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DOENÇAS
INFECCIOSAS |
BACTERIOLOGIA |
IMUNOLOGIA |
MICOLOGIA |
PARASITOLOGIA |
VIROLOGIA |
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VIROLOGIA – CAPÍTULO UM
VIROLOGIA BÁSICA: DEFINIÇÕES, CLASSIFICAÇÃO, MORFOLOGIA E QUÍMICA
Dr Margaret Hunt
Professor Emerita
Department of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina School of Medicine
Tradução:
PhD. Myres Hopkins
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DR MYRES HOPKINS |
ESCOLA DE MEDICINA DA
UNIVERSIDADE DA CAROLINA DO SUL |
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GLOSSÁRIO |
OBJETIVOS
Uma
introdução aos vírus, sua natureza, estrutura e classificação
Figura
1
Tamanho relativo de vírus e bactéria Adaptado
de Koneman et al. Atlas coloridoe e livro-texto de Microbiologia 5th Ed. 1997
Vírus images ©
Dr Linda
Stannard,
University of Cape Town. Usado com permissão
Tamanho
relativo dos vírus de DNA
Images © 1995
Dr
Linda Stannard,
University of Cape Town and © 1994
Veterinary Sciences Division, Queen's
University Belfast
|
Vírus consistem em um ácido nuclêico (quer DNA ou RNA) associado com proteínas
codificadas pelo ácido nuclêico. O vírus também pode ter uma membrana bi-laminar
de lipídeos (ou envoltório) mas isto é adquirido a partir da célula hospedeira,
normalmente ao atravessar a membrana celular do hospedeiro. Se a membrana
estiver presente, deve conter uma ou mais proteínas virais que agem como
ligantes para receptores na célula hospedeira. Muitos vírus codificam para
algumas proteínas estruturais (as que fazem uma partícula viral madura (ou
virion) e talvez uma enzima que participa na replicação do genoma viral. Outros
vírus podem codificar muito mais proteínas, muitas das quais não fazem parte de
um vírus maduro mas participam de alguma forma na replicação viral. O vírus do
herpes é um dos mais complicados vírus e tem 90 genes. Como muitos vírus fazem
poucas ou não produzem enzimas, eles são dependentes das enzimas das células
hospedeiras para produzir mais partículas virais. Assim a estrutura viral e
replicação são fundamentalmente diferentes daquelas de organismos celulares. A
dependência viral da célula hospedeira em vários aspectos do ciclo de
crescimento tem complicado o desenvolvimento de drogas visto que a maioria das
drogas inibem o crescimento celular e também a multiplicação viral (porque eles
usam as mesmas enzimas). Uma vez que uma das principais razões para se estudar o
metabolismo viral é encontrar drogas que inibam seletivamente a multiplicação de
vírus, precisamos saber quando os vírus usam suas próprias proteínas no seu
ciclo de replicação - daí podemos então tentar desenvolver drogas que inibam as
proteínas virais (especialmente enzimas virais) especificamente. Contrariamente
aos vírus, a bactéria muito maior (figura 1) realiza seus próprios processos
metabólicos e codificam para suas próprias enzimas. Mesmo catalisando reações
similares, as enzimas bacterianas diferem das dos seus homólogos eucarióticos e
pode portanto ser alvo de antibióticos específicos. Assim como vírus, algumas
bactérias (tais como micoplasma, ricketsia e clamidia) podem entrar no
citoplasma de células eucarióticas e se tornarem parasitas. Essas pequenas
bactérias intracelulares entretanto proporcionam todas as enzimas que são
necessárias para a replicação. Assim, mecanismos de controle de bactéria,
incluindo aqueles com um estilo parasitário, são mais facilmente desenvolvidos
do que os virais.
