03 virologia

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Aula 3: Estratégias de replicação viral 
A replicação do vírus difere significativamente das células de organismos vivos. 
Vírus não têm estruturas celulares tais como membrana citoplasmática e ribossomos funcionais, eles são incapazes de atividade independente fora da célula hospedeira. Só se reproduzem nelas.
Existe uma grande especificidade entre um vírus e sua célula hospedeira. Vírus animal replicam dentro de células animais, vírus de plantas células vegetais e bacteriófagos dentro de células bacterianas.
Na tarefa de se reproduzirem, os vírus se encontram em grande desvantagem em comparação com formas de vida. Ele entra na célula apenas com sua molécula de ácido nucleico, que pode ter apenas 20 ou mais genes em comparação com 100 000 genes para uma célula de mamífero, e às vezes sem uma única enzima para iniciar o processo de replicação. 
Ele depende da maquinaria e “materiais” da célula hospedeira para sua reprodução. Assim, a replicação do vírus é mais complicada em alguns aspectos do que a de outros microrganismos.
Os vírus possuem DNA ou RNA, nunca os dois simultaneamente. 
Os ácidos nucleicos estão presentes como fita simples ou dupla em uma forma linear (DNA ou RNA) ou circular (DNA). Em consequência desta diversidade, o processo de replicação é diverso.
Vírus DNA
Nos vírus DNA, o RNAm (RNA mensageiro) pode ser formado usando a própria RNA polimerase do hospedeiro para transcrever diretamente do DNA viral. 
Vírus RNA
Os vírus RNA não podem ser transcritos deste modo, visto que as polimerases do hospedeiro não operam a partir de molécula RNA
Quando a transcrição é necessária, o vírus precisa fornecer suas próprias polimerases. Estas podem estar já prontas no capsídeo quando o vírus desempacota dentro da célula ou podem ser sintetizadas após a infecção.
Replicação viral
A replicação viral é um fenômeno altamente complexo e seus detalhes variam grandemente conforme o vírus envolvido. Há vírus que se replicam no citoplasma, como os membros da família Picornaviridae (por exemplo, o vírus da poliomielite), e os que se replicam no núcleo, como os da família Herpesviridae (por exemplo, o vírus do herpes).
A estratégia de replicação do genoma viral depende do tipo de ácido nucléico do vírion infectante. Sendo os retrovírus um grupo especial de vírus no que concerne ao modo de replicação de seu genoma.
Replicação do vírus consiste em fazer cópias do genoma viral e cobertura de proteína e a montagem desses dentro de novos vírus. Durante a replicação, os componentes essenciais do vírus (capsídeo, genoma viral e envelope se presente), o ácido nucléico e as proteínas do capsídeo, são sintetizados separadamente e então montados antes da liberação da célula hospedeira.
*A célula hospedeira deverá ser permissiva(células nas quais os vírus podem se replicar), e o vírus deverá ser compatível com a célula hospedeira.
*A célula hospedeira não deverá degradar o vírus.
*O genoma viral deverá possuir as informações para modificar o metabolismo normal da célula hospedeira.
*O vírus deverá se hábil para usar a capacidade metabólica da célula hospedeira para produzir novas partículas virais contendo cópias replicadas do genoma viral.
Biossíntese viral
A biossíntese viral inicia-se logo após a entrada do vírus na célula, processo conhecido como infecção celular. Este processo envolve dois períodos: fase eclipse e fase de maturação. Além disso, podemos dividir a biossíntese viral em várias etapas, que estudaremos mais adiante.
Eclipse - A fase de eclipse é a fase durante a qual o vírion entrou na célula, mas ainda não consegue produzir sua progênie. Assim, vírus infecciosos (vírions) não estão presentes durante esta fase, neste período o genoma viral inicia o controle da maquinaria da célula hospedeira e inicia a síntese para a produção da progênie viral. 
Logo após a infecção células e por várias horas, somente pequena quantidade de material infeccioso, pode ser detectado intracelularmente. Este intervalo é conhecido como fase de eclipse, na qual o genoma viral foi exposto à célula hospedeira, mas a produção da progênie do vírus não atingiu, ainda, níveis detectáveis. Podemos dessa forma, definir a fase de eclipse como sendo o período entre a entrada do vírus na célula, mas não pode ser detectado no interior da célula.
