Els Virus: Robots genètics en la frontera de la vida Carles Borrego Àrea de Microbiologia Dept. de Biologia Universitat de Girona

Continguts I: VIROLOGIA GENERAL II: CICLE VIRAL 1. Introducció 2. Estructura i composició dels virus 3. Tècniques de laboratori II: CICLE VIRAL 4. El cicle viral i dinàmica de processos III: PATOGÈNIA VIRAL I SISTEMÀTICA 5. Patogènesi Viral 6. Virus DNA d’animals 7. Virus RNA d’animals

I. Introducció Descobriment i concepte de virus Propietats distintives Conceptes Perspectives actuals Virus biològics vs. Virus informàtics Altres elements genètics relacionats

Descobriment i concepte de virus Elements misteriosos, patògens! VIRUS = VERÍ = MALALTIA Postulats de Köch (1880): “Teoria dels gèrmens” Present en tots els casos d’una malaltia i absent en individus sans Aïllament en cultiu pur Produir la mateixa malaltia en individus sans inoculats amb l’agent aïllat Re-aïllament de l’agent en els nous individus infectats artificialment

Descobriment i concepte de virus NO eren visibles al microscopi NO es retenien als filtres NO eren cultivables Aleshores... 1892 Ivanowsky (TMV) 1898 Loeffler & Frosh (Virus de la febre Aftosa) Beijerinck (Contagium Vivum Fluidum)

Descobriment i concepte de virus “Controvèrsia” actual: són vius? Quines premisses ha de complir un organisme per que se’l consideri viu?  Des del punt de vista funcional un organisme viu és una unitat independent formada per estructures funcionals integrades i interdepenents (Lwoff, 1975) Organismes pluricel·lulars? SI (amb reserves) Organismes unicel·lulars? SI Orgànuls cel·lulars? NO Gens? NO Virus? NO  Des del punt de vista funcional: HOMEOPOïESI.  nutrició  moviment  creixement  reproducció (divisió)  ser “conscient” dels canvis ambientals i actuar en conseqüència Compleixen els Virus?

Descobriment i concepte de virus  Des del punt de vista evolutiu un organisme viu s’ha de poder replicar, tenir individualitat i continuïtat històrica i independència evolutiva. Organismes pluricel·lulars? SI com a organisme Organismes unicel·lulars? SI Orgànuls cel·lulars? NO actualment Gens? Si individualitat, Si continuïtat històrica però no independència evolutiva Virus? Si individualitat, SI continuïtat històrica i SI independència evolutiva...PER TANT?  N’hi ha prou amb aquesta definició d’organisme que dóna prioritat a la reproducció i l’autoperpetuació?

Descobriment i concepte de virus  Algun sistema químic que es reprodueixi? Quines diferències presenta respecte els sistemes vius? AUTOMANTENIMENT de les seves estructures: metabolisme energètic, biosíntesi, transport, excreció, etc. RELACIÓ amb l’ambient (mobilitat, tàxies, senyals químics, etc.) AUTOPERPETUACIÓ: mitjançant un programa molt ben definit i controlat: el GENOMA! Objectiu: perpetuar-se (autoreplicació), tant del sistema com del propi programa i adaptar-se als canvis.

Descobriment i concepte de virus TRANSFERÈNCIA GÈNICA MUTACIÓ RECOMBINACIÓ SIMBIOSI FIXACIÓ MUTANTS SELECCIÓ EVOLUCIÓ

Descobriment i concepte de virus Aleshores...QUÈ ÉS UN VIRUS? Luria (1977): Els virus són entitats amb un genoma de DNA o RNA que es reprodueixen a l’interior de les cèl·lules i utilitzen la seva maquinària per sintetitzar partícules especialitzades, els virions, que contenen el genoma viral i que s’utilitzen per transferir aquest genoma a d’altres cèl·lules. Prescott (1999): Els virus són agents infecciosos amb una organització acel·lular simple, amb coberta proteica i un únic tipus d’ aa.nn. (DNA o RNA), que no tenen metabolisme independent i es reprodueixen solament dins les cèl·lules a les que infecten. Brock (2003): Els virus són elements genètics de DNA o RNA que es poden replicar independentment dels cromosomes d’una cèl·lula però no independentment d’aquesta. A més es caracteritzen per posseir un estat madur infecciós extracel·lular.

