1898. bejerink, potvrdio eksperimente ivanovskogbiolozi.bio.bg.ac.rs/attachments/article/2182/virusi...

1892. Ivanovski, filtrabilni uzročnik mozaične bolesti duvana

1898. Bejerink, potvrdio eksperimente Ivanovskog

1898. Lefler i Froš, filtrabilni uzročnik slinavke i šapa

1909. Landštajner i Poper, filtrabilni uzročnik dečije paralize

Nazvani terminom „virusi“ – živi otrov

1915. Tvort i 1917. Derel, otkriće bakteriofaga – virusa koji napadaju bakterije

Najmanji i najjednostavniji

mikroorganizmi

Nemaju ćelijsku građu –

acelularni

Virusna čestica – virion

Ubrajaju se u žive organizme

jer poseduju genetičku

informaciju za sopstvenu

reprodukciju

Na granici veličine

makromolekula (20-300 nm)

Van ćelije metabolički

inertni (neaktivni)

Obligatni intracelularni

paraziti - u ćeliji koriste

metabolički aparat (enzime,

ribozome) i energiju

domaćina za sopstvenu

reprodukciju

1 čestica virusa može dati

preko hiljadu novih virusnih

čestica

Nukleinska kiselina (DNK ili

RNK)

Kapsid, proteinske prirode,

izgrađen iz strukturnih

jedinica – kapsomera

Nukleinska kiselina i kapsid

grade nukleokapsid

Kod nekih virusa postoji

dodatni omotač poreklom od

citoplazmatične membrane

domaćina i specifičnih

virusnih proteina

U nukleokapsid mogu biti

upakovani enzimi

neophodni za inicijalne faze

infekcije; sintetišu se i

pakuju u ćeliji prethodnom

domaćinu

DNK ili RNK

jednolančana ili dvolančana, cirkularna ili linearna, neki RNK

genomi su segmentirani

Proteinski omotač – kapsid Izgrađen od kapsomera

Kubna, spiralna ili kompleksna simetrija

◦ Kompleksna tipična za bakteriofage

◦ Spiralna tipična za biljne viruse

◦ Animalni virusi imaju najveću

varijabilnost u simetriji kapsida

Adenovirus

(dsDNK)

Ikosaedarna

simetrija

papova virus

(dsDNK)

polio virus

(+ssRNK)

Bakteriofag T4 Bakteriofag λ

Bakteriofag Mu

Najčešće animalni virusi,

kubne ili spiralne simetrije

Na površini se uočavaju

šiljci, virusni glikoproteini

Kod influenca virusa:

◦ hemaglutinin (H), vezuje se

za ćelijske receptore

◦ neuraminidaza (N), enzim

koji olakšava oslobađanje iz

ćelije

Influenca virus

DNK virusi

Virusi metanogena i halofila

imaju sličnu morfologiju kao T4

fag i linearnu dsDNK

Virusi hipertermofilnih Archaea

(Sulfolobus, Pyrococcus) imaju

neobičnu morfoligiju i linearnu

ili cirkularnu dsDNK virus hipertermofilne Archaea

roda Pyrococcus, ima kratak rep

PAV1

DNK virusi hipertermofilnih Archaea

roda Sulfolobus

• Prema domaćinu:

(bakterijski, animalni, biljni i virusi gljiva)

• Prema nukleinskim kiselinama:

• Prema načinu replikacije

Klasifikacija u taksonomske kategorije najviše se koristi kod

animalnih virusa, najčešće do nivoa familija; familija dobija

ime sa nastavkom viridae, rod ima nastavak virus, a vrsta

dobija naziv prema bolesti koju izaziva.

‘+’ lanac RNK služi kao iRNK

‘-‘ lanac RNK je matrica za sintezu iRNK (komplementaran je iRNK)

‘+’ lanac DNK je istog smisla kao i iRNK, tj. služi kao matrica za sintezu

– lanca (dvolančana replikativna forma), a onda - lanac DNK služi kao

matrica za sintezu iRNK

Uloga u početnim fazama infekcije

DNK polimeraza ili RNK polimeraza

Reverzna transkriptaza (retrovirusi)

Lizozim (bakteriofagi)

Sintetišu se u prethodnom domaćinu i pakuju u kapsid

Elektronska mikroskopija (moć razdvajanja 0.4-1 nm) – determinacija morfologije virusnih čestica (veličina 20-300 nm)

Imunološke metode – reakcije antigen-antitelo korisne za identifikaciju virusa u ćelijama i tkivima i za određivanje srodnosti i klasifikaciju virusa

Izolacija nukleinskih kiselina i proteina – biohemijske metode izučavanja

Izučavanje interakcije virusa i ćelije domaćina – gajenje virusa na bakterijama domaćinima

Adsorpcija

Penetracija

Replikacija

◦ sinteza nukleinske kiseline

◦ sinteza proteina kapida

Sazrevanje (maturacija)

