Date generale despre virusuri

Virusuri = particule infecţioase cu dimensiuni foarte mici (20-300 nm), lipsite de capacităţi proprii de metabolism, care nu cresc şi nu se divid, fiind replicate de o celulă gazdă (parazite obligator intracelular);

pot parazita celule animale, vegetale, fungi, protozoare, bacterii;

observarea şi/sau aprecierea dimensiunii particulei virale prin:• microscopie elecronică,

• ultrafiltrare,

• ultracentrifugare.

Virus gripal

Anatomia funcţională a virusurilor

Genomul viral

- reprezentat de o moleculă ARN (cele mai numeroase virusuri) sau ADN;

- deţine informaţia necesară replicării;

- ADN are cel mai frecvent o structură bicatenară (monocatenară la parvovirusuri), liniară (circulară la

papovavirusuri şi hepadnavirusuri);

- ARN are cel mai frecvent o structură monocatenară (bicatenară la reovirusuri), cu:

• polaritate pozitivă (funcţionează ca ARNm) sau

• polaritate negativă (are asociat o ARN-polimerază);

• constituit la unele virusuri din mai multe segmente (ortomixovirusuri, reovirusuri).

Capsida virală:

- constituită din molecule proteice repetitive (capsomere) codificate de genomul viral;

- capsomerele au o dispoziţie simetrică.

- Au fost descrise 3 tipuri de simetrie ale NC:• helicală, în jurul spiralei de acid nucleic (orto-şi para-

mixovirusuri, rabdovirusuri);

• icosaedrică (cubică), fiind diferenţiate în

* pentone (în fiecare vârf al icosaedrului),* hexone (pe feţele şi muchiile icosaedrului);

• complexă (poxvirusuri);

• Uni autori, mai descriu şi simetria bicatenară: bacteriofagi cu coadă (cap – icosaedrică, coada- helicală).

Simetrie icosaedrică

Simetrie helicală

Simetrie complexă

Simetrie binară

Funcţiile capsidei virale

protejează acidul nucleic viral,conferă forma caracteristică virusului,fixează virusul la receptorii specifici de pe suprafaţa

celulelor,conţine determinanţi antigenici faţă de care gazda

reacţionează prin răspuns imun.

Anvelopa (peplos)

- prezentă la virusuri cu simetrie helicală şi la unele virusuri cu simetrie icosaedrică;

- derivă din sistemul membranar al celulei gazdă (membrana citoplasmtică, membrana nucleară, reticul

endoplasmatic);

- include glicoproteine codificate de genomul viral (peplomere) cu rol de: • liganzi la receptori celulari (ex.hemaglutinine);

• receptori pentru Fc şi C3b (la herpesvirusuri);

• enzime (ex hialuronidaza).

Replicarea virusurilor

- proces desfăşurat numai în celula vie parazitată;

- genomul viral subordonează metabolismul energetic şi de biosinteză al celulei pentru sinteza proteinelor virale şi replicarea acidului nucleic viral;

- metabolismul celular:• poate fi subordonat total sau

• poate continua paralel cu sinteza componentelor virale

- replicarea parcurge mai multe etape: - adsorbţia, - replicarea genomului viral,

- penetrarea în celulă, - biosinteza proteinelor tardive,

- decapsidarea, - morfogeneza particulei virale,

- biosinteza proteinelor precoce, - eliberarea din celulă.

1. Adsorbţia structuri virale de suprafaţă (capsidale sau peplomere)

se ataşează la receptori de pe suprafaţa celulei.

2. Penetrarea pătrunderea virusului în celulă prin:

- translocarea directă a membranei celulare

(ex picornavirusuri, papovavirusuri);

- endocitoză (majoritatea virusurilor nude);

- fuzionarea peplosului cu membrana citoplasmatică (majoritatea virusurilor învelite).

3. Decapsidarea pierderea învelişului proteic viral; migrarea acidului nuclei viral:

- în nucleu, la virusurile ADN (excepţie poxvirusurile);

- în citoplasmă, la virusurile ARN (excepţie v.gripale).

4. Biosinteza proteinelor precoce transcripţia ARN mesager

- la v.ADN b.c. transcrierea unei catene cu participarea ARN-polimerazei celulare;

- la v.ADN m.c. se sintetizează o catenă ADN complementară care este transcrisă în ARNm;

- la v.ARN(+) genomul viral funcţionează ca ARNm;

- la v.ARN(-) genomul este transcris în ARNm de ARN-polimeraza virală;

- la v.ARN b.c., una din catene este transcrisă de către ARN-polimeraza virală;

ataşarea ARNm la ribozomii celulei gazdă (translaţia)- sinteza proteinelor precoce implicate în replicarea acidului

nucleic viral.

