviridae, Togaviridae, Retroviridae, Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Rhabdoviridae, Filoviridae, Coronaviridae, Arenaviridae, Bunyaviridae, Deltaviridae VÍRUS DE DNA Com exceção dos Poxviridae e Iridoviridae todos os vírus DNA replicam no núcleo. VÍRUS DE RNA As células não têm uma polimerase de RNA dependente de RNA para replicar o RNA viral, ou sintetizar mRNA de RNA Os vírus com genomas RNA codificam uma polimerase de RNA dependente de RNA (RdRp) Estas polimerases sintetizam tanto o RNA genómico com o mRNA a partir de um molde RNA. O mRNA produzido é traduzido pelos ribossomas da célula hospedeira Com exceção dos Retroviridae, Orthomyxoviridae e Bornaviridae, todos os vírus conhecidos de RNA replicam no citoplasma da célula hospedeira. À exceção dos vírus +ssRNA, o virião de todos os outros vírus RNA ( -ssRNA, dsRNA), transporta uma polimerase de RNA dependente de RNA. 7 AUSÊNCIA de enzimas de processamento de RNA (splicing) no citoplasma - Quais são as soluções? o Genoma é segmentado o Produção de transcritos RNA monocistrónico a partir de mecanismos de início e terminação da transcrição o Transcrição de um conjunto de mRNA subgenómicos (sobrepostos) com terminal 3’ comum o Transcrição de um RNA policistrónico, traduzido numa poliproteína posteriormente clivada para originar as proteínas finais Tipos de Genomas DNA cadeia dupla – dsDNA - Raramente segmentados; geralmente grande; lineares ou circulares DNA cadeia simples – ssDNA - Raramente grande; menos comuns que dsDNA, lineares ou circulares RNA cadeia simples sentido negativo -ssRNA - Frequente em virus que infetam várias espécies; segmentados ou não RNA cadeia simples sentido positivo +ssRNA - Os mais comuns; diploides ou não RNA cadeia dupla - Frequentemente segmentados Classificação de Baltimore - Desenvolvido por David Baltimore em 1971 – prémio nobel. - Baseada no método de síntese viral. - Agrupa os vírus em 7 classes dependendo do seu genoma (DNA ou RNA) e se têm cadeia simples ou dupla. - agrupa os vírus de acordo com a forma como o mRNA é produzido durante o ciclo de replicação do vírus – IMPORTANTE Definições importantes O mRNA tem sempre sentido positivo (+) O DNA de polaridade equivalente é também de sentido positivo (+) As cadeias complementares de RNA e DNA de sentido positivo (+) são de sentido negativo (-). O mRNA está pronto para o ribossoma: pode ser traduzido em proteínas. Nem todos os RNA de sentido positivo (+) são mRNA! 8 Classificação de Baltimore - Na classificação original de Baltimore faltava um grupo (VII) – corresponde ao tipo de genoma dos Hepadnaviridae (dsDNA-RT). Vamos analisar melhor cada uma das classes: CLASSE I - Os virus têm genoma dsDNA. - O mRNA é produzido por transcrição de forma muito semelhante à do DNA celular. - RNA polimerase dependente de DNA. - O mRNA é produzido quando a polimerase de RNA dependente de DNA transcreve a cadeia DNA (-) - só o dsDNA é transcrito em mRNA Exemplos: Polyomaviridae, Herperviridae, Adenoviridae, Poxviridae CLASSE II - Os virus têm genoma ssDNA. - Convertem o seu genoma num dsDNA intermediário antes da transcrição para mRNA. - Dificuldades: A transcrição só é possível a partir de um molde de dsDNA, independentemente da polaridade de ssDNA. Necessidade de conversão do ssDNA em dsDNS. A replicação é realizada pelas polimerases de DNA celulares. Exemplos: Anelloviridae, Circoviridae, Parvoviridae 9 CLASSE III - Os virus têm genoma dsRNA. - As cadeias separam-se e uma delas é utilizada como modelo para gerar mRNA. - É utilizada uma RNA polimerase dependente do RNA codificada pelo virus. - Dificuldades: o dsRNA não pode ser traduzido pelas ribossomas. Muitos têm o genoma segmentado. Polimerase de RNA na partícula viral. Exemplos: Reoviridae, Birnaviridae CLASSE IV - Os virus têm genoma ssRNA (+) - A polaridade positiva significa que o RNA genómico pode servir diretamente como mRNA. - Os intermediários do dsRNA são feitos no processo de cópia do RNA genómico. A partir destes intermediários replicativos formam-se múltiplos RNA completos de polaridade negativa (complementar ao RNA genómico de cadeia positiva), que podem