OBIECTUL ȘI ISTORICUL VIRUSOLOGIEI

DEFINIȚIA MICROBIOLOGIEIMicrobiologia (gr. micros = mic + bios = viaţă + logos = ştiinţă,doctrină) este ştiinţa care se ocupă cu studiul vieţuitoarelorinvizibile cu ochiul liber, denumite în sens larg microbi.

Termenul de microb a fost creat de SÉDILLOT în 1878 şi reprezintătoate microorganismele cu structură celulară sau subcelularăcare, deşi morfologic pot fi diferite, au un caracter comun deîncadrare, dimensiunea microscopică.

În conformitate cu acest criteriu unic,microbiologia se ocupă cu studiul :◦ virusurilor (virusologia)◦ bacteriilor (bacteriologia)◦ ciupercilor microscopice (micologia)◦ protozoarelor (protozoologia)

Microorganismele au poziţii diferite în arborelefilogenetic şi în sistematica biologică:

virusurile - la limita dintre materia organică şi

sistemele vii;

bacteriile - regnul PRIMIGENUM (HOG 1860)

PROTISTA (HAECKEL 1866)

PROCARYOTA (MURAY 1968)

ciupercile (micetele) – regnul FUNGI

(WHITTAKER 1969)

ISTORICEvoluţia cunoştinţelor despre microorganisme poate fi împărţită în treietape mai importante:

etapa intuitivă, de admitere ipotetică a existenţei microorganismelor;

etapa descoperirii microorganismelor, a studiului lor morfologic şi aprimelor încercări de diferenţiere şi clasificare a acestora;

etapa constituirii microbiologiei ca ştiinţă şi a dezvoltării ei pe bazemoderne .

1. ETAPA INTUITIVĂ, DE ADMITERE IPOTETICĂ A EXISTENŢEI MICROORGANISMELOR

a) Teoria miasmatică :

HIPPOCRAT din COS (460-380 î.e.n.) afirmă că, bolilemolipsitoare sunt produse de miasme vehiculate prin aer;

THUKIDIDE (465-388 î.e.n.) atribuie apariţia epidemiilor unorfactori de contagiune – contagium animatum.

MARCUS TERENTIUS VARO (116-27 î.e.n.) corelează apariţia unorîmbolnăviri cu particularităţi zonale ale locului respectiv, ca deexemplu existenţa mlaştinilor.

1. ETAPA INTUITIVĂ, DE ADMITERE IPOTETICĂ A EXISTENŢEI MICROORGANISMELOR

b) Teoria contagiunii

a medicului italian GIOROLAMOFRACASTORO (1478?-1553), în lucrarea sa“De contagionibus, de morbis contagios eteorum curatione”

una din importantele idei noi, este aceea aafinităţii elective a germenilor, pentruanumite specii animale sau pentru uneleorgane.

2. ETAPA DESCOPERIRII MICROORGANISMELOR, A STUDIULUI LOR MORFOLOGIC ŞI A PRIMELOR ÎNCERCĂRI DE DIFERENŢIERE ŞI CLASIFICARE A ACESTORA

a) Inventarea microscopului

ROGER BACON în secolul XIII ;

fraţii ZACCHARIAS şi HANS JENSEN (1590)

GALILEO GALILEI (1610), ROBERTHOOKE (1665) şi LEUWENHOECK.

2. ETAPA DESCOPERIRII MICROORGANISMELOR, A STUDIULUI LOR MORFOLOGIC ŞI A PRIMELOR ÎNCERCĂRI DE

DIFERENŢIERE ŞI CLASIFICARE A ACESTORA

b) Descoperirea microorganismelor

ANTONY VAN LEUWENHOECK (1632-1723) observă, descrie şi desemnează înlucrarea sa “Arcana naturae opemicroscopiorum detecta”, microorganisme,astăzi omologabile cu bacteriile şi ciupercileinferioare.