5. Replicarea acidului nucleic viralvirusuri ADN

- replicare identică cu a ADN bacterian;

- la virusurile mici (parvovirusuri, papovavirusuri) intervine ADN-polimeraza celulară;

- la virusurile mari (v. herpetice, adenovirusuri, poxvirusuri) participă ADN-polimeraza virală).

virusuri ARN- la virusuri m.c.(+) este sintetizată o catenă ARN (-) cu

ajutorul unei polimeraze virale (proteine precoce) pe care sunt transcrise mai multe catene ARN (+) genomice;

- la virusuri m.c.(-) polimeraza virală produce o catenă ARN (+) pe care sunt transcrise mai multe catene ARN (-);

- la virusuri ARN d.c. are loc sinteza de catene (+) care funcţionează ca tipar pentru noi catene (-), restaurând caracterul b.c. al genomului viral.

6. Sinteza proteinelor tardive sunt proteine structurale; la unele virusuri (picornavirusuri, parvovirusuri,

retrovirusuri) sunt sintetizate ca precursori macromoleculari, clivaţi apoi în proteine structurale de către proteaze virale.

7. Morfogeneza virusului progen asamblarea nucleocapsidelor virale; la virusuri cu simetrie icosaedrică este posibilă

morfogeneza de capside goale (exces de proteine structurale);

componente virale acumulate în exces pot genera incluzii intracelulare (intracitoplasmatice sau intranucleare).

VCM: incluzii “ochi de bufniţă”

Virusul rabic - corpusculii Babeş - Negri (IC acidofile)

8. Eliberarea virusului din celulă la virusurile nude are loc, cel mai frecvent, prin liza

celulei; la virusurile învelite prin înmugurire în zone ale

membranei celulare (citoplasmatice, nucleare, reticul endoplasmatic) unde au fost implantate glicoproteine virale, cu eliberare prin exocitoză sau prin liză.

Replicarea particulară a unor virusuri Retrovirusuri

- genomul viral de tip ARN (+) este transcris într-o catenă ADN cu participarea unei reverstranscriptaze;

- o polimerază celulară determină sinteza unui pregenom ADN d.c. care se integrează în genomul celulei gazdă;

- sub efectul unor stimuli, o ARN-polimerază celulară transcrie una din catene în ARN m.c. (+) care funcţionează atât ca ARNm cât şi ca genom viral.

Virusul hepatitei B- genomul viral este reprezentat de ADN parţial d.c.;

- o ADN-polimerază virală completează dublul helix;

- replicarea genomului viral are loc cu sinteza unui pregenom ARN care serveşte ca tipar pentru sinteza ADN parţial d.c. cu participarea unei reverstranscriptaze.

Replicarea HIV

Virusuri defective necesită prezenţa unui virus ajutător pentru

realizarea ciclului replicativ intracelular:

- parvovirusuri din genul Dependovirus realizează coinfecţii cu adenovirusuri;

- virusul hepatitei Delta (virus defectiv) realizează coinfecţii sau suprainfecţii cu virusul hepatitei B (virus helper), care îi oferă AgHBs.

Genetica virală variabilitatea genetică poate fi consecinţa unor mutaţii

sau recombinări genetice. Mutaţie:

- poate să apară prin substituirea unei baze azotate într-un codon sau prin deleţie;

- mutanţi cu modificări fenotipice:• mutanţi condiţionat letali

* mutanţi reci (sunt replicaţi optim la 250C);* mutanţi calzi (tolerează temperaturi peste 370C);* mutanţi cu schimbarea spectrului de gazdă (mai puţin virulenţi

pentru gazda naturală);

• mutanţi antigenici;• mutanţi rezistenţi la agenţi terapeuti antivirali.

Genetica virală recombinare

- schimb de material genetic între două genoame (o celulă coinfectată de două tulpini) care prezintă omologie structurală:• recombinare clasică (în special la v.ADN);

• reasortare genomică (la v.ARN cu genom segmentat).

Interacţiuni non-genetice între virusuri

Interferenţa virală = inhibarea replicării unui virus printr-un alt virus.

Interferenţă omologă = este mediată de particule virale defective care interferă cu replicarea virusului omolog complet.

Interferenţă heterologă = infecţia cu un virus previne suprainfecţia cu alte virusuri prin:

- competiţie pentru receptori;

- inhibarea penetrării;

- inhibarea mecansmelor de sinteză intracelulară.

