DOENÇAS INFECCIOSAS

VIROLOGIA – CAPÍTULO CINCO 

GENÉTICA VIRAL

Dr Margaret Hunt
Professor Emerita
Department of Pathology, Microbiology and Immunology
University of South Carolina School of Medicine

Tradução: PhD. Myres Hopkins

OBJETIVOS

Introdução à genética de vírus animais

Vírus crescem rapidamente, há normalmente um grande número de virions na progênie por célula.  Há, entretanto mais chances de mutações ocorrendo em um curto período de tempo.

A natureza do genoma viral (RNA ou DNA; segmentado ou não segmentado) tem papel importante na genética do vírus.

Vírus podem mudar geneticamente devido a mutações ou recombinação

MUTANTES

Origem

Mutações espontâneas

Estas aparecem naturalmente durante a replicação viral: ex. devido a erros da polimerase replicadora do genoma ou como resultado da incorporação de formas tautoméricas das bases

Vírus de DNA tendem a ser mais estáveis geneticamente do que vírus de RNA. Há mecanismos de correção de erro na célula hospedeira para reparo de DNA, mas provavelmente não para RNA.

Alguns vírus de RNA são bastante invariantes por natureza. Provavelmente esses vírus têm a mesma taxa elevada de mutação que outros vírus de RNA, mas são tão precisamente adaptados para a transmissão e replicação que mudanças muitissimamente pequenas resultam em sua falha em competir com sucesso com o vírus tipo parental (tipo selvagem).

Mutações que são induzidas por agentes físicos ou químicos compreendem

Químicos: 

Agentes que agem diretamente nas bases, ex. ácido nitroso
Agentes que agem indiretamente, ex. análogos de base que provocam êrros de pareamento mais frequentemente do que as bases normais, gerando assim mutações.

Físicos:

Agentes tais como luz UV ou raios-X

Tipos de mutação

Mutantes podem ter mutações de ponto (uma base substituida por outra) ou mutações por inserção/deleção.

Exemplos de tipos de mudanças fenotípicas vistas em vírus mutantes

(fenótipo = propriedades observadas de um organismo)

Mutantes condicionais letais: Esses mutantes se multiplicam em certas condições mas não em outras (enquanto que o vírus do  tipo selvagem cresce em ambas as condições)

ex. mutantes sensíveis à temperatura (ts) – Estes irão crescer em baixa temperatura ex. 31 graus C mas não em ex. 39 graus C, tipo selvagem cresce a 31 e 39 graus C. Aparentemente a razão para isso é frequentemente que a proteína alterada não consegue manter a conformação funcional na temperatura elevada.

ex. Mutação de espectro de hospedeiro – Esses mutantes irão crescer somente em um grupo de tipos celulares no qual o vírus do tipo selvagem irá crescer – tais mutantes proporcionam um meio de investigar o papel da célula hospedeira na infecção viral

Tamanho da placa: As placas podem ser maiores ou menores do que o vírus do tipo selvagem, às vezes tais mutantes exibem patogenicidade alterada

Resistência a droga: Isto é importante no desenvolvimento de agentes antivirais – a possibilidade de mutantes resistentes aparecerem sempre deve ser considerada

Mutantes deficientes em enzimas:  Algumas enzimas virais nem sempre são essenciais e podemos isolar mutantes viáveis deficientes em enzimas; ex. a timidina cinase do vírus do herpes simplex normalmente não é necessária em cultura de tecidos mas é importante na infecção de células neuronais

Mutantes "Quentes":  Estes crescem melhor em temperaturas elevadas do que o vírus do tipo selvagem. Podem ser mais virulentos pois a febre do hospedeiro tem pouco efeito nos mutantes mas tornam a replicação dos vírions do tipo selvagem mais lenta.

Mutantes atenuados:  Muitos mutantes virais provocam sintomas muito mais amenos (ou ausência de sintomas) comparados com o vírus parental – a isso se diz que eles são atenuados. Eles têm um potencial papel no desenvolvimento de vacinas e são ferramentas úteis na determinação do por que o vírus parental é prejudicial.

 

Recombinação

Troca de informação genética entre dois genomas.

Recombinação "Clássica"

Esta envolve a quebra de ligações covalentes dentro do ácido nuclêico, troca de informação genética, e re-formação das ligações covalentes.

