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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

Tradução: PhD. Myres Hopkins
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DR MYRES HOPKINS
ESCOLA DE MEDICINA DA UNIVERSIDADE DA CAROLINA DO SUL
 

LEITURA:
Murray et al., Microbiologia
 5th Ed., Capítulo 6 e partes do capítulo 51

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:

 

Cultivo em meio artificial

Divisão por fissão binária 

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.


 

RECURSOS DA WEB

Princípios da arquitetura dos vírus 
Linda Stannard

Sólitos Platônicos
Universdade de Utah

Triangulação de Números
J-Y Sgro

 


 
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

int4.jpg (201531 bytes)  G Simetria do adenovirus

  H Componentes de um capsídio icosaédrico

adpento3.gif (35105 bytes)  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 

tobaccomos2.jpg (90961 bytes) B   Close de um único bastão de TMV. Imagem do Comitê Internacional de Bases de Dados em Taxonomia de Vírus.

tobaccomos1.jpg (99994 bytes) 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

rabies-wad.gif (67510 bytes) F   Vírus da raiva  Wadsworth Center, NY Dept of Health

flucolo3.gif (58901 bytes) 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

pox.gif (21724 bytes) 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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