Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Vírus - parte 2 ➝ Introdução Anteriormente, na parte 1, falamos sobre vírus em procariotos, ou seja, vírus que infectam principalmente bactérias e agora veremos vírus que infectam células eucarióticas, principalmente animal. ➝ Vírus de Eucariotos x de Procariotos A maior diferença entre eles é a forma de infecção por conta da diferença entre a parede celular de células eucariontes e procariontes. ●Procariotos: a transcrição e tradução acontecem no citoplasma bacteriano. Na penetração (infecção) há somente a entrada do material genético e algumas proteínas. ●Eucariotos: transcrição e replicação do DNA ocorrem no núcleo, enquanto a tradução se dá no citoplasma. Na maioria das vezes o virion (material genético + cápsula ) completo penetra na célula animal por meio de endocitose ou fusão, sendo depois desnudado. ➝ Virion É composto de um material genético + a sua cápsula. Então, não está atualmente se replicando ou causando dano. Eles variam em forma e tamanho (0,02 e 0,3 µm), podem conter tanto RNA quanto DNA, mas nunca os dois ao mesmo tempo , e ser fita simples ou 1 dupla. Variam de forma, composição química e podem ter uma ou mais enzimas virais no interior do nucleocapsídeo para a sua infecção e replicação. ➝ Estruturas Virais Cada partícula víral ou virion é constituído pelo seu material genético (DNA ou RNA) que é envolvido por uma invólucro proteico denominado cápside ou capsídeo. Capsídeo Ele protege o ácido núcleo viral, possui capacidade de se combinar quimicamente com substâncias na superfície de células fazendo com que o vírus reconheça e ataque o tipo de células que se adequa à sua especificidade. Ele é formado por múltiplas subunidades chamadas de capsômeros. Nucleocapsídeo O conjunto ácido nucleico + invólucro proteico constitui esse nucleocapsídeo que pode ser, ainda, envolvidos por um invólucro de glicoproteínas e/ou l ip ídeos . Esses são chamados de v írus envelopados. Imagem: Estrutura do Envelope ➝ Origem do Envelope Viral O envelope viral consiste em uma bicamada lipídica com proteínas, em geral glicoproteínas, embebidas nesta. A membrana lipídica provêm da célula hospedeira, muito embora as proteínas sejam codificadas exclusivamente pelo vírus. Devido à presença de lipídeos no envelope, os vírus envelopados são sensíveis a solventes orgânicos, como o éter. Assim, em presença de éter, os lipídeos são dissolvidos e o vírus perde a infectividade. É importante salientar que as glicoproteínas do envelope, por estarem expostas na superfície viral, constituem os principais antígenos de vírus envelopados. O retrovírus pode transcrever, dependendo o seu ciclo de vida, RNA ou DNA, mas nunca os dois ao mesmo tempo e no mesmo virion. 1 Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG 2 4 6 U N I D A D E 2 • G E N Ô M I C A , G E N É T I C A E V I R O L O G I A Os vírus são elementos genéticos que conseguem se replicar apenas no interior de uma célula viva, denominada célula hospedeira. Os vírus possuem seu próprio genoma e, neste sentido, são independentes do genoma da célula hospedei- ra. No!entanto, os vírus dependem da célula hospedeira para energia, intermediários metabólicos e síntese proteica. Os ví- rus são, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Os vírus infectam tanto células procarióticas quanto eucarióticas e são responsáveis por muitas doenças infec- ciosas de seres humanos e outros organismos. O estudo dos vírus é denominado virologia, e este capítulo aborda os prin- cípios básicos dessa ciência. No Capítulo 9, consideraremos os aspectos genômicos e a diversidade dos vírus em mais detalhes. I ! A natureza dos vírus 8.1 O que é um vírus? Embora os vírus não sejam células, eles possuem um genoma de ácido nucleico que codifica as funções necessárias para sua repli- cação e uma forma extracelular, denominada vírion, que permi- te que o vírus viaje de uma célula hospedeira para outra. Os vírus são