Download VIRUS-Lic Bioquimica-Lic en Biotecnología

VIRUS
Propiedades generales
Lic en Bioquímica- Lic en Biotecnología-2015
Brock. Biología de los microorganismos. 12°-13° ed. 2009
CARACTERÍSTICAS DE LOS VIRUS
Necesitan células para replicarse
Cada virus ataca un determinado tipo de célula
Ejemplo
Virus de la Hepatitis
Hígado
Virus de la Rabia
SNC
Virus de Poliomielitis
SNC
Virus de Paperas
Glándulas Parótidas
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
•
Tres grupos en función de la célula que infecten (hospedador)
• Virus vegetales
• Virus animales
• Bacteriófagos
•
Rango de huésped: un virus afectará determinadas especies dentro
de cada grupo.
•
Taxonómicamente: se identifica orden, familia, género y especie
•
Familia: se define por morfología, estructura del genoma, las
estrategias de replicación
TAMAÑO DE LOS VIRUS
•
Varía desde los 20 nm (Parvovirus y Picornavirus) hasta los 300 nm
(Poxvirus; tamaño semejante a Chlamydias).
•
De 100 a 1.000 veces más pequeños que las células que infectan.
•
Sólo se visualizan al microscopio electrónico por lo que para
identificarlas se suelen usar reacciones de infectividad biológica o
serológica o incluso análisis específicos de enzimas.
Comparación de tamaños de virus y bacteria
Fuente: Lim, 1998. Microbiology. Ed. McGraw-Hill, Estados Unidos.
Propiedades generales de los virus:
• Virus: agente infeccioso que no puede replicarse independientemente
de una célula hospedadora. No es una célula.
• Virión:
- Forma extracelular de un virus
- Facilita la transmisión de una célula hospedadora a otra
– Contiene ácido nucleico como genoma, rodeado por una cubierta
proteica y en algunos casos, otras capas externas
Simetría de los virus
Las nucleocápsides (ácido nucleico y las proteínas) están
construídas de una manera altamente simétrica
Simetría: se refiere a la manera en la que las unidades
morfológicas proteicas se ordenan en la cubierta vírica.
Existen dos tipos:
• Cilíndrica: helicoidal
• Esférica: icosaédrica
Poseen 20 caras, 30 bordes y 12 vértices. Cada cara es un triángulo
equilátero, resultando una estructura simétrica. Ej: adenovirus, papovavirus y herpesvirus.
Simetría viral
helicoidal
icosaédrica
Simetría mixta
Bacteriófagos
CLASIFICACION DE BALTIMORE
Basada en la relación entre su genoma viral y su RNAm
Cómo se replican los virus según su ácido nucleico?
dsDNA (±
±) virus
Class I
Class VII
ssDNA (+
+)
virus
dsRNA (±
±)
virus
ssRNA (+
+)
virus
ssRNA (−
−)
virus
ssRNA (+
+)
retrovirus
Class II
Class III
Class IV
Class V
Class VI
Synthesis of
other strand
dsDNA intermediate
Transcription
of minus strand
Used directly
as mRNA
Transcription
of minus strand
Reverse
transcription
Transcription
of minus strand
mRNA (+
+)
mRNA (+
+)
Genome
replication: Class I, classical semiconservative
Class II, classical semiconservative,
discard (−
− ) strand
Class VII, transcription followed by
DNA viruses
reverse transcription
dsDNA intermediate
Genome
replication: Class III, make ssRNA (++) and transcribe from this to give ssRNA (−−) partner
Class IV, make ssRNA (−−) and transcribe from this to give ssRNA (++) genome
Class V, make ssRNA (++) and transcribe from this to give ssRNA (−−) genome
Class VI, make ssRNA (++) genome by transcription of (−−) strand of dsDNA
RNA viruses
Ejemplos:
I: herpes
II: parvovirus
III: IBDV (pollos)
IV: SARS, TMV, hepatitis C
V: sarampión, gripe, dengue
VI: Retrovirus
VII: Hepatitis B
© 2012 Pearson Education, Inc.