Medidas de controle de microrganismos incluem o emprêgo de Nãosso
conhecimento sobre:
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Cultivo em meio artificial
|
Divisão por fissão binária
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Presença conjunta de DNA e RNA
|
Presença de ribossomos
|
Presença de ácido murâmico
|
Sensibilidade a antibióticos
|
Bactéria
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Micoplasma
|
Sim
|
Sim
|
Sim |
Sim
|
Não
|
Sim
|
Ricketsia
|
Não
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Clamidia
|
Não
|
Sim
|
Sim
|
Sim
|
Não
|
Sim
|
Virus
|
Não
|
Não
|
Não
|
Não
*
|
Não
|
Não
|
* A família dos arenavírus (uma família de virus de RNA) aparentemente
empacota ribossomos 'acidentalmente'. Os ribossomos empacotados
aparentemente não têm papel na síntese de proteínas virais.
|
|
|
Tamanho relativo de vírus de RNA de fita positiva
Images © 1995
Dr
Linda Stannard,
University of Cape Town and © 1994
Veterinary Sciences Division, Queen's University Belfast
Tamanho relativo de vírus de RNA de fita negativa
Images © 1995
Dr
Linda Stannard,
University of Cape Town and © 1994
Veterinary Sciences Division, Queen's University Belfast
Figura 2. Tamanhos relativos de vírus de DNA e RNA |
Vírus infectam todos os
grupos principais de organismos: vertebrados, invertebrados, plantas,
fungos, bactéria, mas alguns virus têm um espectro de hospedeiros maior que
outros; entretanto, nenhum cruza a barreira eucariótica/procariótica.
Factores que afetam o
espectro de hospedeiro incluem:
-
Se o
virus pode penetrar na célula hospedeira
-
Se o
virus pode penetrar na célula, se a maquinária celular apropriada está
disponível para a replicação viral
-
Se o
virus pode replicar, se o virus infeccioso pode sair da célula e espalhar a
infecção
ESTRUTURA DO VÍRUS
Vírus variam de
tamanho desde menos de 100 nanômetros de diâmetro a algumas centenas de
nanômetros em comprimento no caso do filoviridae (Figura 1 e 2).
Todos os vírus
contêm um genoma de ácidos nuclêicos (RNA ou DNA) e uma capa protêica
protetora (chamada capsídio). O genoma de ácido nuclêico mais a capa
protêica protetora é chamado de nucleocapsídio que tem uma simetria
icosaédrica,
helicoidal ou complexa. Vírus podem ou não ter um envelope. Vírus
envelopados obtém seus envelopes por gemulação através da membrana da célula
hospedeira. Em alguns casos o vírus gemulam através da membrana plasmática
mas em outros casos o envelope se deriva de outras membranas tais como as do
corpúsculo de Golgi ou do núcleo. Alguns vírus se associam com partes
especializadas da membrana plasmática da célula hospedeira; por exemplo, o
vírus Ebola se associa com porções lipídicas ricas em
esfingomielina, colesterol
e proteínas contendo glicolipídios. Poxvírus são exceções pois eles se
auto-empacotam com membranas da célula hospedeira usando um mecanismo
diferente do processo de gemulação normal utilizado por outros vírus.
Virus envelopados
nem sempre precisam matar suas células hospedeiras para serem liberados, uma
vez que eles podem brotar para fora da célula – processo esse que não é
necessariamente letal para a célula – portanto alguns virus que brotam podem
montar infecções persistentes.
Vírus envelopados
são prontamente infecciosos somente se o envelope estiver intacto (uma vez
que proteínas da adsorção viral que reconhecem os receptores nas células
hospedeiras estão no envelope viral). Isso segnifica que agentes que
danificam o envelope, tais como detergentes alcoólicos, reduzem a
infectividade.
|
|
|
ESTRUTURAS DO
NUCLEOCAPSÍDIOS DO VIRION
Simetria
icosaédrica
Um icosaedro é um
sólido
platônico
com vinte lados (figura 3A) e simetria rotacional 5:3:2 (figura 3B). Existem
seis eixos de seis lados de simetria através dos quais o icosaedro pode girar
passando através dos vértices, depois dez eixos de simetria de 3 lados passando
através de cada face e quinze eixos de simetria de dois lados passando através
das arestas (figura 3B). Existem doze ângulos ou vértices e uma simetria de 5
lados ao redor dos vértices (figura 3C). O capsídio é feito de subunidades
repetidas de proteína viral (Devem ser subunidades de um ou alguns tipos,
dependendo do vírus).