Relaţia virus – celula gazdă Celule permisive = realizează integral toate etapele

ciclului replicativ. Celule semipermisive = replică cantităţi mici de virus. Celule nepermisive = replică virusul până la un anumit

stadiu. Infecţia celulelor permisive şi semipermisive este

productivă, diferenţiată în:- citocidă, - persistentă,

- transformantă;

Infecţia celulelor nepermisive este non-productivă şi poate fi de tip

- letală, - latentă, transformantă.

- abortivă, - lentă,

• Infecţii citocide: virusul introduce in celula gazda informatia genetica completa.

• Realizeaza infectii acute, manifeste clinic sau subclinic (e.g. gripa, rujeola, enteroviro-zele, etc).

• Infectii productive neletale transformante:

• Oncornavirusurile sunt retrovirusuri care înmuguresc prin MC, fără efect citocid; integrarea ADN viral în genom, are efect transformant.

• VHB determina hepatite cronice si, uneori (aprox. 4% din nr celor infectaţi), dupa 20-40 de ani, carcinom hepatocelular.

• Infectii productive persistente:- adenovirusurile infecteaza celule fibroblastice

ale ţesutului adenoidian (celule semipermisive); sunt replicate persistent fără alte efecte (“celule purtătoare ce virus”).

- Sindromul rubeolic congenital: copiii elimina virus fără efect citopatic (steady state infection), eliminind virus, luni de zile, prin secreţii, orofaringe, urină, fecale, etc.

Infectii neproductive

• Infectii letale

• Infectii abortive

• Infectii integrate latente

• Infectii cu genom integrat:

(a) infectii lente

(b) infectii transformante

• Infectii inaparente

Infectii neproductive

• Infectii letale: unele virusuri (e.g. V. vaccinei) determina raspuns celular apoptotic în absenţa oricareii replicari cu producere de virus progen.

• Infectii abortive: virusul are acces în celulă, dar aceasta moare înainte de a elibera virioni maturi.

• Sunt celule nepermisive sau marginal permisive.

• Infecţii abortive pot surveni şi când un virus infectează celule permisive pretratate cu IFN.

Infectii neproductive

• Infectii integrate latente: spre deosebire de infecţiile persistente unde producţia de virus poate fi importantă, infecţia latentă se însoţeşte de eliminarea sporadică de virus matur.

• Desi replicarea virală începe, aceasta este stopată în stadiile tardive.

Infectii neproductive• Infecţiile latente sunt caracteristice doar pentru

unele virusuri DNA, mai exact cu cele herpetice. • Genomul lor (DNA d.c.) este integrat în cel al

celulelor gazda (e.g. neuronii din ggl nervilor spinali sau trigemen – VHS sau VVZ), in limf T (VCM), limf B sau celule faringiene (V Epstein-Barr).

• Printr-un mecanism încă neexplicat pe deplin, infecţiile persistente se pot reactiva, determinând infecţii ciclice, neprogresive.

Infectii neproductive

• Infecţii cu genom integrat: virusuri ADN sau cópii ale unor virusuri ARN (retrovirusuri) se pot integra ca provirus în genomul celulei gazda unde poate persista timp îndelungat, fără exprimarea genelor virale (genom viral represat).

• In funcţie de virus, în timp, se pot produce urmă-toarele evenimente:

(a) manifestarea infecţiei după o perioadă îndelun-gată ca în cazul infecţiilor lente, cum este infecţia cu HIV;

Infectii neproductive• (b) Infectii transformante: genomul viral integrat in

nucleul celulei gazdă interferează cu reglarea normala a diviziunii celulare, celulele pierd inhibiţia de contact şi determină apariţia de tumori, cel mai frecvent maligne;

• se considera ca este posibil ca virusul sa introducă şi să exprime o aşa numită genă transformantă sau virusul oncogen poate modifica exprimarea unor gene preexistente in celule.

• Ex., virusuri oncogene umane sau animale cum sunt papillomavirusurile, virusul Epstein Barr (VEB), virusul hepatitei B şi C, HTLV I şi II.

Infectii neproductive• Infectii inaparente: prezenţa virusului este dificil de

evidenţiat. • Ca exemple sunt virusurile BK şi JC. • Virusul BK infectează indivizii încă din adolescenţă şi induc o

infecţie inaparentă, în focare, a rinichilor, şi se presupune că determină o infecţie inaparentă, dar persistentă a creierului, asociată cu leziuni de leucoencefalopatie progresivă multifocală.

• Virusul se replică la niveluri atât de reduse încât nu poate fi decelat prin teste de laborator clasice.