incapazes de replicarem-se, a menos que o próprio vírion (ou seu genoma, no caso de vírus bacterianos) penetre em uma célula hospedeira adequada, um processo denominado infecção. Estrutura e atividades virais O vírion de um vírus consiste em um envoltório proteico, o cap- sídeo, que contém o genoma viral. A maioria dos vírus bacteria- nos são nus, sem camadas adicionais, enquanto muitos vírus de animais contêm uma camada externa consistindo de proteínas e lipídeos, denominada envelope (Figura 8.1). Em vírus envelopa- dos, a estrutura interna composta por ácido nucleico e proteínas do capsídeo é denominada nucleocapsídeo. O vírion protege o genoma viral quando o vírus está fora da célula hospedeira, e proteínas na superf ície do vírion são importantes no ancora- mento à célula hospedeira. O vírion pode também conter uma ou mais enzimas virais específicas que desempenham papéis du- rante a infecção e a replicação, como discutido posteriormente. Uma vez dentro da célula hospedeira, um genoma viral pode orquestrar um de dois eventos bastante diferentes. O!ví- rus pode replicar e destruir o hospedeiro em uma infecção virulenta (lítica). Em uma infecção lítica, o vírus redireciona o metabolismo do hospedeiro para suportar a replicação do vírus e a montagem de novos vírions. Eventualmente, novos vírions são liberados, e o processo pode repetir-se em novas células hospedeiras. Alternativamente, alguns vírus podem submeter-se a uma infecção lisogênica; neste caso, a célula hospedeira não é destruída, mas é geneticamente alterada, pois o genoma viral torna-se parte do genoma do hospedeiro. Genomas virais Todas as células apresentam genomas de DNA de dupla-fita. Por outro lado, os vírus podem apresentar genomas de DNA ou de RNA e podem ser subdivididos baseados no fato de o genoma ser de fita simples ou dupla-fita. Alguns vírus pouco comuns utilizam tanto DNA quanto RNA como seu material genético, porém em diferentes estágios de seu ciclo de replica- ção (Figura 8.2). Os genomas virais podem ser lineares ou circulares, e ge- nomas virais de fita simples podem também ser de senso po- sitivo ou senso negativo, baseado na sua sequência de bases. Os!genomas virais de senso positivo apresentam a sequência de bases exatamente igual ao do RNAm viral que será traduzi- do para formar as proteínas virais. Em contrapartida, os geno- mas virais de senso negativo são complementares à sequência de bases do RNAm viral. Esta característica interessante de genomas virais requer processos especiais de fluxo de infor- mação genética, e reservamos a discussão sobre os detalhes desses processos para o Capítulo 9. Genomas virais são geralmente menores do que aqueles das células. O menor genoma bacteriano conhecido é de cerca de 145 pares de quilobases, que codificam cerca de 170 genes. A maioria dos genomas virais codificam até cerca de 350 genes. Os menores genomas virais são os de alguns pequenos vírus de RNA que infectam animais. Os genomas destes minúsculos vírus contêm menos de 2.000 nucleotídeos e apenas dois genes. Alguns genomas virais muito grandes são conhecidos, tal como o genoma de DNA de 1,25 Mpb de um vírus marinho chamado Megavírus, que infecta protozoários. Vírus de RNA normal- mente apresentam os menores genomas e apenas os vírus de DNA possuem genomas que codificam mais de 40 genes. Os vírus podem ser classificados com base nos hospedei- ros que infectam, bem como pela sua estrutura do genoma. Assim, temos vírus bacterianos, vírus de arqueias, vírus de animais, vírus de plantas, de protozoários, e assim por diante. Vírus bacterianos são denominados bacteriófagos (ou sim- plesmente fagos) e têm sido intensamente estudados como sis- temas modelo para a biologia molecular e genética da replica- ção viral. Neste capítulo, utilizaremos os bacteriófagos muitas vezes para ilustrar princípios virais simples. Na verdade, mui- tos dos princípios básicos da virologia foram descobertos com bacteriófagos e posteriormente