Propietats distintives Estat extracel·lular: el VIRIÓ. Per tant... VIRUS ≠ VIRIÓ Mida: Molt petits! Es troben en un rang d’entre 20 a 300 nm (10–9 m). De 10 a 100 vegades més petits que es bacteris estàndards)!

Propietats distintives Composició: Molt simple! Virus: Només l’aa.nn., DNA o RNA. Mai els dos! Virió: Genoma + coberta de proteïnes (simple) En alguns casos tenim una membrana de lípids i enzims. Estructura simple (Acariotes)

Propietats distintives Morfologia: Simple i poc diversa. Bàsicament tenim dues morfologies típiques: cúbiques (variacions de l'icosàedre regular) i filamentoses (helicoidals)

Propietats distintives

Propietats distintives Genoma: Constituït per DNA o RNA. Haploïdes (alguna excepció). Molt petit (poques Kb). Això limita el nº de proteïnes i per tant les funcions. Tots paràsits. mida (Kb) Virus 3–300 Bacteris 250–9000 Fongs/Llevats 9000–12000 Plantes >10.000 Humans 3.200.000 (3,2 Gb) Mycoplasma genitalium 450 Kb (paràsit estricte) Creixement: No creixen, es multipliquen. No hi ha divisió com en els bacteris ni creixement a partir d’una cèl·lula embrionària. Es multipliquen per autoacoblament de les diferents subunitats. Mort: No podem parlar de mort. El terme correcte és inactivació (purament bioquímic).

Propietats distintives

Propietats distintives Mort: No podem parlar de mort. El terme correcte és inactivació (purament bioquímic). Cultiu: No es poden cultivar al laboratori si no es cultiven també les cèl·lules hoste (bacteri, animal, vegetal o fong).

Propietats distintives Paràsits: Estrictes! Sempre necessiten d’un hoste per dur a terme les seves funcions. Patògens: No tots els virus però si la gran majoria causen malalties més o menys greus als hostes. Aquesta patogènia pot ser real o potencial. Antigenicitat: Evident. Donen lloc a resposta immunitària en l’hoste. Ara bé, quines d’aquestes propietats són realment distintives dels virus?

Propietats distintives  Estat extracel·lular Simplicitat estructural i composicional Mida Morfologia Genoma Creixement Mort Cultiu Parasitisme Patogènia Antigenicitat          

Conceptes Virus/Virió Hoste Rang d’hostes Bacteriòfag (fag) Cicle lític Cicle lisogènic Bacteri lisògen Virus temperat Provirus (o profag) Virus lític obligat Lisi Mida d’explosió Progènie Calba de lisi Replicació, transcripció, traducció Retrovirus Infecció Virulència Portador Reservori Vector

Conceptes Cicle viral (lític)

Conceptes Virus/Virió Hoste Rang d’hostes Bacteriòfag (fag) Cicle lític Cicle lisogènic Bacteri lisògen Virus temperat Provirus (o profag) Virus lític obligat Lisi Mida d’explosió Progènie Calba de lisi Replicació, transcripció, traducció Retrovirus Infecció Virulència Portador Reservori Vector

Perspectives actuals Bàsicament en dues direccions: Profilaxi: Disseny de noves vacunes virals efectives per evitar la infecció d’un determinat virus. Terapèutica: Disseny d’antivirals específics i eficaços contra el virus una vegada aquest ja ha infectat el seu hoste. Es necessita de recerca bàsica per conèixer l’estructura externa, tipus i funcions dels gens, mecanismes de replicació i regulació gènica, epidemiologia, dispersió, mecanismes d’infecció, etc.

Virus biològics vs. virus informàtics Són entitats similars? Quines similituds i diferències presenten en quant a... Requeriment d’Hoste Estructura Infecció Transmissió horitzontal: individus mateixa generació Transmissió vertical: individus diferent generació Rang d’Hostes/Especificitat Defensa Sistema Immunitari vs. Programes antivirus

Altres elements genètics relacionats Existeixen altres elements genètics infecciosos de caràcter subviral. Tenim: Partícules defectives Viroids Virus satèl·lits RNA satèl·lits Plasmidis Elements transposables Seqüències d’inserció Transposons Bacteriòfag Mu Prions (no genètics)