Este tipo de quebra/reunião é comum em vírus de DNA ou naqueles vírus de RNA que têm uma fase de DNA (retrovírus). A célula hospedeira tem sistemas de recombinação de DNA.

Recombinação deste tipo e muito rara em vírus de RNA (provavelmente não há enzimas do hospedeiro para recombinação de RNA). Picornavívus exibe uma forma de recombinação de muito baixa eficiência. O mecanismo não é idêntico ao mecanismo padrão para DNA, e é provavelmente um mecanismo do tipo "escolha de cópia" (figura 1) no qual a polimerase troca de templates quando copia o RNA.

A recombinação é também comum nos coronavírus – e também o mecanismo é diferente do que ocorre com DNA e provavelmente é uma consequência da maneira não usual como o RNA é sintetizado neste vírus.

Até o presente, não há evidência de recombinação nos vírus de RNA de fita negativa produzindo vírus viáveis (Nesses vírus, o RNA genômico é empacotado em nucleocapsídeos e não está prontamente disponível para pareamento de bases).

Vários usos de técnicas de recombinação

a) Mapeamento de genomas (quanto mais separados um do outro forem dois genes, maior a chance de eventos recombinação entre eles).

b) Resgate de marcador – Fragmentos de DNA de vírus do tipo selvagem podem recombinar com vírus mutantes para gerar vírus do tipo selvagem - isso proporciona um meio de conferir uma função gênica a uma região específica do genoma. Este fato também proporciona um meio de inserir material exógeno em um gene (figura 2).

Recombinação habilita um vírus a pegar informação genética de vírus do mesmo tipo, e ocasionalmente de vírus não relacionados ou mesmo do genoma hospedeiro (como ocorre em alguns retrovírus – ver retrovírus).

Ressortimento (sentido: re-embaralhamento)

Se um vírus tem um genoma segmentado e se duas variantes daquele vírus infecta uma única célula, a progênie de virions pode resultar de alguns segmentos de um parental, e outros do outro.

Este é um processo eficiente – mas é limitado a vírus com genomas segmentados – até o presente os únicos vírus humanos caracterizados com genomas segmentados são os vírus de RNA ex. ortomixovírus, reovírus, arenavírus, buniavírus.

Ressortimento pode ter um papel importante na natureza na geração de novas combinações e também tem sido útil em experimentos laboratoriais (figura 3). Tem sido também explorada a atribuição de funções a diferentes segmentos do genoma. Por exemplo, em um vírus ressortido, se um segmento vem do vírus A e o resto do vírus B, podemos ver quais as propriedades que se assemelham à do vírus A e quais as do vírus B.

Ressortimento é um tipo de recombinação não clássica.

Genética aplicada

Existe uma vacina chamada Flumist (LAIV, aprovada em Junho de 2003) para o vírus da influenza que envolve alguns dos princípios discutidos acima. A vacina é trivalente – ela contém 3 linhagens de vírus da influenza: 

Os vírus são de linhagens adaptadas ao frio que podem crescer bem a 25 graus C e porisso podem crescer no trato respiratório superior onde é mais frio. Os vírus são sensíveis a temperatura e crescem pouco no trato respiratório inferior e mais aquecido. Os vírus são de linhagens atenuadas e muito menos patogênicas do que o vírus do tipo selvagem. Isso se deve a várias mudanças nos vários segmentos do genoma. 

Anticorpos para proteínas de superfície do vírus da influenza (HA - hemaglutinina e NA - neuraminidase) são importantes na proteção contra infecção. A HA e a NA mudam a cada ano. A tecnologia da vacina usa ressortimento para gerar vírus ressortidos que têm seis segmentos gênicos do vírus atenuado adaptado ao frio e os segmentos codificadores HA e NA do vírus, o que tem chance de ser um problema na estação da influenza que está por vir. 

Esta vacina é uma vacina viva e é dada intranasalmente como um spray e pode induzir a imunidade mucosa e sistêmica.

Complementação

Interação a um nível funcional NÃO ao nível do ácido nuclêico. Por exemplo, se pegarmos dois mutantes com uma lesão ts (sensível à temperatura) em diferentes genes, nenhum pode crescer a uma temperatura elevada (não permissiva). Se infectarmos a mesma célula com ambos os mutantes, cada mutante pode fornecer a função que falta do outro e portanto eles podem replicar (entretanto, a progênie de virions irá ainda conter genomas mutantes ts e irão ser sensíveis à temperatura).