aplicados aosvírus de organis- mos superiores. Devido a sua frequente importância médica, os vírus de animais têm sido amplamente estudados, enquanto vírus de plantas, apesar da enorme importância para a agricul- tura moderna, têm sido bem menos estudados. • De que forma um vírus difere de uma célula? • Por que um vírus necessita de uma célula hospedeira? • Comparado com células, o que é incomum sobre os genomas virais? MINIQUESTIONÁRIO Ácido nucleico Capsídeo (composto por capsômeros) Nucleocapsídeo Envelope Ácido nucleico Capsídeo Vírus não envelopados Vírus envelopados Figura 8.1 Comparação entre vírus não envelopados e envelopados. O envelope origina-se da membrana citoplasmática do hospedeiro. Imagem: Origem do envelope; a partícula viral esta saindo da célula hospedeira e ‘levando’ consigo uma parte da sua membrana, como se fosse um ‘brotamento’. ➝ Replicação Viral O principal objetivo do vírus é encontrar uma célula hospedeira que possua a especialidade que procura, conseguir infectá-la e fazer a sua replicação viral dentro da mesma e criar outros novos vírus para que eles saiam dessa célula e infectem muitas outras. Os ácido nucléicos do virion apresentam segmentos gênico que consegue codificar componentes estruturais. Por exemplo, proteínas do capsídeo e enzimas que ele utiliza para seu ciclo de vida. A replicação é dividida em algumas etapas: Adsorção O primeiro estágio da infecção para todos os tipos de vírus é chamado adsorção, termo que descreve o contato inicial célula–vírus. Essa adsorção é, de início, fraca (adsorção reversível), progredindo para uma ligação mais forte, quando a adsorção se torna irreversível. Há uma alta especificidade. Uma ou mais proteínas externas ao vírus interagem com a superfícies celular da células hospedeira. Os receptores da célula hospedeira determinam quais células são susceptíveis à infecção. Portanto, se o vírus possui várias proteínas diferentes em sua superfície, ele conseguirá em diferentes tipos de células de um mesmo hospedeiro. Imagem: Proteínas expressas na superfície do adenovírus e retrovírus HIV. Nesse, apresenta proteínas que são específicas aos receptores do linfócito TCD4 que causam a AIDS. Penetração Após a ligação irreversível do vírus à superfície da célula suscetível, o próximo passo da infecção leva à entrada na célula de parte ou de todo o vírion e na liberação do material genômico viral. A ligação entre o vírus e a célula promove alterações em ambos que culmina na penetração daquele, ou seja, a célula precisa ser permissiva para que a replicação viral aconteça. A entrada do vírus na célula *eucariota* pode 2 ocorre de 2 maneiras diferentes: (1) endocitose ou (2) fusão. (1) Endocitose Este processo é semelhante à fagocitose; os vírus, após sua ligação ao receptor, são englobados pela membrana plasmática, ficando no interior de vesículas nas células. A maioria dos vírus, envelopados ou não, usam a endocitose para a infecção produtiva. Os vírus podem usar diferentes mecanismos de endocitose. O mais comum é a endocitose mediada por clatrina, quando a membrana plasmática que invagina é recoberta, na superfície do citoplasma, por moléculas da proteína fibrosa clatrina. Lembrando que na célula procariota existe, ainda, a possibilidade do bacteriófago fazer a injeção do seu ácido nucleico. 2 Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG (2) Fusão do Envelope Viral É um processo de fusão do envelope viral com a membrana celular, liberando o nucleocápside para dentro da célula hospedeira. Desnudamento Os eventos que ocorrem logo após a penetração e precedem a expressão do genoma viral são denominados desnudamento, termo geral que descreve a remoção total ou parcial do cápside viral. Esses eventos podem estar diretamente relacionados com a penetração através da membrana. Biossíntese A infecção viral leva à produção de centenas ou milhares de novas partículas virais por célula infectada. A essência deste tipo de