então servir como modelos para a produção de RNA com polaridade positiva, incluindo tanto o RNA genómico de cadeia completa como os mRNAs virais mais curtos. - Polimerase de RNA (viral) , para replicar o genoma e sintetizar mRNA - Os genomas ssRNA (+) são diretamente traduzidos em proteína pelos ribossomas celulares - São obrigatoriamente traduzidos antes da replicação do RNA ou síntese de mRNA Exemplos: Coronaviridae, Flaviviridae, Astroviridae, Picornaviridae CLASSE V - Os virus têm genoma ssRNA (-) - Tal como com os vírus do Grupo IV, os intermediários de dsRNA são utilizados para fazer cópias do genoma e produzir o mRNA. Neste caso, o genoma de cadeia negativa pode ser convertido diretamente em mRNA. Além disso, os filamentos de RNA positivos são feitos para servir de modelos para a produção do genoma de sentido negativo. - Transportam uma polimerase de RNA dependente de RNA viral - Cadeia (-) serve de molde à síntese da cadeia (+) mRNA que é traduzida - Há produção de (+)RNA que não é mRNA mas sim molde para a síntese RNA genómico (-)RNA Exemplos: Orthomyxoviridae, Paramyxoviridae, Rhabodviridae. CLASSE VI - Os virus têm genomas de ssRNA diplóides (duas cópias de ssRNA) – enzima transcriptase reversa converte em dsDNA. - dsDNA é transportado para o núcleo da CH e inserido no genoma. - Depois o mRNA pode ser produzido por transcrição do DNA viral que foi integrado no genoma do hospedeiro. - Transcriptase reversa (RT): Polimerase de DNA dependentede RNA; RNAse H; DNA polimerase. - O ssRNA apesar de ser um RNA (+) não é traduzido - Após infeção da célula é convertido em dsDNA pela RT - O dsDNA intermediário integra o genoma da célula – PROVIRUS - A RNA polimerase transcreve o DNA proviral em mRNA. - Parte do mRNA viral é traduzido em proteínas virais. - Assim, parte do mRNA constitui o genoma viral. Exemplo: Retroviridae 10 CLASSE IV - Vírus com genoma dsDNA parcial (incompleto e circular) - Os vírus do Grupo VII têm genomas de dsDNA parciais e fazem intermediários de ssRNA que atuam como mRNA, mas também são convertidos de volta em genomas de dsDNA pela transcriptase reversa, necessários para a replicação do genoma. - RNA polimerase II (celular) & transcriptase reversa (RT) viral - Proteína ligada à extremidade 5’ da cadeia (-) e um pequeno RNA ligado à extremidade 5 ́da cadeia (+) - Uma das cadeias (+) é incompleta, cerca de metade da outra - Este genoma não pode ser transcrito em mRNA 1. Remoção da proteína 2. Síntese da cadeia incompleta. Forma-se a cadeia dsDNA circular 3. Parte do mRNA serve de molde à síntese de DNA(incompleto) pela ação da RT viral Exemplos: Vírus da hepatite B 11 Aula-3 Ciclo de Replicação VIRAL 1. Ligação à célula/ Adsorção do vírus 2. Entrada/ Penetração 3. Perda de invólucro ou descapsidação (Fase de Eclipse) 4. Biossíntese de proteínas & ácidos nucleicos (Fase de Eclipse) 5. Montagem/Morfogénese [Maturação] – Novas partículas virais infeciosas 6. Saída [Maturação] Fase de eclipse: Não conseguimos detetar a presença de virus nas células. Maturação: Conseguimos detetar novas partículas virais 1. Ligação à célula: Consiste na interação específica de uma proteína vírica de ligação (anti- recetor) ao recetor celular. Ex. proteínas da cápside ou espículas. Recetor celular: molécula celular à qual o virião se liga para entrar na célula. A membrana plasmática das células e os vírus estão carregados negativamente, contudo ocorrem contactos ocasionais e a adsorção inicial poderá ser facilitada pela presença de catiões. A presença de recetores e co-recetores na membrana plasmática origina ligações vírus-célula mais fortes. Especificidade relativa no reconhecimento do recetor pelo vírus. Contudo diferentes vírus podem utilizar o mesmo recetor. Início: Os vírus não entram por difusão dentro das CH (são demasiado grandes). Os virus não têm meio de locomoção – estão sujeitos: ao movimento browniano, às leis de difusão e às forças eletrostáticas. A ligação do vírus depende do pH, força iónica e natureza dos iões. É INDEPENDENTE da temperatura!! O que é dependente da temperatura é a entrada do virus na célula! Por isto, as temperaturas baixas são utilizadas para sincronizar a infeção celular in vitro. A temperaturas baixas, pode ocorrer a ligação, mas não a entrada na célula. 