Transcription
of minus strand
Transcriptasa reversa (viral) para
Replicación, mediante RNA
Retrovirus
Transcriptasa
reversa (viral)
Proteasa,
Integrasa dentro del
virus
RNA polimerasa
(hospedador)
RNA polimerasa
(hospedador)
RNA polimerasa dependiente
de RNA (viral) - dentro del virus
RNA polimerasa
(hospedador)
DNA polimerasa
(hospedador)
RNA polimerasa
(hospedador)
RNA polimerasa dependiente
de RNA (virus)
RNA polimerasa
dependiente de RNA
(viral) - dentro del
virus
RNA polimerasa
dependiente de RNA (virus)
(Actúa como mRNA)
Polimerasas del hospedador sólo usan dsDNA para formar mRNA (ni ssDNA ni RNA)
ENZIMAS DE LOS VIRIONES
Sólo ácido nucleico y cápside?
-Lisozima
-RNA polimerasas
-Transcriptasa reversa
-Neuraminidasas
-Hemaglutininas
CÓMO CULTIVAR
VIRUS ?
-Bacteriófagos
Cuando ocurre una infección viral
exitosa, las células se lisan,
formando una placa. Contando el
número de unidades de formación de
placa, se puede calcular el título o el
número de unidades infecciosas de
virus.
No siempre coincide la cuantificación por los métodos
mencionados…. Por qué ??
Microscopio electrónico vs. Recuento de placas de lisis
Eficiencia de la siembra
El Nº de unidades formadoras de calvas es siempre menor que el Rto
microscópico
Ej. : - virus defectivos (alta tasa de mutación en virus ARN)
- cápsides vacías
- algunos no logran infectar con éxito (nunca es 100%)
CÓMO CULTIVAR
VIRUS ?
Virus humanos y animales:
-Huevos embrionados
- cultivos primarios y líneas celulares
Cultivo de tejidos
•
•
Cultivos primarios: consisten en una variedad de tipos celulares
y tienen un crecimiento limitado in vitro conservando en sus
divisiones las características fisiológicas y genéticas del tejido de
origen
Líneas celulares: pueden seguir su multiplicación in vitro durante
muchas divisiones. Pueden ser de origen neoplásico
Cultivos celulares
Un cultivo celular se obtiene induciendo el crecimiento de un
órgano del animal de experimentación. Se separan las células por
instrumentación quirúrgica, disociación de las mismas por
tratamiento enzimático para romper las uniones intercelulares.
Se coloca en una superficie plana (caja de Petri, o botella de
Roux) y se adiciona medio de cultivo líquido.
Se forma una monocapa porque las células liberan material
glicoproteico que permite su adhesión en el fondo
El medio es complejo, tiene aminoácidos, vitaminas suero fetal
bovino (SFB), sales, glucosa, buffer, indicador de pH, antibióticos,
antifúngicos.
Alteraciones inducidas en la célula huésped
Efecto citopático:
•
Destrucción de la monocapa
•
Formación de células multinucleadas
•
Desarrollo de cuerpos de inclusión
•
Transformación
BACTERIOFAGOS
Receptores de fagos en
Escherichia coli:
-LPS (lipopolisacárido)
-pili sexual
-proteína de captación
de hierro
-proteína transportadora de
maltosa
REPLICACIÓN VÍRICA
-Unión o adsorción del virión a la célula hospedadora
-Penetración, entrada o inyección del ácido nucleico en la célula
-Ciclo lítico
-Síntesis del ácido nucleico
y las proteínas del virus
-Ensamblaje de las cápsides y
empaquetamiento de los
genomas víricos en ellas
-Liberación de los viriones
maduros por lisis celular
o por gemación.
Ciclo lisogénico
- Integración en el
genoma del
hospedador
- Replicación de
la bacteria y síntesis
de nuevas proteínas
(ej. toxinas)
CICLO LÍTICO
Fago virulento
CICLO
LISOGÉNICO
Fago temperado o
profago
Bacteria lisógena
Célula
permisiva
http://highered.mcgrawhill.com/sites/0072556781/student_view0/chapter17/animation_quiz_2.html
Ciclo lítico
Fijación
Penetración
Eclipse
Ensamblaje
Liberación
El ciclo lítico de lambda puede ser inducido por agentes que dañan el ADN:
luz UV, rayos X, sustancias químicas (mostaza nitrogenadas).
CÓMO LA BACTERIA EVADE LA INFECCIÓN POR UN VIRUS ?