Maturação - Existe a seguir, um intervalo no qual os vírions recém-formados acumulam-se na célula ou no meio extracelular em velocidade exponencial. Este intervalo é conhecido como fase de maturação.
Após várias horas, as células infectadas com vírus líticos (vírus liberados da célula por lise), interrompem sua atividade metabólica e perdem sua integridade estrutural. 
Células infectadas com vírus não líticos (vírus liberados por outros mecanismos que não o de lise) podem continuar a sintetizar vírions indefinidamente. O ciclo reprodutivo de um vírus varia de 6-8 h (picornavírus) ou por mais do que 72 h (herpesvírus). A célula hospedeira fornece a energia e toda a maquinaria para a síntese das proteínas e dos ácidos nucleicos dos vírus.
Células hospedeiras e replicação viral
Somente algumas células são susceptíveis à infecção de um vírus. 
A variedade de células hospedeiras de um vírus é definida pelos tipos de células nas quais o vírus pode se replicar. 
Alguns vírus têm uma grande variedade de hospedeiros e pode replicar dentro de vários tipos celulares. Outros, podem se replicar apenas dentro de um único tipo celular de uma única espécie.
Existe uma enorme especificidade entre vírus e suas células compatíveis hospedeiras. 
Alguns vírus chamados bacteriófagos, ou simplesmente fago, replicam somente dentro de células bacterianas. Outros vírus, os vírus animais, replicam somente dentro de células animais. Os vírus, chamados vírus de plantas, somente se replicam dentro de células de plantas. Ainda outros se replicam dentro de fungos, algas e protozoários.
Células hospedeiras e replicação viral
Dentro da célula hospedeira o genoma viral realiza controle das atividades metabólicas da célula: A transcrição dos genes da célula hospedeira é inibida.
Em muitos casos, o genoma viral pode codificar a paralisação das atividades metabólicas normalmente envolvidas na reprodução da célula hospedeira.
Os RNAs mensageiros do vírus são traduzidos mais eficientemente do que os mRNAs da célula hospedeira e a síntese das proteínas virais dominam a síntese das proteínas da célula.
Os vírus então usam a capacidade metabólica da célula hospedeira para a produção de novos vírus. Em particular, os vírus utilizam os ribossomos da célula hospedeira para a produção das proteínas virais e os ATPs da célula e reduzem coenzimas para fazer sua biossíntese.
Quase sempre a replicação de um vírus causa mudanças na célula hospedeira, comumente causando a morte daquela célula.
Replicação viral de uma célula hospedeira pode ter vários efeitos.
Infecções produtivas que ocorrem em uma célula permissiva resultam na replicação viral com a produção de vírus que podem infectar outras células hospedeiras compatíveis.
Infecções abortivas ocorrem porque a célula hospedeira é não permissiva, logo a replicação viral não ocorre ou porque a replicação viral produz uma progênie viral que é incapaz de infectar outras células hospedeiras.
Infecções restritivas ocorrem quando a célula hospedeira é transitoriamente permissiva até que as progênies virais infectivas sejam produzidas com frequência e em outros momentos o vírus persiste na célula transitoriamente permissiva sem a produção de progênie viral infectiva. Em alguns casos, o genoma viral persistirá dentro de uma célula infectada sem destruir a célula hospedeira.
Biossíntese viral
Apesar de detalhes específicos de a replicação viral variarem de um vírus para outro, a estratégia geral para a replicação é a mesma para muitos vírus. Os estágios na replicação viral incluem: ADSORÇÃO, PENETRAÇÃO, DESEMPACOTAMENTO, SÍNTESE, MONTAGEM e LIBERAÇÃO.
Biossíntese viral – Adsorção
A replicação viral inicia com a LIGAÇÃO (adsorção) de um vírus a superfícieda célula hospedeira susceptível. Este processo envolve a ligação de sítios específicos sobre a superfície do vírus (espículas ou glicoproteínas) com sítios da superfície da célula hospedeira (receptores).