2. Entrada: Endocitose, Endocitose mediada por ligação a recetor, Fusão e Translocação (vírus nus). VIAS DE ENTRADA As vias de entrada dos virões são distintas – dependem do tipo de vírus: - Vírus com envelope A. Fusão do envelope com a membrana na CH. Perda do involucro. Genoma libertado no citoplasma. A fusão é independente do pH. Exemplo: Paramyxovirus, Vírus da doença de Newcastle, HIV, FIV B. Fusão do envelope com a membrana da CH. Genoma libertado no núcleo. Nota: a perda da cápside acontece apenas na m. nuclear. Estes são normalmente vírus de DNA. Exemplo: Herpesvirus C. Endocitose mediada por recetor. Fusão com a membrana do endossoma da CH. Genoma libertado no citoplasma. A fusão é dependente do pH. 12 Exemplo: Vírus influenza A - Vírus nus Translocação; Endocitose (Adsorção e entrada. Nos vírus nus é chamada de translocação) A endocitose é mediada por recetor. Dá-se proteólise no endossoma. Endocitose independente da clatrina, caveolina e microtúbulos mas dependente da actina e tirosina quinase. Exemplo: Reovirus, Poliovirus. Passagem do genoma para o núcleo: 1. Histona H 1 + cápside 2. Importinas ligam-se à histona H1/cápside 3. Desmontagem da cápside 4. Passagem do complexo para o núcleo. 3. Perda do invólucro e/ou cápside: Nos vírus que entram na célula por fusão do invólucro com a MP ou com o lisossoma, a perda do invólucro coincide com a penetração. Lisossomas (proteases, lipases); alterações conformacionais após a adsorção, originando a perda das proteínas da cápside (provável para os vírus icosaédricos - vírus nus). Para os vírus com replicação nuclear o final da descapsidação ocorre no núcleo. 4. Biossíntese: Transcrição: à exceção dos vírus de ssRNA+ (Retrovirus, Picornavirus, Togavirus e Coronavirus) todas as classes de genomas têm de ser transcritos em mRNA. Vírus de DNA com replicação nuclear utilizam a RNA polimerase II celular. Genes precoces: codificam enzimas necessárias ao inicio da replicação vírica. Genes tardios: codificam proteínas estruturais necessárias à formação de novas partículas víricas infeciosas. Replicação: No citoplasma Vírus RNA Alguns vírus DNA (Poxvirus) No núcleo Vírus DNA Alguns vírus de RNA (Gripo e Retrovirus=HIV) Estratégias de Replicação: Vírus de DNA: DNA polimerase DNA dependente Vírus de RNA: RNA polimerase RNA dependente ou DNA polimerase RNA dependente (transcriptase reversa - Retrovirus). 13 5. Morfogénese: Vírus nus: Formação da cápside → Associação com o ácido nucleico Vírus com envelope: Associação com a cápside e ácido nucleico → Aquisição do envelope por “budding” através das membranas celulares. Nota: O envelope é formado pela membrana celular da CH – tem natureza fosfolipídica. 6. Saída: - Libertação de partículas virais por lise celular (Parvovirus, Adenovirus, Reovirus) ou - “Budding” a partir das membranas celulares: m. plasmática (Influenza A) m. nuclear e Golgi (Herpesvirus) R. endoplasmático (Coronaviridae) Ciclo de Replicação VIRAL - Gráfico Notas: O eclipse e a maturação não se sobrepõem. Este gráfico permite-nos compreender o processo de sincronização (infeção sincronizada). SINCRONIZAÇÃO: Ligação do vírus à célula – INDEPENDENTE da temperatura Entrada do vírus na célula – DEPENDENTE da temperatura Assim, de forma a sincronizar a infeção, o meio com vírus e células é colocada durante algum tempo a temperatura baixa (para que haja ligação do vírus à celular). Depois a temp. é aumentada para 37º C para que haja entrada do vírus na célula. É a sincronização viral que nos permite obter o gráfico: One-step growth experiment. Fase 1: Adsorção e entrada. Nos vírus nus é chamada de translocação. Fase 2: ECLIPSE – 10 a 12 horas após a infeção – Durante este período não se detetam vírus. É neste período que os vírus com envelope perdem o envelope. Está a ocorrer a biossíntese de ácidos nucleicos e proteínas. Fase Eclipse envolve os passos 3 e 4 - Perda de invólucro ou descapsidação e Biossíntese. Fase 3: MATURAÇÃO – morfogénese ou montagem das partículas virais. No final já há partículas virais (nos vírus nus). Fase 4: SAÍDA – saída por “budding” ou porque ocorre lise celular (vírus extracelular). Fase de latência: Período no qual o vírus extracelular não é detetável. Após aproximadamente 18 h p.i. começa ser possível. A produção de viriões aumenta progressivamente para finalmente atingir um valor máximo e estabilizar. Compreende as Fases 2 e 3. 