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BMM 160 – Microbiologia Básica para Farmácia
Prof. Armando Ventura
Apostila de Virologia
Replicação viral Os vírus são parasitas intracelulares obrigatórios e sua forma extracelular tem a propriedade de interagir com o hospedeiro. Para se multiplicar, um vírus precisa replicar seu genoma e para isso, tem que infectar células alvo acessíveis no organismo hospedeiro. A célula que apresenta receptores específicos para interação com o vírus é considerada susceptível. Se além disso, a célula apresenta fatores celulares que permitam a replicação eficiente do vírus, ela é considerada permissiva. Para completar seu ciclo infeccioso o vírus precisa ter acesso a outras células susceptíveis e permissivas no organismo hospedeiro. A interação com elementos do sistema imunológico do organismo hospedeiro é um fator importante para a progressão do ciclo infeccioso, determinando o estabelecimento, eliminação ou persistência da infecção. Essa interação, irá então determinar se a infecção será produtiva ou abortiva.
- Infecção produtiva: produção de progênie viral viável.
- Infecção abortiva: ciclo replicativo viral interrompido. As etapas da multiplicação viral são: Adsorção / Ligação, Penetração, Desnudamento, Expressão e replicação do genoma viral, Montagem / Maturação, e Liberação. A primeira etapa da replicação dos vírus é o contato com a superfície das células a serem infectadas. Através de uma “ porta de entrada ” no hospedeiro os vírus atingem um tecido alvo em que as células são suscetíveis à infecção ( Fig 1). Os vírus presentes nesse ambiente, por exemplo o lúmen intestinal ou alvéolos pulmonares, podem ficar adsorvidos ao epitélio de maneira inespecífica ( adsorção ). Se o vírus possuir na superfície uma proteína capaz de reconhecer um receptor presente nas células, haverá uma ligação desse anti-receptor com o receptor celular ( Fig 2 ).
Fig 1. Portas de entrada. Começando pela figura do topo no sentido horário. Trato digestivo: alimentos ou água contaminados. Lesão de pele: drogas injetáveis, mordidas de animais ou picadas de insetos. Pele e mucosas: contato com fômites (objetos contaminados) ou com a pele de indivíduos doentes (aleitamento, relações sexuais). Vias respiratórias: partículas ou gotículas em suspensão. Fig 2. Ligação do vírion a receptores específicos da célula hospedeira Como exemplos de receptor celular e anti-receptor presente no vírion, podemos citar o CD nos linfócitos T4 e a gp120 no envelope do HIV, ou o ácido siálico nas células de epitélio de vias aéreas e a hemaglutinina na superfície do vírus influenza. Essas interações ditam a especificidade, e assim a gama de hospedeiros (conjunto de espécies animais ou diferentes linhagens celulares
capsídeo desintegra apenas parcialmente, permitindo a passagem de mRNA e metabólitos, como é o caso dos rotavírus (um Reovírus, com genoma de RNA dupla fita). À Figura 4 temos um esquema das etapas da replicação viral. Fig. 4. Replicação do genoma e síntese das proteínas virais Depois da penetração na célula, sucede-se um período em que não é possível detectar partículas virais (Fig 5 ). Este é chamado de período de eclipse , que é seguido por um rápido aumento dos vírus presentes no meio de cultivo, reflexo de um período de crescimento, que se estabiliza quando as células estão destruídas. A curva de crescimento viral apresentada à Fig. 5 pode ser obtida experimentalmente para a maioria dos vírus animais, quando dispomos de uma célula em cultura suscetível e conseguimos titular o estoque viral. Fig. 5 - Etapas da replicação viral
Um ponto-chave para entendermos as diferentes estratégias de replicação é o fato de que todo vírus em algum momento precisa de mRNA, para que suas proteínas sejam sintetizadas, seja qual for a natureza do genoma (Fig. 6).
Fig. 6- O mecanismo de replicação utilizado pelo vírus depende da natureza de seu
genoma.
Além de produzir mRNAs para efetivar a expressão gênica, outro aspecto importante é de que os vírus também têm que multiplicar seus genomas. Assim, haverá necessidade de intermediários, dependendo do genoma viral considerado. A replicação dos vírus do tipo I (DNA fita dupla) é feita em todos os casos pelo método semi-conservativo. Os genomas circulares de pequenas dimensões (ex: Poliomavirus) replicam-se por meio de forquilha bidirecional, a partir de uma única origem, como os plasmídeos bacterianos. Entre os vírus de animais, a replicação ocorre principalmente no núcleo, usando enzimas celulares.
Fig. 8- Mecanismo de replicação do DNA do adenovírus por "strand displacement".
O adenovírus possui uma proteína que é covalentemente ligada à extremidade 5' de
seu genoma e age como um iniciador para que a DNA polimerase sintetize uma nova fita de
DNA. Essa proteína funciona como iniciadora porque fornece uma hidroxila para que
aconteça a ligação com o grupamento tri-fosfato presente no nucleotídeo a ser incorporado.
