Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Prepara tus exámenes
Prepara tus exámenes y mejora tus resultados gracias a la gran cantidad de recursos disponibles en Docsity
Prepara tus exámenes con los documentos que comparten otros estudiantes como tú en Docsity
Encuentra los documentos específicos para los exámenes de tu universidad
Estudia con lecciones y exámenes resueltos basados en los programas académicos de las mejores universidades
Responde a preguntas de exámenes reales y pon a prueba tu preparación
Consigue puntos base para descargar
Gana puntos ayudando a otros estudiantes o consíguelos activando un Plan Premium
Comunidad
Pide ayuda a la comunidad y resuelve tus dudas de estudio
Ebooks gratuitos
Descarga nuestras guías gratuitas sobre técnicas de estudio, métodos para controlar la ansiedad y consejos para la tesis preparadas por los tutores de Docsity
Asignatura: Microbiologia, Profesor: Josep Turet, Carrera: Biotecnologia, Universidad: UVic
Tipo: Apuntes
1 / 29
Esta página no es visible en la vista previa
¡No te pierdas las partes importantes!
Assignatura: MICROBIOLOGIA GENERAL
Unitat didàctica 6. Virologia
UD 6.1. Virologia general
Professorat: Jordi Planas i Josep Turet [email protected]
Redacció: Jordi Planas i Josep Turet
No es pot copiar sense permís.
Drets reservats © 2015
Universitat de Vic - Universitat Central de Catalunya
C. Sagrada Família, 7. 08500 Vic
www.uvic.cat
Facultat de Ciències i Tecnologia
Continguts
Unitat didàctica 6. Virologia
Un virus és un agent infecciós i paràsit obligat. Aquest agent pot alternar dos estats diferents: un d’intracel·lular i l’altre extracel·lular. En l’estat extracel·lular o infecciós, els virus són partícules submicroscòpiques (necessitat del microscopi electrònic per a la seva visualització), anomenades PARTICULES VIRIQUES O VIRIONS, que no presenten activitat metabòlica i que estan composades per:
Quant a la morfologia i l’estructura vírica, tot i la seva diversitat, es pot parlar de 3 simetries bàsiques (que en realitat corresponen a 4 tipus estructurals):
SIMETRIA HELICOIDAL
Morfològicament semblen varetes que, quan s’examinen amb prou detall, es veu que les unitats estructurals que la constitueixen estan disposades helicoïdalment (figura 1). Aquests virus estan formats habitualment per múltiples unitats proteiques idèntiques entre sí (CAPSÒMERS MONOMÈRICS), que s’agrupen al voltant d’una molècula única d’àcid nucleic. Aquests capsòmers es troben disposats com els esglaons d’una escala de cargol (disposició helicoïdal). Com que l’àcid nucleic es troba normalment en estreta interrelació amb cadascun dels monòmers de la càpsida, l’estructura helicoïdal completa (GENÒFOR+CÀPSIDA) rep el nom de NUCLEOPROTEÏNA (com tots els complexos nucleoproteics). Ex: el virus del mosaic del tabac (TMV) i virus Y de la patata.
Facultat de Ciències i Tecnologia
Figura 1. Morfologia i estructura corporal dels virus amb simetria helicoïdal (segons Schlegel, 1997; Stanier et al., 1989 i Madigan et al., 2003). Microfotografies electròniques del virus del mosaic del tabac (TMV) amb ombrejat metàl·lic (a) i amb tinció d’àcid fosfotúngstic (b), microfotografia electrònica d’alta resolució d’una porció de la partícula del TMV (c) i esquema de l’estructura corporal del mateix virus.