14 CURVA RV – vírus nus - A: quantidade de viriões total corresponde às partículas intracelulares. Adenovirus - vírus com envelope - B: quantidade de viriões total corresponde às partículas extracelulares. Togaviridae Nota: Acerca do vírus com envelope – Este vírus adquire infecciosidade após a maturação na membrana plasmática, e, portanto, pouco vírus intracelular pode ser detetado. As pequenas quantidades observadas em cada ponto de tempo provavelmente representam vírus libertados contaminando o extratocelular. EXEMPLOS DE VÍRUS POLIOVIRUS VÍRUS DOENÇA DE NEWCASTLE 1 – Virião liga-se ao recetor CH 2 - Libertação do genoma no citoplasma 3 a 11 - Síntese de proteínas 7 a 10 - Síntese de ácidos nucleicos. 12 – Montagem de proteínas + ácidos nucleicos. Encapsidação do ácido nucleico. 13 – Saída dos viriões Picornaviridae; vírus nu; RNA; Classe IV; ssRNA+ 1 - Virião liga-se ao recetor CH. 2 – Fusão da membrana viral com MC da CH. Libertação do genoma no citoplasma. Via de entrada tipo A 3 a 5 – Síntese de mRNA, Tradução de mRNA, Síntese de proteínas 6 – Síntese de RNA + - molde para produção de genomas de descendência viral = Síntese de ácidos nucleicos 7 – Montagem de proteínas + ácidos nucleicos. Encapsidação do ácido nucleico. 8 – Tradução de proteínas do envelope. 9 – Saída do vírus – formação do virião Paramyxoviridae; c/ envelope; RNA; Classe V; ssRNA --; Paramyxoviridae 15 VÍRUS DA LÍNGUA AZUL Genética Viral - Os Vírus multiplicam-se rapidamente pelo que a genética vírica é mais fácil de estudar. - Há maior probabilidade de ocorrer mutações. - Os vírus de genomas de DNA têm acesso aos sistemas de “edição” e de reparação da CH, os vírus de RNA, não. - Vírus RNA: 1 erro a cada103-104 bases copiadas - Vírus DNA: 1 erro a cada108-1011 bases copiadas Mutações Espontâneas Erros das polimerases de DNA ou RNA. Incorporação de isómeros de nucleótidos (em equilíbrio - tautómeros). Induzidas - mutagénese in vitro – ácidos nucleicos quimicamente modificados não requerem replicação do genoma para a sua atividade. ( Ex. ácido nitroso, hidroxilamina). - Mutagénese in vivo - requer ácido nucleico metabolicamente ativo para a sua atuação. (Ex. análogos de nucleótidos, radiação UV) o ORIGINAM: codão de terminação, substituição sinónima ou não sinónima, inserção ou deleção de nucleótidos. Recombinação - Troca de material genético entre 2 genomas. - Recombinação intramolecular por quebra ou religação. Ocorre em todos os vírus DNA e vírus RNA que repliquem via um DNA intermédio Reassortment - Ocorre apenas nos vírus com genoma segmentado e implica a permuta de segmentos genómicos entre 2 vírus. - Muito eficiente. Muito usado para produção de algumas vacinas. Erros nas replicações originem quasispecies - As populações de vírus existem como distribuições dinâmicas de viriões não idênticos mas similares, frequentemente chamados quasispecies. 1 - Virião liga-se ao recetor CH 2 – Entrada por endocitose mediada por recetores 3 – Clivagem proteolítica nos endossomas e lisossomas 4 – Penetra na m. do endossoma 5 – Liberta o genoma no citoplasma 6 a 9 – síntese proteica 10 - Montagem de proteínas + ácidos nucleicos. Encapsidação do ácido nucleico. 