2. ETAPA DESCOPERIRII MICROORGANISMELOR, A STUDIULUI LOR MORFOLOGIC ŞI A PRIMELOR ÎNCERCĂRI DE DIFERENŢIERE ŞI CLASIFICARE A ACESTORA

c) Primele încercări de diferenţiere şi clasificare amicroorganismelor

LINNAEI (1707-1778) în lucrarea sa “Systemanatura” apărută în 1735, încadreazămicroorganismele într-un singur gen căruia îi danumele de chaos;

FRIEDRICH MULLER între 1773-1786 propuneîncadrarea microorganismelor în două genuri :Vibrio şi Monas;

FERDINAND COHN în 1854 crează termenul debacterie şi împreună cu EHREHBERG îl încadreazăîn regnul vegetal pe baza prezenţei peretelui celular.

3. ETAPA CONSTITUIRII MICROBIOLOGIEI CA ŞTIINŢĂ ŞI A DEZVOLTĂRII EI PE BAZE MODERNE

a) Rolul lui Louis Pasteur în dezvoltarea microbiologiei:

Demonstrează natura microbiană a fermentaţiilor;

Fundamentează natura microbiană a infecţiilor;

Infirmă definitiv teoria generaţiei spontane;

Preparară primele vaccinuri ( vaccinul contra holerei aviare, anticarbunos, antirabic )

Izolează şi identifică agenţii etiologici a unor infecţii la om și animale ( Clostridiumsepticum, stafilococi, streptococi )

- Printre discipolii săi se regăsesc : EMILE ROUX, YERSIN, EDMOND NOCARD, CHARLES EDUARD CHAMBERLAND, VICTOR BABEŞ.

b) Rolul lui Robert Koch în revoluţionareamicrobiologiei:

Stabileşte postulate care se referă la criterii pebaza cărora un agent etiologic este consideratagentul cauzal al unei boli;

Pune la punct izolarea bacteriilor în culturi pure;

Semnalează pentru prima dată fenomenul dealergie și prepară tuberculina;

Izolează şi identifică bacilul tuberculozei umane;

3. ETAPA CONSTITUIRII MICROBIOLOGIEI CA ŞTIINŢĂ ŞI A DEZVOLTĂRII EI PE BAZE MODERNE

c) Descoperiri în domeniul virusologiei:

DIMITRI IOSIFOVICI IVANOVSKI (1864-1919), un botanist rus, descoperă virusulmozaicului tutunului;

în anul 1898, LOFFLER şi FROSCH descoperă virusul febrei aftoase;

în anul 1901, REED, CARROLL și LAZEAR descoperă primul virus uman: virusul febreigalbene (ulterior caracterizat ca virus ARN , fam. Flaviviridae);

în 1908, BANG și ELLERMAN descriu virusul leucozei aviare. Prima formațiune tumoralăla pui (sarcom) produsă de un virus, a fost descrisă în 1911 de către Rous Peyton. Studiiprivind acest virus vor duce mai târziu, în 1976, la descoperirea oncogenelor de cătreStehelin, Varmus, Bishop și Vogt, atât în cadrul virusului cât și în celulele infectate.

3. ETAPA CONSTITUIRII MICROBIOLOGIEI CA ŞTIINŢĂŞI A DEZVOLTĂRII EI PE BAZE MODERNE

În 1922, E. Cowdry descoperă și descrieprezența incluziilor intracelulare în cazulinfecțiilor cu virusurile variolice.

3. ETAPA CONSTITUIRII MICROBIOLOGIEI CA ŞTIINŢĂ ŞI A DEZVOLTĂRII EI PE BAZE MODERNE în 1915, FREDERICK TWORT a descoperit virusurile care infectează bacteriile, ulteriornumite „bacteriofagi„ de către Félix d'Hérelle care a studiat Shigella dysenteriae în1921.

în 1934, MAX SCHLESINGER a descris că bacteriofagi conțin proteine și aciddezoxiribonucleic.

prima dată în 1939, G. KAUSCHE și H. RUSKA ANKUCH vizualizează virusul mozaiculuide tutunului la microscop.

după 1948, culturile celulare au permis izolarea și caracterizarea de noi virusuri.Debut a fost realizat de echipa cercetătorului J. ENDERS, ce a izolat și cultivat pentruprima data virusul poliomielitei.