• Virusul JC este un papovavirus asemănător cu v BK

Taxonomia virală

• Ordin - include în denumire sufixul -virales;

• Familie – include în denumire sufixul -viridae;

• Subfamilie – include în denumire sufixul -virinae;

• Gen – include în denumire sufixul -virus.

• Specie

• Criterii de clasificare:• caracteristicile genomului ARN sau ADN, şi proprietăţile

lui: greutate moleculară, m.c. sau d.c., linear sau circular, segmentat sau piesă unică, polaritatea, compoziţia procentuală în C +G, secvenţierea bazelor;

• criterii morfologice (dimensiunea virionului, formă, prezenţa sau absenţa anvelopei, simetria NC);

• particularităţile de replicare (strategia replicării, transcriere, traducere, modificări post-traducere, asamblarea şi eliberarea virionilor progeni);

• proprietăţi fizico-chimice (masă moleculară, stabilitatea termică, densitatea, rezistenţa la pH, radiaţii, detergenţi, etc);

• prezenţa unor macromolecule/proteine virale (număr, compoziţia proteinelor şi secvenţa aa., funcţiile lor);

• proprietăţi antigenice;• proprietăţi biologice (spectrul de gazde, tropismul

pentru anumite celule, maniera de transmitere, vectori, serologie).

Bacteriofagi

- virusuri care parazitează bacteriile;

- au o structură analoagă virusurilor animale;

- fagii T, cei mai cunoscuţi, sunt constituiţi din

• cap – nucleocapsida cu simetrie icosaedrică având în centru ADN d.c.

• coada – cu simetrie helicală, include un canal axial rigid şi un manşon contractil;

• placă bazală hexagonală , la fiecare vârf cu câte un croşet şi o fibră;

- ciclul de replicare în celula bacteriană este asemănător cu cel descris la virusurile de interes medical.

Relaţia fag – celula bacteriană Fag virulent = determină infecţie de tip litic (fag

vegetativ). Fag temperat = se integrează în genomul bacterian şi

se replică sincron cu acesta (profag). Bacterie lizogenă = celulă în care profagul poate

evolua în fag vegetativ sub efectul unor factori din mediu (inducţie fagică).

Aplicaţii medicale ale bacteriofagilor lizotiparea (subdivizarea unei specii bacteriene în

lizotipuri); identificarea unei specii; depistarea unor bacterii patogene în ape de suprafaţă.

Simetrie binara

Bacteriofagi - ME

Mecanisme de eludare a răspunsului imun

• Integrarea în genom, exclusiv la virusurile ADN şi la cele ARN, care posedă RT.

• După integrare, genomul viral se poate transmite orizontal şi infecta alte celule, dar şi vertical.

• În ultima situaţie induce infecţii persistente cu minima implicare a răspunsului imun.

Mecanisme de eludare a răspunsului imun

• Propagarea directă de la o celulă la alta, cu formare de sinciţii şi celule gigante multinucleate (herpes virusuri, HIV, paramixovirusuri).

Mecanisme de eludare a răspunsului imun

• Infectarea celulelor lipsite de CMH I (ex. neuronii), care face ca sistemul imun să nu poată recunoaşte peptidele virale din complexele pe care le realizează cu membranele celulelor gazdă.

Mecanisme de eludare a răspunsului imun

• Modularea antigenică, cum ar fi pierderea Ag implicate în recunoaşterea celulelor infectate, mecanism care pare implicat în PESS (panen-cefalită sclerozantă subacută).

• Acesti pacienţi prezintă Ac în titruri mari faţă de Ag diferite ale virusului rujeolei, dar acestea nu pot fi recunoscute la nivelul celulelor nervoase.

• Celulele infectate ale creierului nu exprimă Ag virale la nivelul membranei, deşi în citoplasmă există mari cantităţi de polipeptide şi glico-peptide virale.

Mecanisme de eludare a răspunsului imun

• Inhibarea efectorilor sistemului imun: a) multe poxvirusuri produc asa numiţi

viroreceptori sau molecule solubile, omologi ai receptorilor pentru IFN si TNF, care ar bloca efectul antiviral al citokinelor;

b) VHB induce sinteza unor mari cantităţi de AgHBs de către celulele infectate.

- Acest Ag circulant blochează Ac antivirali înain-te ca ei să ajungă la celulele infectate viral, acţionând ca un „scut reflector” care deviază Ac si protejează celulele infectate.

