Virus Bibliografía: Brock. Biología de los Microorganismos (10ma. Edición) Cap. 9 Donoghue M. 2004. Assembling the Tree of Life. Cap. 8.

Estructura de la clase Clasificación y taxonomía de los virus. Clasificación de Baltimore: forma de replicación y transcripción Ciclo de vida de virus Virus animales Origen y evolución de los virus: 3 hipótesis Priones Viroides Ejercicio 6

Virus Definición: (del latín veneno) Elemento genético que contiene RNA o DNA y se replica dentro de las células hospedadoras (pero independientemente de los cromosomas de la célula) y también posee un estado extracelular. No está formado por células. Agente patógeno que mide entre 30-300 nm (0.03-0.3 um). Son parásitos intracelulares: necesitan una célula hospedadora para replicarse, ya que se aprovechan de la maquinaria metabólica. Infectan a todo tipo de organismos celulares. Los virus son los organismos más numerosos de la Tierra

Estado extracelular del virus La partícula vírica en el estado extracelular se llama virión. Es la estructura mediante la cual el genoma del virus se transporta de una a otra célula. El virión (partícula del virus completa) está compuesta de: Una cápside de proteínas. Material genético (DNA o RNA). Es metabólicamente inerte, sin funciones catabólicas y biosintéticas. Algunos viriones contienen enzimas que colaboran en el proceso infeccioso. - Ejemplo 1: algunos fagos contienen lisozima que perfora la pared celular de la bacteria y permite la entrada. - Ejemplo 2: retrovirus contienen la enzima transcriptasa reversa.

Estado intracelular del virus Infección: introducción de un genoma vírico en una célula hospedadora y su reproducción en la misma. Replicación del virus: producción de nuevas copias del genoma vírico y síntesis de los componentes de la cubierta o cápside. Los genomas de los virus son pequeños (5.000-500.000 bp) y codifican funciones que no pueden utilizar en sus hospedadores. Genoma circular o linear (pueden tener menos de 5 genes!) El material genético puede ser DNA o RNA, de cadena sencilla o doble. Algunos virus tienen DNA y RNA como material genético en distintos estadios de su ciclo reproductivo.

Preguntas Considera que los virus son seres vivos? Por qué? Cómo diferenciaría un virus de un plásmido? Cómo se diferencia un virus de una célula?

Estructura de los viriones Estructuras diversas en forma, tamaño y composición química. Cubierta proteica formada por proteínas individuales: subunidades estructurales, que siguen un modelo preciso y repetitivo. Puede estar compuesta por uno o varios tipos de proteínas. Distintas proteínas se asocian en estructuras específicas: capsómero, que se autoensamblan. Tiene estructura simétrica: cilíndrica o esférica. Dentro del virión existen enzimas específicas. Material genético Nucleocápside capsómero

Estructuras de los virus Cabeza icosaédrica Cola helicoidal TMV bacteriófago (o fagos) IBDV Cilíndrica o helicoidal Icosaédrica Compleja

Virus del mosaico del tabaco Virus cilíndrico, simetria helicoidal.

Virus envueltos Algunos virus poseen una membrana rodeando la nucleocápsida. La mayoría son virus animales; e. g Influenza virus. Consiste en una bicapa lipídica con glicoproteínas embebidas, derivada de la membrana de la célula hospedadora. Función: Da especificidad y colabora en la penetración. Virus envueltos Virus desnudos

Replicación de los virus - generalizada Ver video del Brock

Cultivo de virus Sólo se replican en células. Se requiere la célula hospedadora para su cultivo. Los virus más fáciles de crecer en el laboratorio son los fagos. Se los cultiva en medios líquidos o semisólidos. Para algunos virus de plantas o animales, se usan cultivos celulares para su investigación. Cuantificación de fagos: - Diluciones seriales de virus en un cultivo de células. Tinción: Células muertas se ven blancas. Cada “placa” blanca es el rdo de la infección por 1 virus.

Tipos de virus según el hospedador Virus de bacterias = bacteriofagos = fagos Virus de plantas Virus de animales Virus de algas Virus de arqueas Virus de protistas

Virus de Bacterias o Bacteriofagos (fagos) La mayoría con dsDNA (también hay fagos con ssRNA, dsRNA) Con estructuras complejas (cabeza y cola), pocos con envoltura. Virus virulentos o atemperados. Hay fagos específicos de Bacteria y de Archaea.

