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Tesis de Maestría PEDECIBA Opción Microbiología Título: “ESTUDIO DE LOS MECANISMOS GENÉTICOS IMPLICADOS EN LA VARIABILIDAD DEL VIRUS CAUSANTE DEL ECTIMA CONTAGIOSO EN OVINOS” Lic. Natalia Olivero Orientador: Dra. Mabel Berois Sección Virología - Facultad de Ciencias - Universidad de la República Montevideo 2012 Página | 2 Página | 3 Resumen El Ectima Contagioso (EC) es una enfermedad de origen viral de la piel y mucosas que afecta principalmente a ovinos, y caprinos, y en ciertas condiciones al hombre. Si bien la enfermedad es relativamente benigna, su presencia en el rebaño supone pérdidas económicas importantes y actualmente es considerada una zoonosis de distribución mundial. El agente etiológico causante del EC, es el virus Orf (ORFV), el cual pertenece al género Parapoxvirus, dentro de la familia Poxviridae. Posee un genoma ADN doble hebra lineal de aproximadamente 135.000 pares de bases, con una región central conservada entre los diferentes Parapoxvirus y dos regiones terminales variables, donde se localizan genes asociados a la virulencia, patogénesis, tropismo y moduladores de respuesta inmune. El EC está ampliamente distribuido en nuestro país, y hasta el año 2008 su diagnóstico era clínico y la única evidencia de la presencia del virus fue reportada por microscopía electrónica (MET). En nuestro país, si bien existe vacunación, en el año 2007 coincidente con la introducción temporal de una vacuna extranjera a virus vivo, se reportaron un alto número de casos de animales afectados en rebaños previamente vacunados; lo que llevó a plantear la interrogante del surgimiento de estas infecciones. En base a estudios llevados a cabo en ese momento en nuestro laboratorio, se evidenció la diversidad genómica de las cepas del ORFV circulantes en Uruguay, reflejada a nivel de cambios puntuales en el genoma. El objetivo principal de este trabajo fue profundizar en los mecanismos que este virus emplea para aportar variabilidad a su genoma, mediante la caracterización a nivel genómico de las cepas circulantes en el país y las vacunales. Así mismo, se buscó aislar al virus en cultivo celular a fin de conocer su comportamiento in vitro. En este trabajo diez cepas de EC de origen ovino pertenecientes a muestras de campo y vacunales fueron caracterizadas por una combinación de métodos, que incluyen: MET, análisis de polimorfismos en el largo de los fragmentos de restricción (RFLP), hibridación con sondas específicas, amplificación de genes específicos por PCR y secuenciación. Los resultados obtenidos aportaron información sobre las cepas estudiadas, y se vió que a pesar de ser ORFV un virus ADN, los resultados revelaron suficiente variabilidad. El análisis del genoma viral por RFLP mostró heterogeneidad entre las cepas analizadas, observando perfiles de restricción semejantes a los descriptos para cepas Brasileras, de América del Norte y Nueva Zelanda. Página | 4 Se pudo determinar además, que el ORFV emplea el mecanismo de deleciones/inserciones de pocos nucleótidos para aportar variabilidad a su genoma. El resultado del análisis de hibridación con sondas específicas fue un indicio de que el gen ORF132 que codifica para el factor de virulencia VEGF-E estaría duplicado dentro del genoma de la cepa vacunal URU13. A partir del estudio in vitro de las cepas vacunales URU13 y URU08 se pudo ver que ambas cepas se comportan de manera diferente, al menos en las líneas celulares utilizadas. El hecho de que la enfermedad producida por ORFV sea endémica en todo el mundo nos lleva a requerir una caracterización más precisa de las cepas virales circulantes en el país, proporcionando datos de variación genética y su relación en la patogenia y respuesta inmune. Siendo una línea de investigación de la cual hay pocos antecedentes de trabajo en nuestro país, abordar la caracterización del genoma de las cepas vacunales y de campo, nos permitió aportar conocimiento sobre los mecanismos de variabilidad de ORFV. Página | 5 Abreviaturas aá BPSV CAM CEF dNTP dpi EC ECP EDTA EEV ETOH FITC GFP IL-10 IMV Indels ITR IV Kb kDa M ME MET mM MVA ºC ORF ORFV pb PCPV PCR RFLP rpm SFB TBE UFP UV VACV VARV VEGF-E g L M Aminoácido Virus de la estomatitis papular bovina Membrana corialantoidea Fibroblastos de embrión de pollo Desoxinucleótidos trifosfato Días post infección Ectima contagioso Efecto citopático Ácido etilendiaminotetracético Virión envuelto extracelular Etanol wt Cepa Salvaje Fluoresceína-5-isotiocianato Proteína verde fluorescente Interleuquina -10 Virión intracelular maduro Inserción/deleción Repeticiones terminales invertidas Virión inmaduro Kilobase Kilodalton Molar Microscopio electrónico Microscopía electrónica de transmisión Milimolar Virus Vaccinia Ankara Modificado Grado Celsius Marco de lectura abierto Parapoxvirus ovis Pares de bases Virus de la pseudo viruela bovina Reacción en cadena de la polimerasa Polimorfismos en el largo de los fragmentos de restricción Revoluciones por minuto Suero fetal bovino Tampón Tris-borato-EDTA Unidades Formadoras de Placa Ultravioleta Virus Vaccinia versión vacunal Virus de la Viruela Factor de crecimiento vascular endotelial Microgramo Microlitro Micromolar Página | 6 1. Introducción ...................................................................................................................... 10 1.1 Generalidades del género Parapoxvirus y el virus Orf ........................................................... 11 1.1.1 Taxonomía y rango de huésped ............................................................................................ 11 1.1.2 Morfología y ciclo replicativo ............................................................................................... 12 1.1.3 Organización genómica ........................................................................................................ 15 1.1.4 Mecanismo de replicación y expresión génica...................................................................... 17 1.2 Mecanismos genéticos implicados en la variabilidad de ORFV. ............................................ 18 1.2.1 Reordenamientos genómicos ............................................................................................... 18 1.2.2 Mutaciones puntuales .......................................................................................................... 