(c) (d)
(a) (b)
Facultat de Ciències i Tecnologia
La morfologia complexa comprèn tant les morfologies flexibles i amb tendència al polimorfisme, degudes a la presència d’una membrana embolcallant (VIRUS AMB EMBOLCALL), com les formacions binàries (CAP i CUA) típiques de molts BACTERIÒFAGS (VIRUS DE BACTERIS), també anomenats “fags”.
o VIRUS AMB EMBOLCALL (figura 3): En molts d’aquests virus, les NUCLEOCAPSIDES es presenten a l'interior de l’embolcall amb simetria POLIEDRICA o HELICOÏDAL. Mentre molts dels virus d’animals són amb EMBOLCALL, quasi tots els virus de vegetals i els bacteriòfags són NUS.
o BACTERIÒFAGS BINARIS o BIMEMBRES (figura 4):
Alguns bacteriòfags són helicoïdals, d’altres tenen simetria polièdrica, però molts d’ells estan composats per:
CAP: estructuració amb simetria polièdrica (tal i com ja hem explicat), dins la qual s’hi situa l’àcid nucleic. CUA: formació tubular de diferent complexitat segons el fag. La majoria dels fags presenten l’estructura d'un tub format per un sol tipus de proteïna, però alguns presenten un tub extern que rodeja al tub central i que s’anomena BEINA, així com més formacions que li donen una notable complexitat. Es pot observar el cas dels fags T-parell (ex: T-4, figura 4).
Figura 3. Morfologia i estructura corporal dels virus amb embolcall (segons Tortora et al., 2007). Esquema il·lustratiu d’una partícula vírica amb embolcall i càpsida de simetria helicoïdal (a). Microfotografies electròniques dels virions dels virus de la verola (b), una espècie del gènere Orthopoxvirus , i d’un virus Influenzavirus A2 (c).
(a) (c)
(b)
Facultat de Ciències i Tecnologia
(c)
(d)
Figura 4. Morfologia i estructura corporal dels virus complexes de simetria binària (segons Stanier et al., 1989; Madigan et al., 2003, i Tortora et al., 2007). Esquema il·lustratiu d’una partícula vírica amb simetria complexa binària (a). Microfotografies electròniques de virions de bacteriòfags T-parells (b), d’un bacteriòfag de Bacillus subtilis que s’adsorbeix als flagels (c) i del bacteriòfag T4 d’ Escherichia coli (d).
La classificació dels virus encara no està totalment reglamentada i inclou diferents terminologies.
En primer lloc, cal tenir en compte que es solen classificar per separat els virus d’animals, els de vegetals i els de bacteris. Això té un cert sentit degut a l’especificitat que els virus tenen en relació a l’hoste, però també cal esmentar les modificacions que s’hauran de fer quan hi hagi un millor coneixement dels virus de fongs i de protoctists. Sempre que s’ha buscat un possible virus d’una espècie d’organisme, s’ha trobat!!.
A partir d’aquí, cada virus detectat i estudiat es sol assignar a un grup segons:
També hi solen intervenir com a propietats importants dins la taxonomia vírica:
(a)
CAP
(b)
CUA
Placa basal
Fibres de la cua
Facultat de Ciències i Tecnologia
Figura 5. Mètode analític per a la determinació de les concentracions de bacteriòfags a partir del recompte de calbes de lisi. Els resultats s’expressen en unitats formadores de calba per unitat de volum (pfu/mL).
Les fases essencials comunes als cicles de multiplicació de tots els virus comprenen (figura 6):
I. Contacte i fixació a la cèl·lula hoste: ADSORCIÓ II. Entrada al protoplasma de la cèl·lula hoste: PENETRACIÓ o INJECCIÓ // INFECCIÓ III. Formació de noves partícules víriques: MULTIPLICACIÓ VÍRICA, que comprèn la SÍNTESI DE MATERIAL VÍRIC i l’associació d’aquest material per a la formació dels virions (MADURACIÓ DELS VIRIONS) IV. La sortida dels virions de la cèl·lula hoste: ALLIBERACIÓ, la qual produeix moltes vegades la LISI CEL·LULAR per EXPLOSIÓ de la cèl·lula parasitada
1/10 (^) 1/10 1/
10 -1^10 -2 10 -3 10 -
1/
10 -
Mostra FAGS
1/
Medi d’agar tou
Doble capa d’agar
Alíquotes en diferents tubs i plaques
Incubar
0,5 mL
Calbes de lisi (PFU)
1/10 (^) 1/10 1/
10 -1^10 -2 10 -3 10 -
1/
10 -
Mostra FAGS
Mostra FAGS
1/
Medi d’agar tou
Doble capa d’agar
Alíquotes en diferents tubs i plaques
Incubar
0,5 mL
Calbes de lisi (PFU)
Facultat de Ciències i Tecnologia
Figura 6. Estadis representatius del cicle lític dels virus virulents.