A susceptibilidade de uma célula à infecção viral está limitada pela disponibilidade de sítios apropriados onde determinado vírus pode ligar-se à ela. 
Pode haver mais de um tipo de receptor na superfície celular envolvida na ligação com o vírus. Esses receptores virais são parte da estrutura normal e possuem outras funções.
Alguns receptores são moléculas específicas tais como a glicoproteína CD4, que serve como receptor para o HIV, nos linfócitos T auxiliares humanos. Outros ocorrem em várias células tais como, o ácido neuramínico, receptor para vírus da influenza.
A capacidade de um vírus ligar-se a uma célula hospedeira somente para um receptor particular explica em parte o alto grau de especificidade entre o vírus e a célula hospedeira. A ligação dos vírus às células em muitas instâncias leva a trocas irreversíveis na estrutura do vírion.
Em muitos casos, uma vez o vírus ligado a uma superfície celular, ele não pode desligar.
Em outros casos, contudo, quando a penetração não ocorre, o vírus pode desligar e readsorver a uma célula diferente.
Os orthomyxovírus e paramyxovírus, como exemplo, têm neuraminidases sobre suas superfícies que podem clivar o ácido neuramínico de um polissacarídeo de um receptor glicoproteico, consequentemente liberando o vírus da ligação.
Biossíntese viral – Entrada 
Também chamado de PENETRAÇÃO, é o momento que o vírus, após a adsorção, consegue entrar na célula hospedeira. A entrada ocorre rapidamente após a adsorção. Pode envolver:
Translocação (a) - Onde ocorre transferência somente do genoma viral cruzando a membrana plasmática.
Endocitose(b) - Transporte do vírus inteiro cruzando a membrana plasmática, ficando armazenado em vacúolos.
Fusão do envelope viral (c)- Transporte do vírus inteiro cruzando a membrana plasmática, ficando armazenado em vacúolos.
Os bacteriófagos injetam seu genoma dentro da célula hospedeira enquanto seu capsídeo permanece do lado de fora da célula. Nesse caso, penetração e desempacotamento ocorrem simultaneamente. Similarmente, o capsídeo de um poliovírus perde sua integridade estrutural, assim o poliovírus é transportado através da membrana da célula hospedeira. 
Outros vírus vegetais e animais são engolfados pela célula hospedeira e permanecem intactos até entrar na célula hospedeira. Nesse caso, a penetração precede o desempacotamento.
Biossíntese viral – Desempacotamento
Também chamado de DESNUDAMENTO, após a entrada do vírus na célula hospedeira, o vírus passa por um processo de desmontagem do capsídeo para que seu genoma seja liberado livre no citoplasma, e quando houver as enzimas virais também serão liberadas.
Esta etapa consiste na remoção do capsídeo com exposição do genoma viral e só ocorre quando o vírion penetra inteiro na célula, geralmente na forma de complexo nucleoproteico. 
A desagregação das subunidades proteicas do capsídeo pode ocorrer espontaneamente ou por ação de enzimas digestivas dos lisossomos celulares.
Após o desempacotamento: Após o desempacotamento, o vírion deixa de existir como entidade infecciosa. Para os vírus que são replicados no citoplasma, como por exemplo, o vírus da hepatite A, o genoma é simplesmente liberado dentro da célula. Outros não são totalmente desempacotados, pois o genoma só é expresso se estiver parcialmente revestido (reovírus); outros ainda (poxvírus) são desnudados em dois estágios: o primeiro com participação de enzimas celulares e o segundo com enzimas virais. 
Exemplos: Para os vírus replicados no núcleo, por exemplo, Vírus da Hepatite B, o genoma, frequentemente associado à nucleoproteína, deve ser transportado através da membrana nuclear. Nas células infectadas por esses vírus, o capsídeo é transportado ao longo do citoesqueleto citoplasmático, desde o sítio de entrada até o poro nuclear. Neste momento, o DNA viral é liberado no interior do núcleo. O capsídeo vazio se desintegra. Ocorre dissolução do envoltório proteico da partícula viral pela ação de enzimas celulares liberadas pelos lisossomos, com exposição do ácido nucleico viral.