11 – Montagem da cápside 12 - Saída do vírus por lise celular – formação do virião Reoviridae; c/envelope; RNA; Classe III; dsRNA 16 Vírus oncogénicos - Causam tumores - Normalmente são retrovírus porque integram o genoma da CH. Mas também há adenovírus oncogénicos. Oncogénese viral: c-onc (oncogene celular) e v-onc (oncogene viral) c-onc → capturado por retrovírus → mutações pontuais → v-onc Exemplos: v-src (Rous sarcoma virus) v-sis (simian sarcoma virus) Grupos de retrovírus oncogénicos Transdutores Não transdutores Sarcoma de Roux Leucose aviária Altamente carcinogénicos Menos oncogénicos Causam tumores em 100% dos animais infetados Não codificam genes oncogénicos de origem celular. O genoma contem genes celulares que se tornaram oncogenes. Os oncogenes celulares quando transduzidos pelos virus têm o nome de v-oncogenes. Ativam a transcrição de c-oncogenes quando por acidente o provirus se inetgra no genoma da CH junto ao promotor de um gene c-onc. ONCOGÉNESE POR: GENE EXTRA - Alguns retrovírus têm um gene extra (SRC). O oncogene SRC (sarcoma) não é necessário à replicação do vrius do sarcome de Rous (RSV). Trata-se um retrovírus pouco comum pelo facto de apesar da presença de um gene extra, manter intacto o genoma típico dos retrovírus simples (gag-pol-env). PERDA DE GENES - Alguns retrovírus têm um oncogene com perda total ou parcial dos genes habituais. INSERÇÃO E ATIVIDADE DE UM PROMOTOR VIRAL - Transcrição de C-ONC a partir de um promotor viral inserido a montante do oncogene INSERÇÃO DE AMPLIFICADOR VIRAL - A inserção de uma região amplificadora (enhancer) viral pode estimular a transcrição de um C- ONC a partir do promotor (celular) desse oncogene. Nota: A inserção viral pode ocorrer a montante ou a jusante do promotor do oncogene. 17 INTERAÇÃO entre virus e CH Célula Suscetível: Tem recetor para o virião - célula pode ou não ser competente para suportar a replicação viral. Célula Resistente: Não tem recetor para o virião - célula pode ou não ser competente para suportar a replicação viral. Célula Permissiva: A célula tem a capacidade para replicar o vírus. Pode ser ou não suscetível. Célula Suscetível & Permissiva: É a célula com recetor adequado e capaz de replicar a partícula viral. Infeção pode ser: Produtiva – Após a entrada em células suscetíveis e permissivas há produção de viriões. Abortiva – Após a entrada em células não permissivas não há produção de viriões porque um gene essencial, vírico ou celular, não é expresso. Restringente ou restritiva - A célula é transientemente permissiva e algumas partículas virais são produzidas. Pouco depois a produção de vírus para, mas o genoma viral mantém-se presente na célula (ex. Epstein Barr Virus e Herpesvirus). Este tipo de infeção pode ter consequências graves para a célula (ex. Transformação celular – células tumorais). Alterações citopáticas Origem não viral Meio de cultura Tóxicos Infeção por Bactérias e fungos. Origem viral Vírus citopáticos1 Vírus não citopáticos2 1 Mecanismos de virus citopatico: Mecanismos de lesão celular - Inibição da sintese de ácidos nucleicos (Exemplos: Poxvirus – produção de DNAases e Herpesvirus – desvio para a síntese de DNA viral) - Inibição da transcrição de RNA da CH - Interferência no processo de RNA (splicing) acumulação de mRNA não processado. - Inibição de síntese proteica (precoce e acentuada; tardia e gradual). Produção de enzimas que degradam os mRNA, fatores virais q/ se ligam aos ribossomas impedindo a tradução dos mRNA celulares, competição dos mRNA virais com os mRNA celulares). - Acumulação e toxicidade de algumas proteínas virais (corpos de inclusão) com localização intranuclear ou citoplasmática. Viroplasma (Fábrica de virus). - Alterações da membrana plasmática (aumento da permeabilidade). Fusão e formação de sincícios. Hemadsorção e hemaglutinação. - Lise celular por mecanismos imunológicos (ADCC, NK) - Alterações morfológicas envolvendo o citoesqueleto (despolimerização dos microfilamentos de actina; alterações nos microtúbulos. Ex. vírus da esgana; Vaccinia; Herpesvirus; Enterovirus). 18 1 Mecanismos de virus não citopaticos: - Infeções sem danos evidentes nas células. Testes adicionais para revelar a presença do vírus nas culturas (hemaglutinação, hemadsorção, fenómeno de interferência com outro vírus - ncBVD/NDV, imunofluorescência, ELISA- Ag, amplificação de ácidos nucleicos, M.E.). - Infeções persistentes, afetando apenas um pequeno número de células. Tapete celular aparentemente normal (Pestivírus). - Infeções latentes, ausência de expressão viral (adição de indutores químicos, divisão e/ou diferenciação celular, superinfeção com vírus helper ou co-cultura com células capazes de fornecer sistemas