Els virus que compleixen cíclicament i regularment aquestes etapes i que, per tant, poden també causar la mort (moltes vegades per lisi cel·lular) d’una forma regular de les cèl·lules hostes s’anomenen VIRUS VIRULENTS. Aquest cicle que els caracteritza rep el nom de CICLE LÍTIC, el qual no ha de ser necessàriament de lisi cel·lular, ni tan sols, en molts casos, letal per a la cèl·lula hoste.
Aquest cicle és representatiu de molts virus, tant d’animals, de plantes i de fongs. No obstant, els virus bacterians (BACTERIOFAGS o FAGS) han servit sovint com a model experimental per la qual cosa s’han estudiat amb més detall que la resta de virus. És per això que és normal l’ús dels termes:
Mentre els virus vegetals sembla que entrin generalment en els seus hostes a través de fissures en la paret cel·lular, i moltes vegades per l’acció de la picada d'un insecte que se n’alimenta, els virus animals i els bacteriòfags inicien el cicle amb un contacte específic entre el virió i la cèl·lula hoste receptora. Concretament, una estructura molecular determinada de la superfície del virió s’uneix específicament a un component molecular de la superfície cel·lular. Aquest procés de contacte i fixació s’anomena ADSORCIÓ.
Entre les estructures moleculars específiques de la superfície dels virus hi ha:
Facultat de Ciències i Tecnologia
relacionades amb la superfície cel·lular o amb els vacúols digestius, els detalls complets d’aquest procés pels diferents tipus de virus no es coneixen totalment. En el cas dels picornavirus, quan entren en contacte amb els receptors de la cèl·lula hoste, els capsòmers experimenten uns canvis conformacionals que provoquen l’alliberament del material genètic que entra directament a l'interior de la cèl·lula; ex: poliomielitis, rhinovirus, hepatitis A, etc...).
A diferència de la càpsida dels virus animals i vegetals, la càpsida de la majoria dels bacteriòfags resta unida a un component de la superfície de la cèl·lula, mentre que l’àcid nucleic del virus, moltes vegades acompanyat de proteïnes internes, s’injecta al protoplasma. En el cas dels fags T-parell, després de l’adsorció cel·lular per la interacció de les fibres i espines de la cua, es produeix una contracció de la beina i el tub buit de la cua s’interna a l'interior de la cèl·lula travessant la paret i la membrana cel·lular. Els fags filamentosos són una excepció a la resta de bacteriòfags, ja que la infecció es produeix per l’entrada tant del genòfor com de la proteïna de la nucleocàpsida.
L'activitat que desenvolupa un virus virulent a l'interior de la cèl·lula hoste produeix un reguitzell de partícules víriques i, per tant, la multiplicació vírica. Aquesta activitat es pot dividir en:
L’experiment anomenat "CREIXEMENT EN ESGLAÓ" (Stanier et al., 1989), efectuada per DELBRÜCK, M. (1940) amb el fag T2, ha esdevingut molt important i útil per a l’anàlisi genètica i fisiològica de la CINÈTICA DE LA MULTIPLICACIÓ VÍRICA en molts virus. Ha demostrat que existeix una fase de LATÈNCIA o ECLIPSI, la qual correspon al període durant el qual s’estan sintetitzant els components dels virus per a donar nous virions. Aquest tipus d’experiments conformen la base de referència per al seguiment experimental de la cinètica de síntesi dels diferents components vírics (àcid nucleic, proteïnes, etc...) i, per tant, permeten el coneixement de la successió d’esdeveniments en una sola cèl·lula sensible quan aquesta és infectada per un virió.