Viroizi, virusoizi, prioni

• Viroizi: fragemnete ADN (de 200-400nt) circulare, fără capsidă sau înveliş

• - afectează plantele• Virusoizi: mai mari (aprox. 1000nt), sunt

defectivi: necesită prezenţa unui virus ajutător (helper)

• Dependovirusuri (depind de adenovirusuri)• Virusul hepatitei Delta, necesită AgHBs

PRIONI- 80 ani controverse privind etiologia bolii scrapie (oi)- 1988 Stanley B. Prusiner descoperă prionii (în creierul de hamster îmbogăţit

pentru infecţiozitatea bolii scrapie descoperă particule în formă de bastonaşe infecţioase).

- 1992 – descoperită gena care codifică prionii (iniţial a fost identificată doar proteina acestora).

Ipoteze:- 1910 –implicarera probabilă a unui protozoar- “virus filtrabil” – 1946 – 1500 oi vaccinate cu un extract formolat de ţesut

limfoid ovin- bolii ereditare – receptivitatea la transmiterea bolii de 100% la capre, la oi foarte

variabilă (0-80%), în funcţie de rasă.

- Prioni – dimensiuni - 50nm

- ultrastructură neregulată, similară amiloizilor, total diferită de structura virusurilor;

- proteazele le distrug infectivitatea;

- rezistenţă extremă faţă de radiaţii UV (254) nm, care inactivează acizii nucleici.

Rezistenţa explică transmiterea la vite – epidemia de BSE (bovine spongiform encephalopathy) encefalopatie spongiformă bovină.

Calea de transmitere – făina de oase, cu resturi, de la oile bolnave de scrapie.

La om – consum de carne, chiar prelucrată termic.Patogenia - Apariţia PrPsc (proteina Scrapie) în organism (rezistentă la acţiunea

proteazelor): – origine endogenă - mutaţii în codonii genei care codifică proteina

celulară, (PrPc ) de pe suprafaţa neuronilor (sensibilă la protează) - origine exogenă: PrPc se fixează pe o gamă mai largă de celule dar,

leziunile apar acolo unde realizează concentraţii maxime: - în creier (constant): - boala scrapie - în plus, prezenţa în măduva spinării şi la nivel ocularLeziunile - plăci de amiloid; - degenerescenţă spongiformă; - glioză; - pierderea neuronilor; - în paralel cu absenţa inflamaţiei şi a răspunsunsului imun.

Diagnostic de laborator

- Intravitam – imposibil

- Postmortem – examen histopatologic al creierului

Prionii diferă de toate microorganismele

Bolile determinate sunt pseudoinfecţii

Utilizăm termenii caracteristici bolilor infecţioase, deoarece

informaţiile provin din protocoale experimentale utilizate în

virusologie.

Boli determinate de prioniBoala Kuru – populaţia Fore, din Noua Guinee

- cea mai frecventă cauză de deces la femei (între 1957-1966)

- a dispărut după renunţarea la ritualul canibalic de a

mânca creierul rudelor moarte

Boala Creutzfeld- Jacob

- Forma infecţioasă – iatrogenă – transplant de ţesuturi de la donatori infectaţi (ex.cornee, duramater, timpan);

- intervenţii chirurgicale cu instrumentar contaminat;

- terapie cu hormoni hipofizari;

- obiceiuri alimentare (evreii din Liban, Israel - creier şi ochi de oaie – incidenţă crescută a bolii).

- Forma ereditară –

- mutaţie a codonului 178 (aspartat-asparagină);

- Evreii din Libia, Tunisia –mutaţie a codonului 200 (lizină, în loc de glutamat).

Sindromul Gerstmann – Straussler- Scheincker

- Toate cazurile sunt ereditare, cu variaţii ale simptomatologiei în funcţie de codonii afectaţi prin mutaţiei;

- ataxie – mutaţii de la prolină, la leucină, codonii:102 şi 105

- demenţă – mutaţii de la alanină, la valină, codon 117

Boala Alzheimer

- cunoscută ca ereditară;

- codon 198 - substituţia fenilalaninei, prin serină;

- codon 217 – substituţia glutaminei, prin arginină.

Insomnia fatală familială

- Descrisă la 3 familii italiene (mutaţii în codonul 168).

S.B. Prusiner – ambele ipoteze – infecţioasă/boală geneticăTeste biologice pentru infectivitatea prionilor Boala scrapie reprodusă experimental la diferite animale – prin injecţie

de extracte cerebrale de la oi bolnave după o perioadă de incubaţie lungă – şoareci (după 1 an); hamsterii aurii sirieni cu 50% mai receptivi.

Contribuţia geneticii moleculare

- Descoperirea genei PrPc şi a mutaţiilor punctiforme din diferiţi codoni

Rezistă la agenţi inactivatori ai infecţiozităţii- 1340C ,18-30 min, unele tulpini scrapie rezistă 90 min!- Deşeuri solide – autoclavate 2 ore!