23 1.2.3 Mecanismos de atenuación .................................................................................................. 26 1.3 La enfermedad Ectima Contagioso ........................................................................................ 27 1.3.1 Lesiones y mecanismos de transmisión ................................................................................ 28 1.3.2 Profilaxis e impacto socio-económico ................................................................................... 31 1.3.3 Epidemiología ....................................................................................................................... 33 1.4 Respuesta inmune .................................................................................................................. 35 1.4.1 Aspectos generales de la respuesta inmune ......................................................................... 35 1.4.2 Genes asociados a la virulencia e inmunomoduladores del huésped. .................................. 37 2. Antecedentes e hipótesis de trabajo................................................................................... 44 3. Objetivos ........................................................................................................................... 47 3.1 Objetivo General .................................................................................................................... 48 3.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................... 48 4. Materiales y Métodos ........................................................................................................ 49 4.1 Muestras................................................................................................................................. 50 4.2 Líneas celulares ...................................................................................................................... 51 4.3 Aislamiento viral en líneas celulares ...................................................................................... 51 4.4 Infección y cosecha de membranas corioalantoideas de huevos embrionados.................... 53 Página | 7 4.5 Transfección transitoria de células infectadas con ORFV ...................................................... 54 4.7 Purificación de partículas virales ............................................................................................ 56 4.8 Extracción de ADN .................................................................................................................. 56 4.8.1 Extracción de ADN a partir de cultivos de células................................................................. 56 4.8.2 Extracción de ADN íntegro a partir de partículas virales ...................................................... 58 4.9 Diseño de oligonucleótidos .................................................................................................... 59 4.10 Amplificación por PCR .......................................................................................................... 59 4.11 Análisis de RFLP .................................................................................................................... 60 4.12 Análisis de Southern Blot ..................................................................................................... 60 4.13 Clonaje de fragmentos genómicos en el plásmido pJET1.2 ................................................. 64 4.14 Microscopía electrónica de transmisión .............................................................................. 65 4.15 Secuenciación ....................................................................................................................... 65 5. Resultados ......................................................................................................................... 66 5.1. Purificación de partículas de ORFV. ...................................................................................... 67 5.2. Extracción del genoma viral íntegro de las cepas de ORFV de campo y presentes en la vacuna. ......................................................................................................................................... 68 5.3. Caracterización molecular de cepas de ORFV Uruguayas mediante RFLP. Determinación del tamaño del genoma de las cepas analizadas. .............................................................................. 68 5.4 Análisis por Southern Blot del genoma de las cepas de ORF Uruguayas. .............................. 73 5.5 Indels como un mecanismo empleado por ORFV para aportar variabilidad en el genoma. . 79 5.5 Caracterización molecular de los factores de virulencia dUTPasa y VEGF-E del ORFV.......... 82 5.7 Aislar el ORFV en cultivo celular............................................................................................. 85 5.7.1 Infección y cosecha de membranas corioalantoideas de huevos embrionados ................... 85 5.7.2 Aislamiento en líneas celulares ............................................................................................. 86 5.7.3 Visualización de la presencia del virus dentro de la célula ................................................... 92 6. Discusión ........................................................................................................................... 94 6.1 Purificación de partículas y extracción del genoma íntegro de ORFV. .................................. 95 6.2 Mecanismos genéticos implicados en la variabilidad de ORFV. ............................................ 97 Página | 8 6.3 Aislamiento viral ................................................................................................................... 107 7. Conclusiones y perspectivas .............................................................................................. 110 8. Bibliografía ....................................................................................................................... 113 Página | 9 8. Bibliografía 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. Knipe, David M.; Howley, Peter M. Fields Virology, 5th Edition. Lippincott Williams and Wilkins 2007. 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