metabólicos ausentes nas células originalmente infetadas). Vírus citopáticos Induzem alterações na morfologia das células, facilmente visíveis ao microscópio ótico ou mesmo a olho nu. - Arredondamento e aumento da refringência - Morfologia anormal (formas estreladas, alongamento) - Formação de sincícios - Modificaçãona atividade celular (citofagia, citocinas) - Transformação celular por vírus oncogénicos - Aparecimento de inclusões (acumulação no citoplasma ou núcleo de proteínas, lípidos, hidratos de carbono, ácidos nucleicos) - Morte e destacamento das células, aparecimento de “placas” de lise celular Aula 5 - Patogénese Viral O que é a patogénese viral? Forma pela qual os vírus são capazes de induzir o aparecimento de patologias no hospedeiro. 19 Formas de combater a entrada dos vírus - Impedir a entrada do vírus na célula - Forma natural que o organismo natural tem de reagir a uma infeção viral: produzir proteínas/Ac que bloqueiam a ligação do vírus ao recetor celular ou que impedem a fusão do involucro do vírus com a membrana do endossoma. - Usar drogas que impeçam a atuação das polimerases dos vírus. - Quando é que usamos drogas antivirais? Para vírus muito letais. - Impedir a saída do vírus para o exterior da célula Vias de entrada - Pele - Via transcutânea - Via respiratória - Via gastrointestinal - Via geniturinária - Via mucosa oral - Via conjuntiva Barreiras e portas de entrada às infeções virais - Inatas: ausência de recetores, muco, cílios no epitélio, diferenças de pH - Adquiridas: resposta imune (celular e humoral) - Induzida: febre, inflamação/pH baixo, resposta imune - Sistema Nervoso1 Em virologia é mais fácil tomar medidas preventivas do que de tratamento. Tropismo viral – em tipos de células diferentes temos diferente afinidade viral. 1Doença de Aujeszky – “Pseudoraiva”. Pode causar doença ao nível do sistema nervoso, trato respiratório, trato digestivo. O vírus pode ficar latente no organismo do animal e voltar a ficar ativo em ocasiões diversificadas: pode ser associado a alterações do sistema nervoso, imunitário ... Doneça da raiva/esgana. Exemplo de vírus respiratório: Parainfluenza virus; Epstein-Barr vírus; Adenovirus; Rhinovirus Exemplo de vírus do trato intestinal: Enterovirus; Rotavirus Exemplos de vírus do SN: Togavirus Exemplos de vírus dos rins: Polyomavirus Exemplos de vírus das mucosas: Rhinovirus Exemplos de vírus da pele: Varicella – zoster vírus; Mousepox vírus 20 Aula - Viremia Viremia – presença de vírus no sangue. Mecanismos e vias de entrada do vírus no hospedeiro e como eles se podem disseminar por todo o corpo. Os vírus têm diferentes tropismos, preferências por diferentes órgãos/tecidos. Disseminação – A disseminação pode dar-se de diferentes formas: - Infeção localizada vs. infeção generalizada/sistémica; - Infeção das células epiteliais; - Disseminação sanguínea; - Disseminação do sangue para os tecidos; - Disseminação pelo tecido nervoso. Viremia passiva – vírus introduzido na corrente sanguínea, mas sem multiplicação viral prévia. Viremia passiva – resulta da replicação viral. Viremia primária – vírus libertado na corrente sanguínea após replicação viral inicial no local de entrada. Viremia secundária – ocorre ao nível dos tecidos aos quais cada vírus têm tropismo. Vírus na corrente sanguínea após replicação em diferentes órgãos ou tecidos (infeções sistémicas). Valor de diagnóstico - A viremia tem valor de diagnostico para monitorizar o curso da infeção num individuo ao longo do tempo, e os epidemiologistas utilizam a deteção de viremia para identificar indivíduos infetados dentro de uma população. - Frequentemente, pode ser difícil, ou tecnicamente impossível, quantificar partículas infeciosas no sangue, como é o caso do vírus da hepatite B. - Nestas situações, a presença de proteínas virais características, tais como a transcriptase reversa para o vírus da imunodeficiência humana, fornece marcadores substitutos para a viremia. Tropismo viral - O tipo de infeção (sistémica ou localizada), o tipo de sinais clínicos associados a essa infeção e as vias de transmissão dependem em larga medida da capacidade de um determinado vírus infetar células constituintes de um determinado órgão ou tecido. - Este conceito é definido como tropismo e determinada quais as células que irão ser infetadas no decurso de uma infeção viral. - Através do conceito de tropismo pode ainda perceber-se um outro conceito mais abrangente que se refere ao tipo de espécie animal ... O tropismo de alguns vírus é limitado: Vírus entéricos – replicam exclusiva ou predominantemente no intestino e não no pulmão, rim, SN, ... Vírus neurotrópicos – replicam nas células nervosas. Vírus pantrópicos – têm tropismo para várias células e tecidos. 