Replicación vírica: ciclo lítico Etapas de proceso de replicación de un bacteriófago: Especificidad: interacción con receptores 1 Fijación/adsorción 5 Liberación de viriones Lisozima codificada por virus 2 Penetración Rendimiento vírico - Lisozima eclipse 4 Ensamblaje y empaqueta-miento 3 Síntesis de ác. Nucleicos y prot. Maduración Prot. Tempranas Prot Tardias Duración: 20-60’ fagos vs. 1-2 d virus animales

Movie 1: replicacion de un virus mediante ciclo litico Movies in chapter 16, 17 y 18 de MacGraw hill

Ciclo lítico vs. ciclo lisogénico Ciclo de vida virulento: ciclo replicativo resulta en la destrucción celular o lisis Ciclo de vida temperado: ciclo replicativo conjunto con el del hospedador, sin destruirlo. Fago atemperado Fago virulento Inducción por luz uV o qcos

Movie 2 - Fago Lambda: ciclo lisogenico

Resistencia No todas las células son susceptibles al ataque del virus. Formas de resistencia en bacterias: no existe un receptor de membrana indicado. destrucción del dsDNA viral por enzimas de restricción (protección de su propio DNA mediante modificaciones: metilación). Algunos virus desarrollan nuevas estrategias: Inhibición de sistemas de restricción del hospedador. Modificación de su DNA (metilación, glucosilación).

Fago T4 Cabeza icosaédrica + cola de 110nm dsDNA lineal, 168.000 bp, 250 proteínas Citosinas modificadas por glucosilación Infección: - síntesis de enzima para que la RNA polimerasa del hospedador reconozca los promotores - síntesis de enzimas virales para glucosilar las citosinas - ciclo lítico en 25’, 100 partículas víricas.

Fago Lambda Infecta a E. coli dsDNA lineal, 48.000bp. Virus virulentos o atemperados. Ciclo lisogénico: se expresan genes para la integración del DNA del fago. En estado de lisogenia: no expresan sus genes, excepto un represor viral. Si se inactiva el represor, el profago es inducido y se desencadena el ciclo lítico. Causas: condiciones ambientales, luz uV, rayos X, compuestos químicos. Se usa en ingeniería genética para transportar DNA recombinante. TEM (Microscopía electrónica de transmisión) SEM (Microscopía electrónica de barrido)

Preguntas Por qué la curva de crecimiento de una población viral es escalonada (distinto a la curva bacteriana)? En qué se diferencia el genoma viral de aquel de las células? Y en qué es similar?

Clasificación de los virus Taxonomía formal: clasifica a los virus en órdenes, familias, géneros y especies. El nivel taxonómico más útil es el de familia. Miembros de una familia poseen una determinada morfología, genoma y estrategias de replicación. Las familias de virus terminan en -viridae. Ej. Poxviridae. Se han clasificado basándose en características diversas: en función de los hospedadores que pueden infectar: animales, plantas, bacterias. presencia de transcriptasa reversa en función del tipo de ácido nucleico de los viriones: Sistema de clasificación de Baltimore.

Taxonomía En el año 2000, se estimaron: 6 grupos de virus 62 familias 233 géneros 3600 especies 30.000 cepas y subtipos. Se examinaron animales y plantas principalmente. Pocos estudios de virus de archaea, hongos, protistas, algas, etc. Muchos de las familias parecen ser monofiléticas. Pero los virus son polifiléticos. Problemas: difícil encontrar caracteres homólogos; pocos genes en virus. rápida tasa de evolución en virus. gran extinción de virus. transferencia horizontal de genes con los hospedadores.

Clasificación de Baltimore Basada en la relación entre su genoma viral y su mRNA Ejemplos: I: herpes II: parvovirus III: IBDV (pollos) IV: SARS, TMV, hepatitis C V: sarampión, gripe, dengue VI: Retrovirus VII: Hepatitis B

Transcriptasa reversa (viral) para Replicación, mediante RNA Retrovirus Transcriptasa reversa (viral) Proteasa, Integrasa - dentro del virus RNA polimerasa (hospedador) RNA polimerasa (hospedador) DNA polimerasa (hospedador) RNA polimerasa (hospedador) RNA polimerasa (hospedador) RNA polimerasa dependiente de RNA (viral) - dentro del virus RNA polimerasa dependiente de RNA (viral) - dentro del virus RNA polimerasa dependiente de RNA (virus) RNA polimerasa dependiente de RNA (virus) (Actúa como mRNA) RNA polimerasas del hospedador sólo usan dsDNA para formar mRNA (ni ssDNA ni RNA)

Virus del Group I dsDNA: Adenoviridae Movie: http://www.mcb.uct.ac.za/tutorial/calgary_files/ Virus del Group II ssDNA: Parvoviridae Movie: http://www.mcb.uct.ac.za/tutorial/calgary_files/ Virus del Group III dsRNA: Reoviridae Movie: http://www.mcb.uct.ac.za/tutorial/calgary_files/ Virus del Group IV: ssRNA (+) Video Mc Graw: Replication of a Positive (+) Sense Strand of Lytic Ciclo de infección y replicación de un Fago ssRNA (+): video Virus del Group V: ssRNA (-): Rhabdoviridae Movie: http://www.mcb.uct.ac.za/tutorial/calgary_files/ Virus del Group VI: ssRNA (+): Retrovirus

Retrovirus Genoma ssRNA pero se replican mediante DNA intermediario. usan enzima transcriptasa reversa. Semejantes a elementos transponibles escapados de células. Son virus envueltos. Movie: retrovirus replication McGrawHill

Replicación de Retrovirus Ejemplo: HIV gemación Entrada encapsidación Decapsidación transcripción RT integración Movie: HIV replication

Virus animales Los virus de eucariotas, en gral, se encuentran con una célula muy distinta Características generales de virus animales: - El virión entero entra (por endocitosis o por fusión con la membrana) o solo se inyecta el material genetico - Los ácidos nucleicos se dirigen al núcleo para replicación y transcripción. - Liberación de virus por lisis o exocitosis - Hay de todas las clases de virus: DNA, RNA. - Virus de RNA + con modificaciones como cola poli-A. Video Brock

Varias formas de virus animales Polio virus Herpes virus Influenza virus Infecciones persistentes: viriones son liberados sin lisar la célula. Infecciones latentes: la aparición de síntomas (por lisis celular) ocurre un tiempo despues de la infección.