Podemos usar complementação para agrupar mutantes ts, pois mutantes no mesmo gene não serão capazes normalmente de complementar um ao outro. Esta é uma ferramenta básica em genética para determinar se mutações estão no mesmo ou em genes diferentes e para determinar o número mínimo de genes que afetam uma função.

Multiplicidade de reativação

Se vírus de DNA dupla fita forem inativados usando irradiação ultravioleta, nós frequentemente vemos reativação se infectarmos células com o vírus inativado a uma multiplicidade de infecção muito alta (ou seja, várias partículas virais por célula) – isso ocorre porque vírus inativados cooperam de alguma forma. Provavelmente complementação permite que vírus cresçam inicialmente, pois genes inativados em um virion podem ainda estar ativos em um dos outros. Como o número de genomas presentes aumenta devido a replicação, a recombinação pode ocorrer, resultando em novos genótipos, e às fezes regenerando o vírus do tipo selvagem.

Vírus defeituosos

Vírus defeituosos não têm o complemento inteiro de genes necessários para um ciclo de infecção completa (muitos são mutantes por deleção) – e assim eles necessitam de outro vírus para fornecer as funções que faltam – este segundo vírus é chamado de vírus auxiliar.

Vírus defeituosos fornecem os sinais necessários para a polimerase replicar seus genomas e para seus genomas ser empacotados, e mais nada. Alguns vírus defeituosos conseguem fazer mais coisas sozinhos.

Alguns exemplos de vírus defeituosos:

Some retroviruses have picked up host cell sequences but have lost some viral functions. These need a closely related virus which retains these functions as a helper.

Alguns vírus defeituoses podem usar vírus não relacionados como auxiliares. Por exemplo, o vírus da hepatitis delta (um vírus de RNA) não codifica para suas próprias proteínas do envelope mas usa o envelope do vírus da hepatite B (um vírus de DNA).

Partículas defeituosas interferentes

A replicação dos vírus auxiliares pode ser menos eficiente do que se o vírus (partícula) defeituoso não estivesse lá. Isso é porque a partícula defeituosa está competindo com a auxiliar pelas funções que a auxiliar proporciona. Este fenômeno é conhecido como interferência, e partículas defeituosas que provocam este fenômeno são conhecidas como partículas “defeituosas interferentes” (DI). Nem todos os vírus defeituosos fazem isso, mas muitos fazem.

Note que é possível que partículas defeituosas interferentes podem modular infecções naturais

Mixagem fenotípica

Se dois vírus diferentes infectam uma célula, os vírus da progênie podem conter componentes da capa derivados de ambos os parentais, e assim eles irão ter propriedades de capa de ambos os parentais. Isso é chamado de mixagem fenotípica (figura 5). ISSO NÃO ENVOLVE ALTERAÇÃO NO MATERIAL GENÉTICO, a progênie de tais virions será determinada pelo tipo de genoma parental que é empacotado e não pela natureza do envelope.

Mixagem fenotípica pode ocorrer entre vírus relacionados, ex. diferentes membros da família dos Picornavírus, ou entre vírus geneticamente não relacionados, ex. vírus Rabdo e Paramixo. No último caso os dois vírus envolvidos são normalmente envelopados pois ao que parece há menor controle no empacotamento de nucleocapsídeos em outros envelopes virais do que no empacotamento de ácidos nuclêicos em outros capsídeos icosaédricos de outros vírus.

Podemos ter também a situação em que uma capa é inteiramente a mesma de outro vírus, ex. um nucleocapsídeo de retrovírus em um envelope de rabdovírus. Esse tipo de mixagem fenotípica é às vezes referida como uma formação de pseudotipo (pseudovirion) (figura 6). O pseudotipo descrito acima irá mostrar as características de antigenicidade em termos de adsorção-penetração-superfície do rabdovírus, e irá então com a infecção se comportar como um retrovírus e produzir uma progênie de retrovírus. Isso resulta em pseudotipo, tendo um tropismo espectro/tecido alterado em base temporária.

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