DEZVOLATAREA VIRUSOLOGIEI AMES WATSON și FRANCIS CRICK descriu structura helicoidală a aciduldezoxiribonucleic (ADN) în 1953. Ei vor primi Premiul Nobel in 1962 pentru aceastadescoperire.

ROSALIND FRANKLIN elucidează în 1955 structura helicoidală și legătura între ARNși capsomere pentru virusul mozaicului tutunului, iar în anul următorul GIERER șiSCHRAMM demonstrează infectivitatea ARN-ului virusul mozaicului tutunului.

HOWARD TEMIN și DAVID BALTIMORE descriu în mod independent în 1970existența revers transcriptazei pentru transcrierea acidului dezoxiribonucleic; pentruaceastă descoperire primesc Premiul Nobel în 1975.

În anul 1979, OMS a declarat eradicarea globală a variolei. Acesta este primul maretriumf al medicinei și mai particular al virusologiei și vaccinologiei.

O dezvoltare mai recentă este reacția de polimerizare în lanț (PCR) de

către KARY MULLIS în 1985. Aceasta a permis amplificarea unor cantități

infime și precise de acizi nucleici, tehnică ce a revoluționat diagnosticul

virusologic.

În prezent, noi virusuri continuă să fie descoperite, cum ar fi virusul

hepatitic C în 1989, virusul Nipah în 1999 (carne de porc, infecție

respiratorie și encefalită la om), al metapneumovirusul în 2001, SARS

(sindromul respirator acut sever) în 2003.

Cronologia descoperirii

primelor virusuri

Anul Cercetători Eveniment (descoperire)

1892 Ivanofsky Virusului mozaicului tutunuilui

1898 Loeffler, Frosch Virusul febrei aftoase

1898 Sanarelli Virusul mixomatozei

1900 Reed Virusul febrei galbene

1900 Mcfadyean, Theiler Virusul pestei ecvine

1901 Centanni, Lode, Gruber Virusul influenței aviare

1902 Spruell, Theiler Virusul bluetongue

1902 Aujeszky Virusul pseudorabiei

1903 Remlinger, Riffat-Bay Virusul rabic

1903 DeSchweinitz, Dorset Virusul pestei porcine clasice

1904 Carré, Vallée Virusul anemiei infecțioase ecvine

1905 Carré Virusul distemper canin

1911 Rous Virusul sarcomului lui Rous

1927 Doyle Virusul pseudopestei aviare

1928 Verge, Christofornoni, Seifried, Krembs Parvovirusul felin (virusul panleukopeniei feline)

1931 Woodruff, Goodpasture Utilizarea oălor embrionate pentru izolarea virală

1938 Kausche, Ankuch, Ruska Prima imagine a unui virus prin microscopie electronică -

VMT

1948 Sanford, Earle, Likely Culturi celulare isolate din celule de mamifere

1957 Isaacs, Lindemann Descoperirea interferonului

1970 Temin, Baltimore Descoperirea Reverstranscriptazei

1981 Pedersen Coronavirusul felin

1983 Montagnier, Barre-Sinoussi, Gallo Virusul imunodeficienței umane

1987 Pedersen Virusul imunodeficienței feline

1991 Wensvoort, Terpstra Virusul sindromului respirator și de reproducție suin

(PRRS)

Dezvoltarea microbiologiei în România◦ Şcoala de microbiologie medicală : VICTOR BABEŞ (1854-1925) a fost fondatorul şcolii româneşti de

microbiologie.

Savanţii care ulterior au dezvoltat în mod strălucit şcoala de microbiologie medicală românească au fost:IOAN CANTACUZINO, CONSTANTIN IONESCU-MIHĂEŞTI, MIHAI CIUCA, DUMITRU COMBIESCU, iar îndomeniul virusologiei CONSTANTIN LEVADITI şi ŞTEFAN S. NICOLAU.

Şcoala de microbiologie veterinară. PAUL RIEGLER (1867-1938) a fost fondatorul şcolii româneşti demicrobiologie veterinară.