Todas
as faces do icosaedro são idênticas.
|
|
O ácido nuclêico está
empacotado dentro da capa do capsídio e protegido do meio ambiente pelo capsídio
(figura 3D).Proteínas se associam em unidades estruturais (é isso que vemos no microscópio
eletrônico ou quando começamos a disassociar um capsídio), cujas unidades
estruturais são conhecidas como capsômeros - capsômeros contêm uma ou alguns
tipos de cadeias polipeptídicas. Capsômeros nos 12 ângulos têm uma simetria de 5
lados e interagem com 5 capsômeros vizinhos, e são conhecidos como pentons ou
pentâmeros (figura 3E). Virus maiores contêm mais capsômeros; capsômeros extras
são arranjados de forma regular nos lados dos icosaedros. Eles têm seis vizinhos
e são chamados hexons ou hexâmeros (figura 3F).
O tamanho de um
icosaedro depende do tamanho e número dos capsômeros; ele irão sempre ter 12
penton (em cada ângulo) mas o número de hexons aumenta com o tamanho (figura
3H). Um bom exemplo de um virus icosaedro é o adenovirus humano que contém os
doze pentons usuais mais duzentos e quarenta hexons (figura 3G e I). A formação
simétrica do arranjo hexagonal em uma face plana ocorre em muitas situações; por
exemplo, no empacotamento em tubos de ensaio em uma caixa (figura 3J). Também
pode ser visto no empacotamentode subunidades do vírus do herpes, um virus
envelopado icosaédrico. Na figura 3K, a membrana externa do herpes simplex foi
removida para mostrar o nucleocapsídio. Embora icosaedros sejam de faces planas
(como na figura 3A), icosaedros virais são normalmente esféficos como vistos na
figura 3K. Um bom exemplo de um icosaedro pequeno esférico é uma bola de futebol
Ifigura 3L). Um icosaedro grande é um icosadeltaedro (figura 3M).
|
Figura 3 |
A
Icosaedro: 20 lados triangulares
B
5:3:2 simetria rotacional
C
Simetria de cinco lados nos vértices
D
Ácido nuclêico está empacotado dentro do capsídio
Imagem © Dr J.Y. Sgro – Usado com permissão
E
Capsômeros nos 12 vértices têm uma simetria de 5 lados e interagem com 5
capsômeros vizinhos, e são chamados de pentons (ou pentâmeros).
F-i
Virus maiores contêm mais capsômeros, capsômeros extras são arranjados de
maneira regular nas faces dos icosaedros, estes geralmente têm seis vizinhos e
são chamados hexons.
F-ii
Nucleocapsídio do herpes mostrando pentons nos vértices do icosaedro
Zhou et al.
Baylor
College of Medicine Reference: Z. H. Zhou, B.V.V Prasad, J. Jakana, F.R. Rixon,
W. Chiu Baylor College of Medicine, Journal of Molecular Biology
G Simetria do adenovirus
H
Componentes de um capsídio icosaédrico
I
Adenovirus humano visto por coloração negativa
©
1995
Dr Linda
Stannard,
University of Cape Town. Used with permission
J
Empacotamento de objetos circulares uniformes em um arranjo hexagonal
K Reconstrução
computacional em 3D de micrografia crio-eletrônica de capsídios do virus do
herpes simplex. Imagem rotacional.
National
Institutes of Health
L
Forma icosaédrica de uma bola de
futebol. Note que a bola consiste de subunidades de pentons (pretas) e
subunidades de hexons (brancas).
M
Icosadeltaedro
|
|
|
Figura 4 |
Simetria
helicoidal
Subunidades prot”eicas podem interagir uma com a outra e com o ácido nuclêico
para formar uma estrutura em fita enrolada. O vírus melhor estudado com simetria
helicoidal é o vírus não envelopado do mosaico do tabaco (Figura 4 A-E). A
natureza helicoidal desse vírus é muito clara em coloração negativa em
micrografias eletrônicas uma vez que o vírus forma uma estrutura rígida em forma
de bastão. Nos envelopados, virus helicoidalmente simétricos (ex. Vírus da
influenza, vírus da raiva) o capsídio é mais flexível (e mais longo) e aparece
em coloração negativa como um fio telefônico.
|
A Estrutura do vírus do mosaico do tabaco mostrando uma estrutura de capsídio
helicoidal
B Close de um único bastão de TMV.