21 Transmissão a novos hospedeiros - Trato gastrointestinal - Tratos respiratórios superior e inferior - Pele - Fluídos orais - Fluídos genitais - Sangue - Urina - Transplacentária - Leite Retrovírus oncogénicos - Vírus xenotrópicos – não produzem doença no hospedeiro. Replicam-se apenas nas células de espécies diferentes dos hospedeiro natural. - Vírus anfotrópicos - Não produzem doença no hospedeiro. Replicam-se nas células de espécies diferentes do hospedeiro natural e nas culturas de células de outras espécies. - Virus ectotropicos – Não produzem doença no hospedeiro, mas replicam nas culturas de células do hospedeiro. Infeções & Invasão do Sistema Nervoso Central Vírus neurotrópico – Infeta células nervosas. A infeção e disseminação pode ocorrer por via neural ou por via hematogénea. Vírus neuroinvasivo - Atinge o sistema nervoso central após infeção de terminações nervosas periféricas. Vírus neurovirulento: Origina lesões do tecido nervoso e sintomatologia (doença) nervosa Neuroinvasão – capacidade de afetar o SN Central! Neurovirulência – causa sintomatologia nervosa Exemplos: HSV – neuroinvasão baixa, neurovirulência alta. Vírus da papeira – neuroinvasão baixa, neurovirulência baixa. Vírus da raiva – neuroinvasão alta, neurovirulência alta. Determinantes do Tropismo Viral - Suscetibilidade – distribuição de recetores celulares apropriados aos vírus. - Permissividade – produtos resultantes da expressão génica celular necessários para completar a infeção. Exemplo: proteínas celulares que regulam a transcrição viral. - Acessibilidade – barreiras físicas que impedem o virião de contactar com células suscetíveis/permissivas. - Defesas – Barreiras físicas, defesas inatas ou induzidas, no local de infeção – fortes, fracas ou ausentes. Por vezes, as células suscetíveis/permissivas estão acessíveis mas as defesas são muito rápidas e eficazes. Só vai haver replicação viral na célula se esta for suscetível e permissível. Excreção viral - Aerossóis - Fezes - Sangue - Urina (21antavírus) - Sémen (HIV; herpesvirus; HBV) - Leite (CAEV; MVV; MMTV) - Lesões da pele (herpesvirus; poxvirus; papilomavirus) 22 Transmissão viral O local de excreção viral e estabilidade física determinam a via de transmissão. Vírus com invólucro – frágeis, susceteis ao detergente e pH baixo. Vírus nus – mais resistentes à dessecação, detergentes, pH baixo, temperaturas altas. Transmissão: Iatrogénica - Cirurgias, injeções, suturas Nasocomial – infeção durante a hospitalização Vertical – progenitores para descendência. Horizontal - Contacto direto ou indireto, aerógena, oral, etc Exemplo de transmissão vertical – transmissão pelas células germinativas. Distribuição Geográfica: Ser médico veterinário em Portugal é diferente de ser médico em Angola. As doenças que são comuns nuns países podem não ser noutros. PSA – Peste suína africana (dsDNA; com envelope) MMV – Mouse minute virus (ssDNA; nu) Peste bovina (ssRNA(-); com envelope) Variação Sazonal: Vírus da gripe (Influenza); rotavírus, virus da língua azul INFEÇÃO ≠ DOENÇA Infeções: subclínicas ou clinicas. Virulência e Patogenicidade : Capacidade para causar doença. Termo quantifica ou classifica de forma relativa a patogenicidade de um vírus. Vírus patogénico – causa doença Vírus não patogénico – não causadoença ou infeção subclínica. Dose infeciosa (ID) – quantidade de vírus para causar infeção Dose letal (LD) – quantidade de vírus necessária para causar morte Virulência: multigénica – ou seja, depende da estirpe do virus, virus virulentos ou virus naturalmente atenuados. Diferenças quantitativas: níveis de replicação; no partículas virais produzidas; no células infetadas. Diferenças qualitativas: tropismo; grau de lesão celular; modo e eficiência de invasão do hospedeiro; patogénese. Resistência/Suscetibilidade: Multifatorial Resistência inata - constituição genética; idade; estado nutricional; stress; fatores hormonais (gravidez). Resistência adquirida (específica) – resposta imune do hospedeiro. 