multiplicação viral é dupla: replicação do ácido nucleico viral e produção de capsídeo para conter esse ácido nucleico. Em vírus de DNA a biossíntese acontece no núcleo e, em vírus de RNA, acontece no citoplasma. Vírus de DNA O vírus penetra na célula e o material genético livre, após o desnudamento, estará no citoplasma. Então, ele precisa ir para o núcleo. No núcleo acontece a replicação do genoma viral, por meio das enzimas virais, e parte desse DNA é utilizado na transcrição do ácido nucleico para a formação do RNA mensageiro (transcrição precoce). Esse mRNA, vai para o citoplasma, onde acontece a sua tradução e síntese das proteínas do capsídeo e estruturais do vírus, utilizando as enzimas da célula do hospedeiro, (tradução tardia) necessárias para o ciclo viral. Então, essas proteínas migram para o núcleo e juntam-se ao DNA recém replicado para formar um novo virion, que deixará a célula para infectar outras novas. Vírus de RNA Acontece o mesmo processo inicial do vírus de DNA (penetração e desnudamento), porém, nesse caso, o material genético pode ficar ali mesmo no citoplasma e ocorrer a transcrição precoce e, logo após, tradução tardia. Porém, aqui temos que discutir sobre a existência de vírus RNA de fita simples positiva (+RNA), fita simples negativa (- RNA), fita dupla e, especial, o retrovírus. No vírus +RNA, por conter informações que podem ser imediatamente traduzidas, define-se o RNA mensageiro (mRNA) viral como RNA positivo (+RNA) e sua fita complementar como RNA negativo (-RNA). Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG Imagem: Biossíntese de +RNA (+ssRNA) Imagem: Biossíntese de -RNA (-ssRNA) Nesse tipo de -RNA de fita simples, quando ele entra na célula, ele precisa ser transformado em um +RNA. Então, há a transcrição do -RNA para RNA+, que é complementar/igual ao mRNA , pela RNA-polimerase viral. Agora, com essa fita de RNA+ (que é o nosso mRNA), fazemos a tradução dela por meio de proteínas do hospedeiro (RNA- polimerase) para formar as proteínas necessárias ao vírus. Por fim, a RNA polimerase do hospedeiro, replica as fitas + (que foi transcrita a partir da negativa inicial/que entrou) em fitas -, novamente, para fazer a montagem do virion (fita - , proteínas virais e envelope). Lembrando que o envelope do vírion só é formado a partir do processo de brotamento na saída do vírion pela membrana do citoplasma da célula hospedeira. Imagem: Biossíntese de RNA de fita dupla (dsRNA) Nesse tipo de RNA de fita dupla, a fita negativa de RNA funciona como molde para a síntese do mRNA. Dentro do cerne do vírus há a enzima RNA- replicase que fará a transcriação da fita negativa em fita positiva e, depois, em mRNA Viral, dentro do vírus ainda. Então, esses mRNA’s virais irão para o citoplasma do hospedeiro e ocorrerá a tradução para que seja montado os novos cernes virias com RNA-replicase e RNA genômica positivo. Depois, é feito a síntese da fita negativa e o cerne, agora, possui a fita dupla de RNA (dsRNA) - uma positiva e outra negativa. Como as células hospedeiras não possuem enzimas para transcrição de RNA a partir de RNA, os vírus deste grupo precisam introduzir na célula a enzima necessária para a transcrição (RNA polimerase-RNA dependente), que é uma proteína estrutural destes vírus. Imagem: Biossíntese de Retrovírus Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG 2 8 0 U N I D A D E 2 • G E N Ô M I C A , G E N É T I C A E V I R O L O G I A do em que o genoma viral está presente no vírion em várias par- tes separadas, uma condição denominada genoma segmentado. No caso do vírus da gripe A, uma linhagem comum, o genoma é segmentado em oito moléculas lineares de fita simples, variando de 890 a 2.341 nucleotídeos de tamanho. O nucleocapsídeo do vírus tem simetria helicoidal, com cerca de 6 a 9 nm de diâmetro e cerca de 60 nm de comprimento, e está embebido em um enve- lope que contém várias proteínasvirais específicas, assim como lipídeos derivados da membrana