Els diagrames de la figura 7 mostren esquemàticament les diferents formes de replicació del genòfor dels virus.
La replicació dels DNAs vírics sol produir-se majoritàriament a partir de formes bicatenàries i circulars. Els DNAs monocatenaris passen normalment a bicatenaris abans de qualsevol activitat replicativa. Els DNA lineals adopten, en la major part dels casos, la forma circular dins la cèl·lula hoste gràcies a dos mecanismes diferents, els quals depenen de si la molècula lineal té EXTREMS COHESIUS (esdevé la cohesió per complementarietat i actuació de la DNA ligasa) o REDUNDÀNCIA TERMINAL (per recombinació entre aquestes regions homòlogues).
Facultat de Ciències i Tecnologia
Figura 7. Esquemes indicatius de les diferents estratègies en la replicació dels genòfors dels virus. Descodificació: Replicasa : RNA polimerasa RNA dirigida, T.I. : Transcriptasa inversa (DNA polimerasa RNA dirigida).
Facultat de Ciències i Tecnologia
fins a:
Un aspecte prou conegut, però que cal emfasitzar és que amb l’excepció dels enzims vírics que hem esmentat, els virus utilitzen les estructures cel·lulars, la maquinària biosintètica i l’energia de l’hoste per a replicar-se.
Tota aquesta activitat dirigida a la multiplicació vírica està altament regulada. En relació a l’expressió dels gens vírics, els mecanismes de regulació actuen donant lloc a dues fases diferenciades:
a) PRIMERENCA (Fase de producció de les proteïnes PRIMERENQUES), que determinen tota l’activitat de replicació i transcripció del genòfor víric, i bona part de la de traducció (fase de síntesi de material víric - fase d’eclipsi).
b) TARDANA (Fase de producció de les proteïnes TARDANES), les quals determinen la formació de les partícules víriques (MADURACIÓ) i l’alliberació dels virions.
Atenció: EFECTES DELETERIS. Els efectes del desenvolupament intracel·lular dels virus sobre les cèl·lules hostes difereixen àmpliament, però sempre són DELETERIS (causen efectes nocius): inhibició del creixement, destrucció de gran part del DNA de la cèl·lula hoste (producció de nucleases), etc...
L’assemblatge dels virions es produeix quan les proteïnes i l’àcid nucleic víric s’han acumulat en quantitat suficient dins la cèl·lula hoste. Aquest procés de maduració es troba relacionat amb la producció de les proteïnes "tardanes" i és de complexitat variable depenent del tipus de virus. Així:
o TMV i virus helicoïdals afins: Procés relativament senzill. Associació de les proteïnes de la càpsida amb el genòfor víric i enrotllament gradual del conjunt per a la formació d’una hèlix. Cap ajut per part de la cèl·lula hoste; és un procés que s’ha efectuat "in vitro".
o Bacteriòfags helicoïdals: Procés associat a la membrana cel·lular (superfície interna), de manera que, mentre hi ha l’associació de la proteïna amb el genòfor víric (DNA?), el filament nucleoproteid del virió és expulsat a través del límit cel·lular.
o Virus icosaèdrics (polièdrics): Formació d’una PROCÀPSIDA buida, en la que s’introdueix més o menys específicament l’àcid nucleic corresponent, el qual es condensa en un empaquetament dens, i, posteriorment, la càpsida plena és tancada.
o Fags binaris: Assemblatge o formació del CAP (de la forma exposada pels virus polièdrics) i de la CUA per separat. Posteriorment, les CUES s’uneixen als CAPS plens.
o Virus amb embolcall: El pas final, després de la construcció de l’estructura nucleoproteica, és l’adquisició d'un tros de membrana de l’hoste que s’embolcalla al seu voltant durant la sortida de la cèl·lula. Abans
Facultat de Ciències i Tecnologia
d’aquesta sortida, determinades proteïnes codificades pel virus (normalment glicosilades) s'hauran integrat en la regió de la membrana que recobrirà al virus en el procés d’extrusió.