À medida que a DNA polimerase vai adicionando os nucleotídeos complementares à fita
molde, a fita que não é molde vai sendo deslocada, daí o nome "strand displacement"
(Fig8).
Fig 9. Ciclo de replicação dos parvovírus, detalhes das extremidades do genoma e das
proteínas que codifica.
A replicação das formas de vírus do tipo II requer a formação de uma intermediário replicativo de DNA dupla fita. Esse intermediário é formado bem cedo após a infecção, pelas DNA polimerases da célula hospedeira envolvidas na "reparação" de regiões de DNA fita simples. O genoma codifica proteínas estruturais (VPs), e uma recombinase (Rep) que insere o genoma do vírus no genoma celular, e posteriormente dele retira fitas simples durante a replicação (Fig. 9).
No caso de um vírus com genoma de RNA simples fita positivo (RNA+) (vírus do tipo IV) que funcione como mRNA, ao entrar na célula este pode ser utilizado imediatamente pelos
ribossomos para traduzir as proteínas virais ( Fig 11 ). A RNA polimerase RNA-dependente viral,
codificada no genoma e produzida nessa primeira etapa de tradução, irá então atuar na fita de RNA+ original, gerando um RNA negativo molde (RNA-). Esse molde servirá para essa mesma enzima produzir mais fitas RNA+ que serão incorporadas às novas partículas virais. Esse tipo de genoma viral é dito infeccioso, ou seja se for inoculado artificialmente no citoplasma de uma célula, dará origem a partículas virais. Essa sequencia de eventos pode ser apreciada de modo esquemático
à Fig 11 , tendo como exemplo o vírus da poliomielite.
Fig 11. Ciclo de replicação do vírus da poliomielite.
Se considerarmos um vírus com genoma de RNA-, a tradução das proteínas virais não é possível de imediato, esse genoma tem que ser transcrito. Para tanto, é necessário que na partícula viral seja transportada uma RNA polimerase RNA-dependente, que fará a transcrição de mRNAs monocistrônicos para que possam ser traduzidas as proteínas virais. Além das proteínas estruturais de envelope e capsídeo, teremos mais RNA polimerases capazes de converter a fita genômica RNA- numa fita RNA+ complementar a todo o genoma. Esta será o molde para a síntese das fitas RNA- que se constituirão nos genomas das novas partículas virais. Esse tipo de genoma viral é dito não infeccioso, ou seja se for inoculado artificialmente no citoplasma de uma célula, não dará origem a partículas virais. Essa sequencia de eventos pode ser apreciada tendo como exemplo o vírus da Raiva à Fig 12. As famílias Bunyaviridae, Orthomyxoviridae (Influenza) e Arenaviridae possuem genomas segmentados. Os ortomixovírus replicam no núcleo como será detalhado na aula sobre Influenza. Fig. 12- Ciclo replicativo do vírus da raiva
Grupo VII – DNA dupla fita com intermediário de RNA (Hepadnavírus ) Fig 1 4. Ciclo do HepaDNAvírus e esquema do genoma na partícula viral Finalmente, devemos comentar a família dos hepaDNAvírus (hepatite B), que na partícula viral contêm um genoma de DNA dupla fita com regiões fita simples e restos de RNA ( Fig 1 4 ). Esse genoma é inserido no núcleo das células hospedeiras, sendo reparado e circularizado, para posteriormente ser transcrito produzindo os mRNAs virais. No entanto, é também gerado um “RNA total” que ao chegar no citoplasma serve de molde para a síntese do genoma viral (DNA), por um processo de transcrição reversa, feito pela polimerase viral! Esse processo de transcrição reversa deixa as falhas observadas no genoma que é encapsidado no processo de montagem da partícula viral. Comparando com os Retrovírus, temos nos dois casos a obrigatoriedade da passagem por um intermediário de DNA dupla fita, gerado pelo processo de transcrição reversa, em que RNA é convertido em DNA. A diferença entre essas duas formas de replicação é que a transcrição reversa ocorre na entrada na célula para os retrovírus (genoma de RNA na partícula viral), e na saída para os hepaDNAvírus (genoma de DNA na partícula viral).
Montagem e liberação das partículas virais. Após o acúmulo de proteínas estruturais e genomas virais em quantidade suficiente, inicia- se a montagem das partículas virais em nucleocapsídeos helicoidais ou icosaédricos, como vimos ao discutir a estrutura dos vírus. A liberação das partículas virais ocorre então de duas formas, falando genericamente. Os vírus não envelopados libertam-se das estruturas celulares pela lise da célula após acumularem-se no núcleo ou no citoplasma, como é o caso dos poliovírus ( Fig 1 5 ). Já os vírus envelopados têm que fazer um brotamento através de regiões da membrana citoplasmática ou internas, como a nuclear (herpes) ou do golgi (pox) em que foram inseridas as proteínas virais de envelope ( Fig 16 ). Para que esse processo ocorra com precisão deve haver o reconhecimento de onde essas proteínas estão localizadas, o que se dá através de interações proteína-proteína, como no processo de montagem dos capsídeos.
Fig. 15 - Liberação por lise
Fig. 16 - Liberação por brotamento