Preguntas Si encontramos a un virus que lleva dentro de su cápside la enzima RNA polimersa dependiente de RNA, que tipo de genoma es probable que posea? Un virus que contiene como genoma mRNA (+), cómo predeciría que va a replicarse? Qué clases de virus poseen transcriptasa reversa?

Origen de los virus Hipótesis Primordial Se originaron en forma independiente, múltiples veces. Grupo polifilético. Tres hipótesis de mecanismos del origen de los virus: Hipótesis Primordial Hipótesis de la fuga de transcriptos Hipótesis Regresiva

1. Hipótesis Primordial: algunos RNA virus existen desde los principios de la vida en la Tierra hace 3800 millones de años. Pequeñas moléculas de RNA surgieron independientemente. Evidencia: hay virus en todas las formas de vida.

2. Hipótesis de la fuga de transcriptos: los virus se originan de mRNA (u otras moléculas de RNA o DNA) de las células hospedadoras que adquirieron la capacidad de replicarse y ser empaquetadas en una cubierta proteica, permitiendo el escape de la célula. Esta hipótesis es sugestiva pero no hay ejemplos claros.

3. Hipótesis Regresiva: los virus han descendido de bacterias libres (no parásitas) que perdieron sus funciones, DNA y las estructuras asociadas. Esta hipótesis no explica los virus con características no bacterianas. Bacteria Virus Es probable que las tres hipótesis expliquen el origen de algún virus.

Origen de algunos virus y análisis filogenéticos Virus de RNA: origen primordial? grupo monofilético? analisis con RNA polimerasa Virus de DNA: grupo heterogéneo dsDNA o ssDNA múltiples orígenes hipótesis del escape de transcriptos?

Origen de algunos virus y análisis filogenéticos RT virus: único origen? escape de elementos genómicos con RT de una célula? analisis con transcriptasa reversa de virus + telomerasas + transposones: único origen.

Viroides Descubiertos en 1960, en papas infectadas. Pequeñas moléculas de ssRNA circular. Genoma: 246-375 nt. No codifica para proteínas. Secuencias muy similares: ancestro común. Estado extracelular: RNA desnudo, estable. Penetra la planta por heridas o mediante insectos. Se replica en el núcleo o cloroplasto de la célula utilizando su maquinaria, ya que forma estructura ~dsDNA. La célula forma estructuras multiméricas y el mismo RNA actuando como ribozima, corta el RNA liberando múltiples viroides. Responsables de enfermedades en plantas únicamente. Pueden interferir en la regulación por RNA pequeños de la planta. Viroides afectando a papas (alargadas) TEM de un viroide de papa.

Priones (proteinaceous-infective particle) Constituido únicamente por proteína, sin ácidos nucleicos. Forma extracelular: proteínas. Responsable de la enfermedad de la vaca loca. Enfermedad de Kuru o de la risa: transmitida en una tribu de Nueva Guinea. Consumian los cerebros de personas fallecidas. Se propaga transmitiendo una alteración en el plegamiento de la proteína. El contacto prion-proteína, induce alteración del plegamiento y cambio en la función. Las proteínas alteradas son altamente estables. No se desnaturalizan - dificil eliminarlas. Priones son resistentes a radiación, temperatura y proteasas. Se pueden destruir con lavandina (hidrolisis)

Priones Quién las codifica? Proteínas similares están codificadas en el cromosoma del hospedador pero con distinto plegamiento. Se conocen enfermedades por priones en animales únicamente. Las enfermedades por priones se las llaman encefalopatías espongiformes transmisibles. Las enfermedades por priones ocurren de 3 formas: enfermedad infecciosa por priones: por infección, ya que los priones se transmiten entre animales, ej. Ingestión enfermedad por priones esporádicos: plegamiento anormal al azar en moleculas de un individuo sano y normal. enfermedad hereditaria por priones: una mutación en un gen de una proteína induce a la proteína a plegamietos anormales de forma frecuente. Microbiologyplace: movies

Preguntas: 1- Cree que los priones son organismos vivos? Por qué no? Por qué si? 2- Y los viroides? 3- Si los virus son polifiléticos, por qué todos poseen una cápside para sobrevivir extracelularmente?

Varicela = chicken pox Measles = sarampion Mumps = paperas Rubiola = rubella

Cronograma Segundo Parcial 16 de noviembre