ALEXANDRU VECHIU (1890-1954) a reuşit adaptarea virusului pestei porcine pe iepure.

ILIE POPOVICI prepară vaccinuri contra febrei aftoase, holerei aviare.

NICOLAE STAMATIN prepară vaccinul anticărbunos din tulpina 1190 R şi vaccinul antirujetic din tulpinaVR 2.

CARACTERIZAREA GENERALĂ A PRINCIPALELOR GRUPE DE MICROORGANISME

PRIONII ( PROTEINELE PRIONICE)

reprezintă cele mai simple şi mai inferioare forme de agenţi patogeniinfecţioşi neconvenţionali, fiind lipsite în totalitate de informaţie genetică.

au fost semnalate pentru prima dată de americanul STANLEY B. PRUSINERcare în 10 oct. 1997 primeşte premiul NOBEL pentru această descoperire.

Iniţial a demonstrat că la ovinele infectate există în creier o proteinăspecifică pe care a denumit-o “proteină prionică scrapie” (P.P.S.), iar ulteriora găsit şi în creierul hamsterilor normali o proteină asemănătoare, dar totuțidiferită pe care a denumit-o “proteina prionică celulară” (P.P.C).

P.P.C.

este o proteină normală prezentă înmembrana pericarionilor mai concentratăla locul sinapselor;

este sensibilă la acţiunea enzimelorproteolitice;

este degradată în timpul metabolismuluicelular;

este nepatogenă, neinfectantă,netransmisibilă;

are funcţie neurotransmiţătoare;

structura secundară este helicală;

P.P.S.

este prezentă numai la animalele infectate;

este rezistentă la proteaze;

este termostabilă la 350°C;

nu este degradată în cursul metabolismului celular, putându-se acumula în lizozomii din neuroni;

este infecţioasă şi transmisibilă;

structura secundară este ß lamelară;

secvenţa aminoacizilor este identică cu cea dinP.P.C., cu o singură diferenţă că leucina este înlocuităcu prolina, modificare determinată de o mutaţiepunctiformă;

Investigaţiile şi cercetările efectuate de PRUSINER sunt susţinute şi de oserie de argumente de ordin experimental cum ar fi:

îndepărtarea sau denaturarea acestei proteine P.P.S. determinăsuprimarea infecţiozităţii;

introducerea prionilor P.P.S. în culturi celulare neuronale determinăapariţia leziunilor caracteristice;

punerea în contact “in vitro” a proteinei normale P.P.C. cu cea patogenăde tip P.P.S. duce la transformarea celei normale în cea patogenă;

gena mutantă care determină sinteza proteinei anormale implicată înapariţia leziunilor de encefalopatie spongiformă este localizată la om pebraţul scurt al cromozomului 20.

PRUSINER a elaborat 2 ipoteze privind originea prionilor:

1. Originea endogenă

arată că gena care codifică proteina de tipP.P.C., gena care codifică sinteza, suferă omutaţie punctiformă care duce la apariţiaproteinei de tip P.P.S.

inserţia greşită a prolinei în locul leucineiduce la destabilizarea structurii helicale a acestei proteine şi care capătă însuşirifizice, chimice şi biologice deosebite.

2. Originea exogenă

susţine că prionii pot proveni şi din exterior ca însindromul “CREUTZFELDT – JAKOB” de la om.

În aceste cazuri proteina de tip P.P.S. acţioneazăasupra proteinei normale de tip P.P.C. care suferăconversia de la helical la ß lamelar.

Prin urmare nu are loc o sinteză propriu-zisă aproteinelor după mecanismele genetice cunoscute, ci osinteză amplificată prin conversie (celula sintetizeazăproteina normală care sub influenţa proteine prionicede tip P.P.S. îşi schimbă structura de la normal lapatologic, astfel încât fiecare moleculă de proteinănormală PPC este convertită, după modelul“dominoului”, într-o moleculă PPS.