-Ausencia de receptores en el hospedador
-Endonucleasas de restricción, para cortar DNA de fagos
-CRISPRs (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic
Repeats) son loci que contienen múltiples repeticiones cortas directas que
funcionan como sistema inmune presente en bacterias y archae. Como
RNAi, silenciarían la expresión de DNA extraño como plásmidos y fagos
CÓMO SE DEFIENDE UN VIRUS DE LAS ENZIMAS DE RESTRICCIÓN
DEL HOSPEDADOR ?
Modificando su propio DNA por:
- glicosilación
- metilación
-acetilación
- Codificando proteínas que inhiben los sistemas de restricción de la bacteria
ENTIDADES SUBVÍRICAS
- VIRUS AUXILIARES: virus parásitos de otros virus
VIRUS DEFECTIVOS: dependen de virus intactos del mismo
tipo para que les proporcionen las funciones necesarias (Ej: P4 depende
de P2 porque no codifica proteínas de la cápside)
VIRUS SATÉLITES: dependen de virus que no están
emparentados. Se encuentran en animales y plantas (Ej: virus
adenoasociado necesita de un Adenovirus)
-VIROIDES
-PRIONES
Viroides
Son los patógenos más pequeños
Son moléculas infecciosas de ARN monocatenario circular que
carecen de cubierta proteica.
Tienen estabilidad extracelular debido a la estructura que poseen,
molécula corta de doble cadena con extremos cerrados
Replican en núcleo de células vegetales
Viajan de célula en célula vegetal a través de los plasmodesmos
Producen enfermedades en plantas
Impacto en agricultura
No tiene receptores por eso ingresan por heridas en las plantas
producidas por insectos o acción mecánica
Prión
(PrPSC)
(PrnP)
Agente infeccioso: es una proteína patógena que tiene alterada su
estructura terciaria, teniendo un incorrecto plegamiento.
Sin ADN ni ARN, sólo aminoácidos.
PRIONES
Prión: pequeña partícula infecciosa proteica. Provocan
encefalopatías espongiformes (enfermedad neurodegenerativa).
Proteínas modificadas del hospedador que puede transmitir la
enfermedad.
Humanos
Kuru
Enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ)
Animales
Scrapie
Encefalopatía espongiforme bovina (vacas locas)
COMPARACION VIRUS VS PRIONES
VIRUS
PRION
Presencia Acido Nucleico
Sí
No?
Presencia de proteínas
Sí
Sí
Sí
No
Algunos
No
La mayoría
No
Sí
No
Sí
No
Periodo de incubación
Dep. virus
Largo
Respuesta inflamatoria
Sí
No
Respuesta inmunitaria
Sí
No
Desinfección con
Formaldehído
Proteasas
Calor (80ºC)
Radiaciones ionizantes y UV
Patología
Efecto citopatológico
ESTRUCTURA Y FISIOLOGIA
•
El prototipo de estos microorganismos es PrPSc (prión proteico del
scrapie)
•
Tanto humanos como algunos animales codifican una proteina PrPC
(prión proteico celular)
COMPARACION PrPSc VS PrPc
Estructura
PrPSc
PrPC
Globular
Extendida
Sí
No
Resistencia a la proteasa
Presencia de Scrapie en fibrillas
Localización dentro o sobre las células
Sí
No
Vesículas
Citoplasmática
s
Membranas
Plasmáticas
Días
Horas
Multiplicación
PATOGENESIS
Características patogénicas de los virus lentos
La encefalopatía espongiforme describe:
•
El aspecto de las neuronas vacuoladas
•
La pérdida de función.
•
Falta de antigenicidad /ausencia de reacción inmunitaria.
•
Ausencia de inflamación.
•
Síntomas: pérdida de control muscular, escalofríos, temblores,
demencia.
PATOGENESIS
•
PrPSc se une a la PrPc que hay en la superficie celular y hace que se
transforme en PrPSc, se desprenda de la célula y se acumule en las
placas mieloides del cerebro.
•
Al ser proteinas del hospedador no se produce respuesta inmunitaria)
•
A continuación la célula repone PrPc.
•
Las neuronas y los fagocitos absorben la PrPSc, difícil de degradar, lo
que contribuye a la vacuolización del tejido cerebral y destrucción
tisular.
•
Los priones se pueden aislar de distintos tejidos del cerebral pero
solamente el cerebro presenta alguna lesión.
Una proteína aberrante provoca la enfermedad:
PrPc
PrPSc
•PrPSc se une a la PrPc que hay en la superficie celular
•PrPSc hace que PrPc se transforme en PrPSc y se desprenda de
la célula.