El procés d’alliberació també és variable:
o Els virus amb embolcall ho fan per exocitosi. Per tant, es solapa aquí el procés final de la seva maduració amb l’alliberació vírica. Si aquesta és multitudinària, produirà la destrucció de la cèl·lula.
o Alguns dels virus animals sense embolcall passen a través de la membrana cel·lular sense mal aparent per a la cèl·lula hostal (ex: adenovirus). D’altres maten la cèl·lula hoste que, en l'autolisar-se, permet l’alliberament dels virus al medi.
o Molts dels virus vegetals maten la cèl·lula que, en autolisar-se, allibera els virus.
o En el cas dels bacteriòfags filamentosos, l’alliberament coincideix amb el procés final de la seva maduració. Es finalitza la seva formació mentre van sortint.
o Altres bacteriòfags (polièdrics i binaris) causen la lisi de la cèl·lula hoste. Moltes vegades ho fan explosivament:
NOTA: Existeix un procés artificial d’infecció de cèl·lules amb àcid nucleic purificat d'un virus. S’anomena TRANSFECCIÓ. És un procés que té molt poca eficiència, però que, com que no necessita interacció específica virió-cèl.lula, la gama d’hostes que poden ésser TRANSFECTATS per un determinat àcid nucleic és molt ,és gran que els que poden ésser infectats per virions intactes.
Hi ha virus, que no presenten un cicle lític com el que s’ha exposat. Aquests virus poden infectar a una cèl·lula hoste sense multiplicar-se dins seu, ni produir-ne la lisi. Mostren una MULTIPLICACIÓ SINCRÒNICA amb la cèl·lula hoste, ja que el seu material genètic es replica conjuntament amb el de la cèl·lula perquè s’ha INTEGRAT al genòfor bacterià o perquè es troba en forma de PLASMIDI dins el protoplasma cel·lular.
Els bacteris infectats amb un virus presenten IMMUNITAT (són insensibles) a la infecció per part d’altres partícules víriques del mateix tipus o semblants. Finalment, també cal dir que aquests bacteris infectats produeixen espontàniament virions fàgics durant el seu cultiu.
Facultat de Ciències i Tecnologia
Es distingeixen dos tipus de lisogènia i, per tant, dos tipus de bacteriòfags atenuats:
NOTA: Qualsevol residència de la informació vírica dins d’una cèl·lula hostal, de manera que aquesta es vagi heretant junt amb la informació genètica de l’hoste, s’ha de considerar com un estat de lisogènia. S’haurà de parlar de PROVIRUS i VIRUS ATENUATS o TEMPERATS.
A vegades, durant el desenvolupament multiplicatiu de certs bacteriòfags virulents o atenuats, es produeixen errors durant el procés d’empaquetament del material genètic a la càpside, l’ENCAPSIDACIÓ. Així, alguns virions empaqueten DNA bacterià reemplaçant tot o una part del complement normal de DNA fàgic. Aquests virions són denominats PARTÍCULES TRANSDUCTORES.
Com que la càpsida d’aquestes partícules transductores no difereix de la d'un virió normal i és aquesta càpsida la que determina la capacitat infectiva (adsorció i penetració o injecció), la partícula pot transferir el seu material genètic a una nova cèl·lula hoste. El resultat és una transferència de material genètic entre la primera cèl·lula infectada, la cèl·lula donadora, i la cèl·lula receptora, que el podrà integrar dins els seu endogenot per recombinació o en forma de replicó independent. Com que la cèl·lula receptora no ha estat infectada amb un genoma víric complert, no experimentarà lisi i, per tant, podrà transmetre els canvis genètics a la descendència. Estem davant d'un fenomen sexual bacterià anomenat TRANSDUCCIÓ.
Cal tenir en compte que els fags que ocasionalment produeixen partícules transductores són relativament comuns dins el món bacterià i, per tant, ens permet suposar que la transducció té una funció important en la transferència genètica dins la natura.