Biossíntese viral – síntese
Esta é a etapa onde vai acontecer a síntese de novos genomas virais, transcrição dos RNAm, como também, das diversas proteínas virais (tradução). A biossintese dos componentes virais pode ser dividida em:
Precoces: As funções precoces são aqueles eventos bioquimicamente que dominam a célula hospedeira e sintetizam o RNAm viral precoce.
Precocemente na infecção, o vírus redireciona o metabolismo celular, favorecendo a síntese de novos ácidos nucleicos e de proteínas virais.
Tardias: Enquanto que, as funções tardias são aquelas que posteriormente sintetizam outras proteínas e montam o nucleocapsídeo. 
Tardiamente na infecção são sintetizadas as proteínas estruturais que correspondem às subunidades do envoltório viral.
Biossíntese viral – Montagem
O processo de montagem envolve a coleção de todos os componentes necessários para a formação do vírion maduro em um local próprio na célula.
Durante a montagem, a estrutura básica da partícula viral é formada. O local de montagem do local da replicação dentro da célula e sobre o mecanismo pelo qual o vírus é eventualmente liberado.
Como nos primeiros estágios de replicação, nem sempre é possível identificar a montagem, maturação e liberação das partículas virais com fases tão distintas. 
Muitos vírus podem apresentar altos níveis componentes estruturais de recém-sintetizado, concentrando-as em compartimentos subcelulares, visíveis ao microscópio de luz, e esses compartimentos são chamados de corpúsculos de inclusão. 
Biossíntese viral – Liberação
Geralmente, muitos vírus são replicados dentro de uma única célula e são liberados juntos. A liberação dos vírus frequentemente mata a célula hospedeira. Em alguns casos, durante a liberação o vírus adquire uma porção de uma biomembrana da célula hospedeira como um envelope do vírus.
Lise Celular - Para os vírus líticos (tais como a maioria dos vírus não envelopados), a liberação é um processo simples, a célula infectada se rompe e libera o vírus (lise celular). Assim, todos os vírus montados dentro da célula são liberados simultaneamente, quando a célula é lisada. Vírus animais não envelopados geralmente também são liberados através da lise celular.
Brotamento: Os vírus envelopados adquirem sua membrana lipídica (envelope) como brotos de plantas saindo da célula através da membrana celular ou saem da célula infectada dentro de uma vesícula intracelular por exocitose pela fusão de vesículas, contendo as partículas virais, com a membrana da célula hospedeira.
Alguns vírus, como os Retrovírus, são liberados da célula hospedeira quando seus nucleocapsídios montados brotam diretamente através da membrana plasmática. Outros vírus brotam através de membranas internas, tais como, Retículo Endoplasmático (ex.: vírus da hepatite B), complexo de Golgi (ex.: vírus do molusco contagioso) ou membrana nuclear (ex.: herpesvírus) formando vesículas partir do complexo de Golgi. 
As vesículas contendo os vírions migram para a superfície interna da membrana plasmática e se fusionam com esta, liberando o vírion para fora da célula em uma vesícula intracelular após a liberação subsequente. Este processo é chamado de brotamento.
Estratégias de replicação viral
Vírus têm vários métodos de garantir que seus mRNAs sejam produzidos e depois traduzido em proteínas virais, muitas vezes em detrimento ao mRNAs da célula hospedeira. 
O virologista David Baltimore desenvolveu um esquema de classificação de vírus que se baseia principalmente na relação entre o genoma viral e seu RNAm. Nele os RNAS virais são classificados por suas três estratégias de formação de RNAm viral, que dependem do sentido de seu RNA genômico.
RNA VIRAL FITA-POSITIVA
O RNA viral fita-positiva é usado diretamente como RNAm viral, a partir do qualas proteínas virais são traduzidas diretamente. 
Os vírus da poliomielite e os flavivírus são bons exemplos de RNA viral de fita-positiva.