Imagem do Comitê Internacional de Bases de Dados em Taxonomia de Vírus.
C Close de bastões do vírus do mosaico do tabaco
© 1994 Estação Experimental de Rothamsted
D Vírus do Mosaico do Tabaco (TEM x207,480)
©
Dennis Kunkel Microscopy, Inc.
Usado com permissão
E Vírus do Mosaico do Tabaco (TEM x376,200) ©
Dennis Kunkel Microscopy, Inc.
Usado
com permissão
F
Vírus da raiva
Wadsworth Center, NY Dept of Health
G Virus da Influenza
© 1995
Dr Linda Stannard,
University of Cape Town. Usado com permissão
|
|
Simetria complexa
These are regular structures, but the nature of
the symmetry is not fully
understood. Examples include the poxviruses (Figure 5).
|
Figura 5 |
A
Simetria complexa em poxvírus
Fenner
and White Medical Virology 4th Ed. 1994
B Poxvírus vistos por coloração negativa
© Stewart McNulty, 1994
Veterinary Sciences Division, Queen's University Belfast
C Virus contagioso do molusco – um Molusco-poxvírus
© 1995
Dr Linda
Stannard,
Universidade de Cape Town.
Usado
com permissão
|
Figura 6
Cinco tipos básicos de simetria viral |
CINCO FORMAS
ESTRUTURAIS BÁSICAS DE VÍRUS NA NATUREZA
-
Icosaédrica nua (não envolvido)
ex. poliovírus, adenovírus,
vírus da hepatite A
-
Helicoisal nua (não envolvido)
ex. vírus do mosaico do
tabaco. Até o presente nenhum vírus humanos é conhecido com essa estrutura.
-
Envelopado
icosaédrico ex.
vírus do herpes, vírus da febre amarela, vírus da rubéola
-
Helicoidal envelopado
ex. vírus da raiva, vírus
da influenza, vírus da parainfluenza, vírus da caxumba, vírus do sarampo
-
Complexo
ex. Poxvírus
(vírus da varíola).
(Figura 6)
|
|
AGENTES NÃO CONVENCIONAIS
Existem também os ‘agentes
não convencionais” às vezes conhecidos como ‘vírus atípicos’ – Até agora, os
tipos mais importantes que foram estudados são os viróides e príons.
VIRÓIDES
Viróides contêm apenas
RNA. Eles são pequenos (menos de 400 nucleotídeos), de fita simples, RNAs
circulares. Os RNAs não são empacotados, aparentemente não codificam para
nenhuma proteína,e até agora têm se mostrado associados com doenças em plantas.
Entretanto, há algumas sugestões de que agentes um tanto similares podem estar
envolvidos em algumas doenças humanas..
Virus da hepatite
delta
No presente momente, o único agente
conhecido de doença humana que se assemelha a viróide é o vírus da hepatite
delta. De certas formas HDV (também chamado agente da hepatite delta) aparenta
ser intermediário entre ‘vírus clássicos’ e viróides. HDV tem um genoma de RNA
muito pequeno (~1700 nucleotídeos) comparado com a maioria dos vírus, embora
seja um pouco maior do que viróides. Entretanto, características da sequência
dos ácidos nuclêicos dos HDVs e estrutura são similares a de alguns viróides.
HDV difere dos viróides por codificar para uma proteína (várias formas de
antígenos de hepatite delta). Diferentemente dos viróides ele é empacotado.
Entretanto, ele difere dos vírus verdadeiros po não codificar para suas próprias
proteínas de ligação. O RNA é encapsidiado pelo antígeno da hepatite delta, e
HDV age como um parasita nos vírus da hepatite B não relacionados (HBV), usando
envelopes do HBV contendo a proteína de ligação do vírus da hepatite B (HBsAg).