Bolile de origine prionică cunoscute până în prezent

Boală prionică Specia natural susceptibilă

Boala Creutzfeldt-Jakob somatică omul

Boala Creutzfeldt-Jakob familială omul

Boala Creutzfeldt-Jakob iatrogenică omul

Varianta modificată a bolii Creutzfeldt-

Jakob

omul

Boala Kuru omul

Insomnia fatală familială omul

Sindromul Gerstmann–Sträussler–

Scheinker

omul

Scrapia Ovine, caprine

Boala cronică cașectizantă Cervidee (cătrioară, ren)

Encefalopatia spongiformă bovină Bovine

Encefalopatia transmisibilă a nurcilor Nurcile

Encefalopatia spongiformă felină Pisica

Encefalopatia spongiformă a

biongulatelor exotice și primatelor

Antilope (Kudu, Nyala, Oryx)

Primate

VIROIZIIViroizii reprezintă forme acelulare de viaţă, mai simple decâtvirusurile şi de dimensiuni incomparabil mai mici decâtacestea.

Primul viroid a fost descoperit de cercetătorul american T. O.DIENNER la BELTSVILLE (S.U.A.) în urma unor cercetăriefectuate în perioada 1967-1971 la cartof.

În etiologia bolilor plantelor pot fi incriminate 29 tipuri deviroizi încadrați în 2 familii: Pospiviroidae și Avsunviroidae.

Ei determină boli la plante cum ar fi:

- boala stelării (deformării) tuberculilor de cartof,

- nanismul şi pătarea clorotică a crizantemelor,

- cloroza castraveţilor,

- boala cadang-cadang a palmierilor de cocos, etc.

Caractere generale ale viroizilor:

Sunt forme acelulare de viaţă alcătuite din molecule de ARN de talie mică neprotejate de alteînvelişuri externe.

Molecula de ARN are o structură circulară cu regiuni mono sau dublu catenare.

În general sunt localizaţi în nucleul celulelor unde se replică cu ajutorul unor enzime de tipul ARNreplicazelor din celula gazdă.

Originea lor nu este prea bine cunoscută, dar se presupune că ar reprezenta introni nedegradaţieliminaţi în procesul de activare al genelor.

Capacitatea lor patogenă se datorează interacţiunii lor cu genomul celulei gazdă şi perturbăriimecanismelor de reglaj genetic al celulei gazdă.

Viroizii reprezintă o nouă clasă de agenţi patogeni subvirali care se află la limita inferioară a materieivii şi care posedă un program genetic redus la minim.

VIRUSURILE

Sunt considerate forme acelulare de viaţă fiind în afara organismelor vii, lipsite decapacitatea de creştere şi multiplicare. Ele sunt replicate (multiplicate) de celula gazdă pecare o parazitează.

Sunt lipsite de aparat enzimatic şi metabolism propriu fiind obligator, parazite a celuleloranimale, vegetale sau bacteriene.

Au o structură simplă, formată din genomul viral şi un înveliş protector care se numeştecapsidă.

Genomul viral conţine un singur acid nucleic ADN sau ARN şi niciodată ambii acizi.

Virusurile care conţin ARN pot depozita şi transmite informaţia genetică, caz unic înbiologie, rolul de purtător al informaţiei genetice fiind ADN, pentru restul vieţuitoarelor.

Proprietate Bacteria Rickettsia Mycoplasma Chlamydia Virus

300 nm în

diametru

+ + + + -

Dezvolate pe

medii inerte

(agar, bulion)

+ - + - -

Fisiune binară

+ + + + -

Ribozomi

funcționali

+ + + + -

Metabolism + + + + -

Proprietăți ale microrganismelor unicelulalre și virusurilor

În natură virusurile se găsesc sub trei forme biologice:

virus complet sau virion, dotat cu infecţiozitate şi capabil de a supravieţuiun timp limitat în afara celulei gazdă;

virus vegetativ prezent numai în celula parazitată şi neinfecţios;

virus integrat (provirus) integrat în genomul celulei gazdă unde rămâne untimp nelimitat replicându-se odată cu acesta.

În esenţă virusurile sunt sisteme bioide care se comportă ca fiinţe vii îninteriorul celulei parazitate şi ca o substanţă organică complexă în afaraacesteia.