RNA VIRAL FITA-NEGATIVA
No caso dos vírus de RNA de fita negativa, por exemplo, influenza e o vírus da raiva, um a RNA-polimerase viral associada (transcriptase), que é transportada pelo vírus para dentro da célula, após a liberação do genoma é transcrito uma cópia complementa intermediária que apresenta sentido positivo. Essa cópia intermediária, agora fita-positiva e denominada antigenômica são cópias complementares exatas do genoma, e então funciona como RNAm viral, que, por sua vez, são traduzidas para dar proteínas virais. Esta cópia antigenômica também vai servir como modelo para os novos genomas.
Retrovírus
O terceiro grupo de vírus RNA são os RETROVÍRUS, eles possuem uma complexa estratégia para a produção dos RNAm virias.
Assim que o vírus infecta uma célula o RNA genômico viral é transcrito por uma transcriptase reversa (RT) associada ao vírus (RNA polimerase dependente de DNA), que converte o RNA genômico viral em um híbrido DNA-RNA. 
O DNAdf é transportado para o núcleo da célula hospedeira e é integrado ao cromossomo da célula por uma integrase codificada pelo vírus, e é agora denominado DNA proviral.
Conforme o DNA viral vai sendo sintetizado, o RNA genômico vai sendo digerido e substituído por uma cópia de DNA para dar uma molécula de DNAdf.
Os RNAm virais são transcritos a partir do DNA proviral da mesma forma que a célula hospedeira transcreve seus RNAm. As informações contidas no RNAm são traduzidas em proteínas virais, esse RNAm também serve como RNA genômico viral.
Vírus DNA
Os vírus de DNA deve também produzir transcritos de RNAm viral no logo após a infecção de uma célula. 
Isso geralmente é alcançado por uma enzima da célula hospedeira, DNA polimerase dependente de RNA II.
Contudo, alguns virus, como os poxvírus, apesar de um vírus de DNA, leva a enzima apropriada para a célula. 
Os RNAm virais são transcritos de formas precoce e tardia a partir de qualquer fita de DNA no caso de vírus DNAdf, e são traduzidos para produzir proteínas virais "iníciais" e "tardias", respectivamente.
Todos os vírus de DNA, exceto da família Poxviridae replicam seu genoma no núcleo da célula. Vários métodos são usados​​, dependendo da configuração do DNA, que pode ser:
- Linear e fita-simples (parvovírus);
- Circular (papilomavírus);
- Linear e dupla-fita (poxvírus).
A replicação de DNA fita-simples (fs) envolve a formação de um DNA intermediário dupla-fita, que serve como um modelo para a síntese da progênie DNA fita-simples.
Enquanto que, a replicação das moléculas de DNAdf usa uma forquilha de replicação. 
Nessas forquilhas a DNA polimerase se move ao longo do DNA, abrindo as duas fitas da dupla hélice e usando cada uma como um modelo para fazer uma nova molécula filha.
Estratégias de replicação dos bacteriófagos
Os bacteriófagos são vírus que infectam somente bactérias, são conhecidos também como fagos. Os fagos como todos os vírus dependem de uma célula para se replicarem, uma célula bacteriana (Alguns replicam somente dentro de cepas hospedeiras específicas. Enquanto outros, podem se replicar em várias células bacterianas, tanto Gram-positivas quanto Gram-negativas.)
Dentro da célula bacteriana hospedeira, o fago utiliza moléculas celulares (ex.: ATP e nucleotídeos) e estruturas (incluindo os ribossomos) para sintetizar novos fagos. 
Na maioria dos casos o ciclo de replicação completa do fago resultam na morte da célula quando eles são liberados e são assim chamados de fagos líticos. 
No entanto, alguns bacteriófagos são capazes de lisogenia, uma estratégia de replicação alternativa na qual o genoma do fago é incorporado no cromossomo de algumas bactérias, ciclo lisogênico. Dessa forma, eles são chamados bacteriófagos temperados.
Uma vez incorporado ao cromossoma bacteriano, o genoma do fago (profago) é replicado com o DNA da célula bacteriana durante uma replicação normal do DNA da célula hospedeira. Em um momento posterior, o profago pode ser liberado a partir do cromossoma bacteriano ou plasmídeo, restabelecendo um ciclo de replicação lítica.