PRIONS
Prions contém apenas proteína (embora seja motivo de controvérsia). Eles são
pequenos, partículas proteináceas e existe controvérsia sobre se eles contém
algum ácido nuclêico, mas se contiverem será muito pequena, e quase certamente
não é suficientemente grande para codificar para proteína: Exemplos de doenças
humanas causadas por príons são
Kuru,
doença de
Creutzfeldt-Jakob disease
e
síndrome de
Gerstmann-Straussler.
Prions são também causa de
scrapie
em caprinos.
SÃO OS VÍRUS SERES VIVOS OU NÃO?
Isso depende da
definição de vida. Para evitar possível confusão, nós frequentemente referimos a
se eles perderam ou não algum aspecto de suas atividades biológicas ao invés de
referir a vírus vivos ou mortos. Portanto, falamos sobre número de partículas
infecciosas, ou número de partículas formadoras de colônias e não do número de
partículas vivas.
|
Famílias de vírus de DNA. Todas as famílias mostradas são icosaédricas
exceto os poxvíruses
Famílias de vírus de RNA
Figura 7
Modificado de Volk et al., Fundamentos de Microbiologia Médica. 4th
Ed |
CLASSIFICAÇÃO DOS VÍRUS
Os
sistemas internacionalmente consensuais de classificação de vírus se
baseiam na estrutura e composição da partícula viral (virion) (Figura
7). Em alguns casos o modo de replicação é também importante na
classificação. Vírus são classificados em várias famílias com base
nisso.
CLASSIFICAÇÃO INTERNACIONAL DE VÍRUS
Características primárias usadas na classificação
Vírus são classificados de acôrdo com
a natureza de seus genomas e suas estruturas
CLASSIFICAÇÃO VIRAL |
Ácido nuclêico
|
RNA ou DNA |
Fita simples ou fita dupla |
Não segmentado ou segmentado |
linear ou circular |
Se o genoma é de RNA de fita simples, pode ele funcionar como RNAm? |
Se o genoma é diplóide (como nos retrovírus) |
Estrutura do virion
|
simetria (icosaédrica, helicoidal, complexa) |
Envelopado ou não envelopado |
Número de capsômeros |
|
|
Características secundárias
Estratéria de
replicação
Às vezes I, grupo de
virus que parece ser um grupo único de acôrdo com os critérios acima é relatado
como contendo um subgrupo de vírus que têm uma estratégia de replicação
diferente – nesse caso o grupo será dividido baseado no modo de replicação.
|
|
ALGUNS VÍRUS DE INTERESSE POTENCIAL
I = SIMETRIA ICOSAÉDRICA, H = SIMETRIA HELICOIDAL, C = SIMETRIA COMPLEXA |
|
DNA VIRUSES
|
|
Simetria
|
Envelope
|
Tamanho
|
Polimerase no virion
|
Observações e alguns exemplos
|
PARVOVIRIDAE
|
I
|
-
|
20nm
|
|
Inclui vírus associados aos adenovírus, parvovírus humano B19.
|
HEPADNAVIRIDAE
|
I
|
+
|
42nm
|
+
|
DNA replica via um RNA intermediário. Incluem vírus da hepatite B que aumentam o
risco de hepatocarcinoma.
|
PAPILLOMA-
VIRIDAE * |
I |
- |
40-60nm |
- |
Alguns membros causam verrugas, slguns estão associados com o risco aumentado de
câncer cervical |
POLYOMA-VIRIDAE *
|
I
|
-
|
40-60nm
|
-
|
SV40, alguns membros causam PML.
|
ADENOVIRIDAE
|
I
|
-
|
80nm
|
-
|
Mais de
40 sorotipos humanos
|
HERPESVIRIDAE
|
I
|
+
|
190nm
|
-
|
Latência comum. Incluem os virus do herpes simplex tipo 1 e 2, virus da varicela
zoster (catapora, cobreiro), vírus Epstein Barr (mononucleose infecciosa),
citomegalovírus.
|
POXVIRIDAE
|
C
|
+
|
200nm x
350nm
|
+
|
Vaccinia, varíola, vírus da varíola bovina citoplasmática, muito
complexo.