La transducció es dóna i s’ha estudiat intensament utilitzant els bacteris com a models experimentals. Ara bé, hi ha canvis genètics dins el món dels eucariotes per culpa dels virus? Segur que sí: per integració de nova informació genètica o per recombinació. Per tant la transducció seria un mecanisme d’intercanvi genètic que es produiria entre totes les entitats cel·lulars susceptibles d’infecció vírica.
Existeixen dos tipus de transduccions i de partícules transductores: la transducció GENERALITZADA (o no especialitzada) i la transducció ESPECIALITZADA (específica o localitzada).
NOTA: La majoria dels fags només realitzen un dels dos tipus i un nombre limitat fa les dues.
Aquest mecanisme permet la transmissió de qualsevol gen bacterià. Per tant, qualsevol marcador cromosòmic pot ésser transferit de la cèl·lula donadora a la receptora. Els bacteriòfags que formen partícules transductores
Facultat de Ciències i Tecnologia
generalitzades poden ser tant dels virulents com dels atenuats. Un esquema general representatiu del procés seria s’esquematitza a la figura 9.
En una infecció lítica, així com també en la inducció d'un pròfag a l’estat vegetatiu, el DNA de l’hoste és freqüentment degradat en fragments durant l'activitat multiplicativa del virus, i alguns d’aquests fragments poden ésser incorporats dins de les partícules virals. S’obtenen fàcilment, per tant, tot un reguitzell de partícules transductores. Les pautes de desenvolupament són similars en tots dos tipus de fags.
Si posem un exemple representatiu, el bacteriòfag P22 (el qual també fa la transducció especialitzada), es pot assolir una major concreció del fenomen:
És un fag de Salmonella typhimurium , en el que sembla que és una conseqüència inevitable del procés d’ompliment del cap del bacteriòfag l’obtenció d’unes quantes partícules transductores generalitzades.
En la replicació del DNA fàgic, probablement pel mecanisme del cercle rotatiu, es sintetitzen llargs filaments de DNA (concatèmers), i, per al seu empaquetament posterior, es trenquen per una ruptura específica produïda per una endonucleasa en " pac ", i successives ruptures que donen una longitud de cada tros de DNA d'un 2% més gran que la longitud del genoma del fag. Aleshores, s’obtenen DNAs amb REDUNDÀNCIA TERMINAL i PERMUTATS CIRCULARMENT (inicis i acabaments diferents en els diferents trossos).
Es produeixen partícules transductores quan esdevé la ruptura del genoma bacterià en llocs reconeguts semblants al locus " pac ". Aleshores, es van tallant i empaquetant trossos del genoma bacterià a partir del lloc reconegut i tallat. Això també es pot produir en un plasmidi.
A nivell de laboratori es treballa amb P22 i es solen fer servir mutants:
Figura 9. Transducció generalitzada en bacteris (segons Prescott et al., 2004 i Willey et al., 2010).
Cal tenir en compte que s’han de prendre precaucions per evitar que els virions normals matin a les cèl·lules transduïdes (transductants): baixa multiplicitat d’infecció, treball amb temperatures restrictives i permissives (mutacions condicionals), irradiació amb llum UV...
Els creuaments transduccionals generalitzats proporcionen un camí adequat per construir soques bacterianes amb noves mutacions, així com també diferents vies per a obtenir informació sobre la distància entre gens en el genòfor bacterià. S’ha treballat per aquest segon punt sobre la base de la COTRANSDUCCIÓ: gens que poden ser
Fag de El fag infecta una cèl·lula
El DNA de l’hoste s’hidrolitza, es trenca en fragments i es DNA i proteïnes víriques
Els fags s’assemblen; de tant en tant un fag empaqueta un fragment de DNA bacterià
Un fag transductor injecta el seu DNA en un nou hoste
Fag transductor que conté DNA de l’hoste
Entrecreuament Cèl·lula receptora ( his -^ lys - ) El DNA transduït es recombina amb el cromosoma de la cèl·lula receptora Bacteri recombinant