citoplasmática do hospedeiro. Devido à maneira como o vírus influenza brota quando deixa a célula, os vírions não apresentam uma morfologia definida, sen- do assim considerados polimórficos (Figura 9.19a). Diversas proteínas situadas na porção externa do envelo- pe do vírion de influenza interagem com a superf ície celular do hospedeiro. Uma delas é a hemaglutinina. A hemaglutini- na é altamente imunogênica e anticorpos contra ela impedem que o vírus possa infectar uma célula. Este é o mecanismo pelo qual a imunidade contra a gripe é obtida pela imunização ( Seção 29.8). Um segundo tipo de proteína na superf ície do vírus influenza é uma enzima denominada neuraminidase (Figura 9.19b). A neuraminidase cliva o componente de ácido siálico (um derivado do ácido neuramínico) na membrana cito- plasmática do hospedeiro. A neuraminidase atua principalmen- te no processo de montagem do vírus, destruindo o ácido siálico da membrana que poderia bloquear a montagem, ou ser incor- porado no vírion. Além da hemaglutinina e da neuraminidase, os vírions do vírus influenza possuem duas outras enzimas-cha- ve. Estas são uma RNA-replicase, que converte o genoma de fita negativa em uma fita positiva e uma RNA-endonuclease, que cliva o cap dos RNAm do hospedeiro ( Seção 4.9) e o utiliza nos RNAm virais, de forma que eles possam ser traduzidos pela maquinaria traducional do hospedeiro. Após a penetração do vírion de influenza na célula, o nu- cleocapsídeo separa-se do envelope e migra em direção ao nú- cleo. O desnudamento resulta na ativação da RNA-replicase 3959 5939 (a) (b) 3959 A A – + + A A A A A A A A A A A A A A 3959 3959 Cap Gene da replicase Replicase + + C D C /P H IL Síntese de cópias do genoma Síntese de RNAm monocistrônicos Tradução, originando as proteínas virais Montagem viral Infecção; liberação do genoma RNAfs Tradução do gene da replicase Síntese da fita negativa Figura 9.17 Coronavírus. (a) Micrografia eletrônica de um coronaví- rus; o vírion possui cerca de 150 nm de diâmetro. (b) Etapas da replicação de coronavírus. O RNAm que codifica as proteínas virais é transcrito a partir da fita negativa sintetizada pela RNA-replicase, empregando o genoma viral como molde. RNA de fita + RNA genômico de fita – – – – Progênie viral (a) (b) Envelope RNAms (+ senso) Proteínas RNA parental de fita – RNA--polime- rase RNA- -polime- rase Montagem Transcrição pela RNA- -polimerase viral Tradução (usando enzimas do hospedeiro) Er sk in e C al dw el l Vírions brotam através da membrana citoplas- mática do hospedeiro Proteínas virais do envelope adicionadas à medida que os vírions brotam através da membrana citoplas- mática do hospedeiro Figura 9.18 Vírus de RNA de fita negativa: rabdovírus. (a) Micrografia eletrônica de vírions do vírus da estomatite vesicular. Uma partícula apresenta cerca de 65 nm de diâmetro. (b) Fluxo de eventos durante a replicação de um vírus de RNA de fita negativa. Observe a importância crítica da RNA-replicase codificada pelo vírion. Os retrovírus, são vírus cujo mecanismo é o menos usual, pois o RNA viral, de polaridade positiva, é transcrito pela enzima viral estrutural, a transcriptase reversa, para DNA viral. É nesse momento que dizemos que o retrovírus pode ser RNA ou DNA. Inicialmente, forma-se um híbrido RNA/DNA. A atividade de RNase do complexo enzimático transcriptase reversa degrada o RNA, e o DNA é duplicado por este mesmo complexo enzimático. O DNA de fita dupla complementar ao genoma viral é incorporado ao genoma celular hospedeiro utilizando uma integrase viral e funciona, então, como molde para a transcrição do mRNA. O mRNA é sintetizado a partir de nucleotídeos de enzimas replicadoras codificadas pelo próprio ácido nucleico do vírion. Esse mRNA, produz as proteínas virais e proteínas estruturais, como a transcriptase reversa, também é incorporada ao genoma viral, porque ele terá que fazer o mesmo processo em nova célula que infectará. Então, há a montagem dos vírions