•A continuación la célula repone PrPc.
•Las neuronas y los fagocitos absorben la PrPSc, difícil de degradar,
lo que contribuye a la vacuolización del tejido cerebral y destrucción
tisular.
Neurona
Nucleo
Prnp
DNA
Transcription
Traducción
Función
Normal
PrPc
(prion normal)
PrPSc-induce mal
plegamiento
Función
Anormal
PrPSc
(prion malformado)
© 2012 Pearson Education, Inc.
La enfermedad por priones ocurre por
3 mecanismos posibles:
Infecciosa: la forma patogénica de la proteína priónica se
transmite entre animales o humanos
Esporádica: mal plegamiento al azar de una proteína priónica
normal en un individuo sano
Por vía hereditaria: una mutación en el gen de la proteína PrP se
traduce en una proteína que cambia para convertirse en
patógena.
VIRUS 2da. parte
BACTERIÓFAGOS
Referencia: Brock. Biología de los microorganismos. 12°-13° ed. 2009-2012
Virus bacterianos
CARACTERÍSTICAS DEL FAGO T4
Simetría: compleja
-Hospedador: Escherichia coli
-Es virulento: desencadena ciclos líticos
-DNA: bicatenario
-codifica algunos de sus tRNA
-sufre permutación circular (genera moléculas de ADN de la longitud del genoma
del virus con secuencias permutadas por una endonuclesa que corta longitudes
constantes de ADN independientemente de la secuencia)
forma
concatémeros
-Sintetiza proteínas que modifiquen la RNA pol del hospedador para reconocer
los promotores medios del fago. Necesita el factor sigma del hospedador
-Tiene la base 5-hidroximetilcitosina (en lugar de citosina)
que se glicosila y permite resistir ataque por ENDONUCLEASAS DE
RESTRICCION del hospedador. Las enzimas para la síntesis de esta base la
codifica el virus
Generación de moléculas de ADN de T4
con secuencias permutada por una
endonucleasa que corta longitudes
constantes de ADN sin tener en cuenta
la secuencia.
Izquierda: copias de T4 se recombinan
para formar un concatemero.
Medio: flechas rojas, sitios de cortes de
la endonucleasa.
Derecha: moléculas genoma generado.
Cada uno de los genomas T4 formados
de la derecha contiene los genes A-G,
pero los terminales son únicos en cada
molécula.
Características del Fago T4
Fago T4
Evolución temporal de la infección por T4
CARACTERÍSTICAS DEL FAGO LAMBDA
-Simetría: compleja
-Hospedador: Escherichia coli
DNA:
- se integra al genoma bacteriano (fago lambda) o puede existir como
plásmido (fago P1)
-Predomina la expresión de un represor de lisis (cI)
-Por eso se llama FAGO ATEMPERADO o PROFAGO: desencadena
ciclos lisogénicos en las células infectadas.
-Las bacterias infectadas presentan nuevas propiedades, por ej.
expresan toxinas que las convierte en patógenas.
CARACTERÍSTICAS DEL FAGO LAMBDA
-Las bacterias infectadas por fago lambda son inmunes al ataque
por partículas similares
-Puede revertir a fago virulento: la inactivación del represor de lisis
(cI) induce el CICLO LÍTICO debido al aumento de la expresión de
la proteína Cro.
-El DNA es lineal bicatenario con extremos 5’ cohesivos formados
por 12 nucleótidos complementarios: sitio cos. Al entrar al
hospedador se aparean y el DNA pasa a ser circular.
-Se integra al cromosoma de Escherichia coli por el sitio att
LISOGENIA
cos
cos
Integración de ADN de
lambda en el hospedador
Enzima: integrasa
Operón gal: utilización galactosa
Operón bio: síntesis biotina
Operón moa: síntesis cofactores
molibdeno
Bacteria hospedadora
expresa nuevas
propiedades
Ejemplos? Toxinas
Replicación de lambda
por el círculo rodante
La hebra verde oscuro desenrolla, se está replicando en su extremo
opuesto. Es una síntesis asimétrico porque una de las cadenas
parentales sigue sirviendo como molde y el otro se utiliza sólo una vez
GENOMA DE LAMBDA
CICLO LÍTICO O
LISOGÉNICO ?
Cro versus cI
Para establecer lisogenia, dos
eventos deben suceder:
-Evitar la producción de
proteínas tardías
- Una copia del genoma lambda
debe integrarse en el
cromosoma del huésped.