|
* Originalmente agrupado como parte dos PAPOVAVIRIDAE |
AS FAMÍLIAS DE VÍRUS DE DNA ACIMA ESTÃO LISTADAS DE ACÔRDO COM O AUMENTO
DO TAMANHO DO GENOMA
|
|
VÍRUS DE RNA – SENTIDO POSITIVO
|
|
Simetria
|
Envelope
|
Tamanho
|
Polimerase no virion
|
Observações e alguns exemplos
|
PICORNAVIRIDAE
|
I
|
-
|
30nm
|
-
|
Incluem enterovírus, rinovírus, vírus coxsackie, poliovírus, vírus da
hepatite A
|
CALICIVIRIDAE
|
I
|
-
|
35nm
|
-
|
Gastroenterite,
agente Norwalk provavelmente um membro
|
TOGAVIRIDAE
|
I
|
+
|
60-70nm
|
-
|
AGênero
Alfavírus:
inclui vírus da encefalite equina do Oeste (WEE), vírus da encefalite equina
do Leste (EEE), vírus da encefalite equina da Venezuela, vírus Chikungunya,
vírus Sindbis, vírus da floresta de Semliki. Gênero Rubrivírus
genus: contém somente o vírus da rubéola
|
FLAVIVIRIDAE
|
I
|
+
|
40-55nm
|
-
|
Incluem febre amarela, dengue, encefalite japonesa, encefalite de São
Luiz, etc. Apenas recentemente adquiriu o status de familia
(originalmente classificado com os Togaviridae).
|
CORONAVIRIDAE
|
H
|
+
|
75-160nm
|
-
|
Estimado como responsável por 10-30% dos resfriados comuns
|
RETROVIRIDAE
|
I
|
+
|
100nm
|
+
|
Têm transcritase reversa, alguns membros são oncogênicos am animais.
HIV é um membro. Genoma diplóide.
|
|
|
VÍRUS DE RNA – SENTIDO NEGATIVO
|
|
Simetria
|
Envelope
|
Tamanho
|
Polimerase no virion
|
Observações e alguns exemplos
|
RHABDOVIRIDAE
|
H
|
+
|
60 x 180nm
|
+
|
Entre esses se incluem o vírus da raiva, o vírus da estomatite
vesicular, vírus Mokola, vírus Duvenhage
|
PARAMYXOVIRIDAE
|
H
|
+
|
150-300nm
|
+
|
Incluem o vírus da doença de Newcastle, virus da parainfluenza, vírus da
caxumba, vírus do sarampo, vírus da doença respiratória sincicial
|
ORTHOMYXOVIRIDAE
|
H
|
+
|
80-120nm
|
+
|
Virus da Influenza tipo A e B têm genoma segmentado. Eles roubam ‘cap’s
de RNAm
|
BUNYAVIRIDAE
|
H
|
+
|
95nm
|
+
|
Mais de 86 membros, a maioria tendo vetores em artrópodos. Os membros
incluem o da encefalite da California, LaCrosse, febre hemorrágica do
Crimean-Congo, e vírus da febre de Rift Valley. Membros do gênero dos
antavírus (incluem agentes da febre hemorrágica coreana, síndrome
pulmonar humana nos Estados Unidos parece ter vetores em roedores.
Genoma segmentado.
|
ARENAVIRIDAE
|
H
|
+
|
50-300nm
|
+
|
Inclui virus da coriomeningite linfocítica, Lassa, Junin (febre
hemorrágica argentina), e vírus Machupo (febre hemorrágica boliviana).
Genoma segmentado
|
FILOVIRIDAE
|
H
|
+
|
80nm x
800-900nm
|
+
|
Vírus Marburg, vírus Ebola, vírus Reston
|
|
|
VIRUS RNA – DE FITA DUPLA
|
|
Simetria
|
Envelope
|
Tamanho
|
Polimerase no virion
|
Observações e alguns exemplos
|
REOVIRIDAE
|
I
|
-
|
75nm
|
+
|
O reovirídeo inclui o reovírus, rotavírus e gênero
orbivírus.
Reovírus humano com
infecções aparentemente assintomáticas.
Membros desse grupo que afeta humanos incluem o virus da febre to piolho
do Colorado (orbivírus) e rotavírus humanos (podem causar
gastroenterites. Todos esses vírus têm genomas segmentados. |
|
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