23 Avaliação: Quantificar virulência: Podemos quantificar a virulência com: tempo médio para a morte, tempo médio para o aparecimento de sintomas e temperatura, perda de peso, lesões e redução de células TCD4+ no H. Avaliação da virulência: a partir da estirpe, dose, via de inoculação, idade e espécie animal. Animal A: ID50 = 10 viriões LD50=50 Animal B: ID50 = 10 viriões LD50=1000 Assim, animal B tem maior resistência que o animal A. DETERMINANTES DA VIRULÊNCIA - Genes que codificam proteínas essenciais à replicação viral - Genes que promovem a produção de viriões ao baixarem o nível de expressão de genes celulares aumentado a expressão de genes virais. - Mutações - Virocinas – proteínas virais não envolvidas na replicação viral in vitro mas influenciando a patogénese da infeção diminuindo a resistência inata ou a resposta imune. Limitadas aos Pox-, Adeno-, Herpes- e Retrovirus. • Inibidores de células T citotóxicas, inibidores de citoquinas, cascata do complemento, ADCC, inibição da apresentação de antigénios pelos MHC I. - Tropismo viral • Enhancers: Zonas de genoma que ativam e aumentam a eficiência de transcrição dos genes virais ou celulares. Estas sequências nucleotídicas contêm locais de ligação para fatores transcricionais, que facilitam a ligação da RNA polimerase II ao promotor, aumentando a transcrição. DETERMINANTES DA RESISTÊNCIA DO HOSPEDEIRO - Diferenças genéticas (espécies diferentes, genes ligados à reposta imune1, Agamaglobulinemia2, genes ativados por interferão3 e recetores celulares TNF, interferão, citoquinas). - Fatores fisiológicos (idade, estado nutricional, estado hormonal, febre4 e diferenciação celular5) 1 Genes imunorreguladores maioritariamente situados no MHC: Classe I e Classe II 2 Agamaglobulinemia - células B em no reduzido ou ausentes. Resposta de células T. Lesões do timo 3 codificam proteínas que inibem ou favorecem a replicação viral; que codificam recetores necessários à entrada do vírus; que determinam se determinados vírus infetam ou são destruídos pelos macrófagos. 4 Macrófagos produzem IL-1, aumenta a atividade metabólica, inflamatória e fagocitária. 5 Papilomavirus, Lentivirus, Parvovirus (fase S) 24 Agentes infeciosos invulgares Viroides – só infetam plantas Satélites – Agentes subvirais que diferem dos viróides porque dependem da presença de outro virus (virus helper) para a sua propagação. O vírus satélite da hepatite delta, que exacerba a patogénese do vírus da hepatite B, é um híbrido único de um viróide e de um satélite. Priões – proteínas infeciosas que provocam doenças neurológicas de misfolding proteico (pode ter conformação alterada). Há 3 formas de contrair uma TSE (encefalopatias espongiformes transmissíveis): esporádica, infeciosa e familiar. Os seres humanos têm aumentado a prevalência de TSE ao alimentar o gado com rstos de animais doentes. Agentes antivirais Análogos dos nucleósidos (inibem a polimerases virais) – como: aciclocivir, brivudina, cidofovir ... Outros antivirais - Inibidores não nucleosídicos de DNA polimerase Outros: fomivirseno, pleconaril, palivizumab, fármacos antigripais, interferão α Importante - Principais alvos terapêuticos dos antivirais: Ligação do vírus à célula hospedeira; Síntese de RNA; Replicação do genoma viral; Montagem, libertação e maturação dos viriões. Vírus que podem integrar o DNA: retrovírus e alguns adenovírus Vírus para os quais estão disponíveis fármacos antivirais: - Citomegalovírus (CMV) - Papilomavírus - Picornavírus - HIV - Influenza A e B (vírus da gripe) - Vírus da hepatite B (HBV) - Vírus da hepatite C (HCV) - Herpesvírus simples - Vírus da varicela zóster (VZV)
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