Elementos claves: dos proteínas represoras
el represor de lambda cI y el represor Cro
cI > Cro => LISOGENIA
cI < Cro => LISIS
FAGO LAMBDA: CICLO LISOGÉNICO o LÍTICO ?
Ciclo lisogénico:
-Síntesis activa de cI (represor de ciclo lítico)
-Genoma de fago lambda está integrado en el DNA del hospedador
-No hay producción de proteínas tardías
Ciclo lítico:
-Síntesis de grandes cantidades de Cro
-Cro reprime proteínas cII y cIII que inducen síntesis de cI
-Proteasa FtsH del hospedador degrada cII. Esto afecta a cI.
Fago MS2
- Bacteriófago ARN
- Codifica 4 proteínas (Maduración, cápside,
proteína de lisis, replicasa
- SOLAPAMIENTO DE GENES
-HOSPEDADOR: E. coli F+, tiene pili sexuales
donde el fago se une.
El ARN viral actúa como RNAm y la regulación de
su expresión génica se basa en el control del acceso
del ribosoma a los diferentes inicios de traducción del
virus
Pared de
la
bacteria
GEMACIÓN
Fagos M13, fd, f1
-Fagos de ADN filamentosos con
simetría helicoidal
-Infectan células capaces de actuar
como donadoras en una conjugación
- Genoma es ADN circular de cadena
sencilla
-No produce lisis de la bacteria, se
libera por GEMACION por lo que la
célula tiene un retraso en el
crecimiento pero puede coexistir con
el virus
M13 se usa como vector de
clonación en Ingeniería Genética.
Bacteriófago Mu (mutador)
- Es un fago atemperado
- Se replica POR TRANSPOSICIÓN
- Acetilación de residuos de adenina para
eludir los sistemas de restricción del
hospedador
-FAGO ATEMPERADO: Se integra dentro
de genes del hospedador e induce
MUTACIONES en el genoma del
hospedador
Elementos transponibles son
secuencias de ADN que se mueven de
un punto a otro en el genoma
del hospedador
-Puede revertir A CICLO LÍTICO
- Se usa en Ingeniería Genética para
generar fenotipos bacterianos mutantes.
Mu y la región invertible G: determina especificidad de
hospedador
Especificidad de hospedador según fibras de
cola: G+ (lee SU): E. coli K12
G- (lee S’U’): otros hospedadores
METODOS COMUNES PARA INACTIVAR VIRUS
A.ESTERILIZACIÓN
- vapor a presión, calor seco, óxido de etileno,
rayos gamma
B. DESINFECCIÓN DE SUPERFICIES
- hipoclorito de sodio, glutaraldheído,
formaldheído, ácido peracético
C. DESINFECCIÓN DE LA PIEL
- clorhexidina, etanol al 70%
ACCIÓN DE LOS AGENTES FISICOS Y QUIMICOS SOBRE
VIRUS
Agentes Físicos
1.Temperatura; los virus son muy termolábiles
• 55-60ºC viven unos segundos
• 37ºC unos minutos
• 20ºC unas horas
• 4ºC unos días
• -70ºC pueden vivir de meses o años.
Los V envueltos son más sensibles que desnudos.
La congelación/descongelación provocan pérdida de infectividad (se deben
congelar las muestras si no se procesan inmediatamente)
ACCIÓN DE LOS AGENTES FISICOS Y QUIMICOS SOBRE
VIRUS
Agentes Físicos
2.- Radiaciones: Alteran los ácidos nucleicos. Los daños pueden ser por:
distorsión estructural, mutaciones puntuales, ruptura de la cadena de
DNA
Los virus monocatenarios son más sensibles que los de doble cadena
Sales: se estabilizan mediante la adición de sales
como MgCl2,
MgSO4 y Na2SO4.
pH: los virus son estables entre pH 5 y 9.
Reacción a los agentes químicos
Éter: virus envueltos son los más afectados.
Formol: suprime la infectividad de virus al reaccionar con su ácido
nucleico. Se emplea en la producción de vacunas a base de virus
inactivados.
Antibióticos y otros antibacterianos: no tienen efecto sobre los virus.
Amonio cuaternario y compuestos a base de yodo: no los afecta.
Hipoclorito de sodio: efectivo en concentraciones mayores que las
requeridas para destruir bacterias.
Muchas Gracias!!