com sua posterior liberação da célula hospedeira. ➝ Liberação Viral A maioria dos vírus não pode coexistir indefinidamente com as células onde se multiplica; a célula pode morrer ou simplesmente cessar de suprir todos os fatores para a continuação da multiplicação viral. Os vírus devem disseminar-se de uma célula para outra. Para tanto, a partícula infecciosa deve deixar a célula na qual houve a maturação e penetrar numa célula não-infectada. O capsídeo se aproxima da membrana plasmática da célula hospedeira e se associam à face interna dessa membrana que contém proteínas virais sintetizadas na fase tardia da síntese proteica. Então, o vírus realiza brotamento e, durante a saída, o nucleocapsídeo, é envelopado pela membrana com a proteína viral. Por isso, os lipídios presente no envolve de um vírus é totalmente proveniente da célula hospedeira. Além da liberação por brotamento, o vírus pode ser liberado da célula por meio da lise/ruptura da mesma. Isso acontece em situações mais extremas. Na fase de síntese proteica tardia, alguns vírus produzem uma lisozoma que digere a parede da célula hospedeira e facilita a sua lise. Ou, ainda, uma célula pode ser rompida pela grande quantidade de vírus produzidos e isso causa o seu esgotamento e incapacidade de suportar todas essas células. Imagem: Diferentes tipos de liberação viral Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG ➝ Consequências da Infecção Viral Existem algumas consequência que uma infecção viral pode causa no organismo hospedeiro. Quando o vírus entra na célula hospedeira há a formação do estado proviral e isso pode acarretar no aumento da velocidade da divisão da célula até que, em certo momento, ela se transforme em um célula tumoral com replicação descontrolada e sua consequente transformação. Outra consequência, é a infecção lítica. O vírus na célula e faz muitas replicações de si mesmo que causa o esgotamento de suprimento, consequente, morte da célula e liberação do vírus 3 por meio da lise celular. Além disso, o vírus pode causar uma infecção persistente em células do hospedeiro. Isso ocorre quando há a lenta liberação do vírus sem casuar a morte celular. Por último, pode o vírus possui a capacidade de causar uma infecção latente, em que ao infectar a célula os vírus ficam presente sem fazer a sua replicação. Essa infecção pode, em algum estágio, tornar-se uma infecção lítica. Basta começar a multiplicação viral em rápida velocidade. Importante lembrar que isso pode acontecer em uma grande quantidade de células, simultaneamente, levando a prejuízos graves ao hospedeiro. 3 Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG Referência Bibliografia - Microbiologia - 10ª e 12ª Edição. Gerard J. TORTORA, Berdell R. FUNKE, Christine L. CASE. Artmed. 2012 ou 2017 - Microbiologia de Brock - 14ª Ed. 2016. Gabriel Bagarolo Petronilho TXVIII- MEDICINA FAG ➝ Introdução ➝ Vírus de Eucariotos x de Procariotos ➝ Virion ➝ Estruturas Virais ➝ Origem do Envelope Viral O envelope viral consiste em uma bicamada lipídica com proteínas, em geral glicoproteínas, embebidas nesta. A membrana lipídica provêm da célula hospedeira, muito embora as proteínas sejam codificadas exclusivamente pelo vírus. Devido à presença de lipídeos no envelope, os vírus envelopados são sensíveis a solventes orgânicos, como o éter. Assim, em presença de éter, os lipídeos são dissolvidos e o vírus perde a infectividade. É importante salientar que as glicoproteínas do envelope, por estarem expostas na superfície viral, constituem os principais antígenos de vírus envelopados. ➝ Replicação Viral Desnudamento Os eventos que ocorrem logo após a penetração e precedem a expressão do genoma viral são denominados desnudamento, termo geral que descreve a remoção total ou parcial do cápside viral. Esses eventos podem estar diretamenterelacionados com a penetração através da membrana. ➝ Liberação Viral ➝ Consequências da Infecção Viral Referência Bibliografia
Compartilhar