Oslobađanje iz ćelije

Adsorpcija na specifične

receptore

Kod bakteriofaga ulazi

nukleinska kiselina

Animalni i biljni virusi ulaze sa

kapsidom (translokacijom,

endocitozom, fuzijom

membrane sa dodatnim

omotačem virusa, posredstvom

insekata) i nukleinska kiselina

se oslobađa u ćeliji

Pakovanje nukleinske kiseline u kapsid

Sklapanje kapsida “self assembly” proces, ponekad učestvuju šaperoni

Oslobađanje lizom ćelije

Prolaskom kroz citoplazmatičnu membranu bez lize

Pupljenjem (virusi sa omotačem)

Posle adrsorpcije neko vreme nema zrelih virusnih čestica – period eklipse.

Period eklipse traje do pojave prvih zrelih virusa u ćeliji

Eklipsa i sazrevanje čine latentni period

Latentni period traje do oslobađanja prvih virusa iz ćelije

T2, T4

λ (lambda)

φX174

M13, fd

MS2

φ6

Virulentni

virusi Sa domaćinom

isključivo ulaze u

litički ciklus

Rezultat

razmnožavanja po

pravilu je liza ćelije

i oslobađanje

velikog broja

fagnih partikula

Na bakterijskom

tepihu daju svetle

plake

Umereni virusi Sa domaćinom ulaze u litički ili lizogeni

ciklus

Rezultat litičkog ciklusa je liza ćelije i

oslobađanje velikog br. fagnih partikula

Rezultat lizogenog ciklusa je lizogena

bakterija u kojoj je virus u stanju profaga;

lizogena bakterija se umnožava i svaka ćerka

ćelija u sebi nosi profag (1 kopiju virusne

DNK)

Profag je integrisan u hromozom domaćina (λ

fag) ili je ekstrahromozomalna DNK (P1 fag)

Na bakterijskom tepihu daju mutne plake

Lizogena indukcija – prelazak iz lizogenog u

litički ciklus

Lizogena konverzija – domaćin stiče nova

svojstva kodirana genima profaga (pr.

Corynebacterium diphteriae)

Genom dvolančana linearna DNK sa terminalnim ponavljanjem,

kodira 250 proteina, kapsid kompleksan, 25 proteina

Kompleksne simetrije: glava izduženi ikosaedar, kontraktilan

repić sa dugim kukicama

Virulentni virus: sa domaćinom stupa u litički ciklus, lizira ćeliju i

oslobađa se oko 100 virusnih čestica

Rani proteini (preko 20): nukleaze (isecaju DNK domaćina), DNK polimeraza,

enzim za sintezu 5-hidroksimetilcitozina, enzim za kovalentnu modifikaciju

RNK polimeraze domaćina tako da transkribuje virusne gene (rane gene

prepoznaje bez σ faktora)

Srednji proteini: novi σ faktori za kasne gene

Kasni proteini: proteini kapsida i lizozim

Replikacija genoma u linearnoj formi

Formiranje konkatemera rekombinacijom (džinovski molekuli DNK)

Pakovanje u glavu dok nije puna – headhful mehanizam (staje više od veličine genoma)

Terminalno ponavljanje (pojedini geni su duplirani i nalaze se na oba kraja genoma) i cirkularna permutacija (koji će geni biti ponovljeni zavisi od mesta zasecanja, na različitim fragmentima to su različiti geni)

Umereni virus, sa domaćinom može ući u lizogeni ili litički ciklus

Kompleksan kapsid: glava i nekontraktilni rep bez kukica

Genom linearna dvolančana DNK sa jednolančanim komlementarnim krajevima (12 nukleotida, cos mesta = ‘cohesive sites’), u ćeliji se cirkularizuje

Litički ciklus:

• Faza replikacije virusa

• Faza maturacije virusa

• Liza ćelije i oslobađanje novih viriona

Lizogeni ciklus:

• Virusna DNK je profag integrisan u

hromozom domaćina

• Ćelija je lizogena, imuna na ponovnu

infekciju istim tipom virusa

• Ekspresija virusnog represora CI

sprečava ekspresiju drugih gena i ulazak

u litički ciklus

Lizogena indukcija – prelazak iz

lizogenog u litički ciklus

U početku se sintetišu rani proteini uključeni i u litički i u lizogeni ciklus

Ključna uloga dva represora

Cro – represor, kada ga ima dovoljno fag ulazi u litički ciklus

CI – represor λ faga, ključan za održavanje virusa u lizogenom ciklusu

Replikacija DNK virusa θ replikacija, kasnije

rolling circle pakovanje isecanjem cos

mesta

Za lizogeni ciklus neophodni proteini Int (integraza, omogućava ugradnju profaga u hromozom domaćina), CII i CIII, CI.

Potrebno da se sintetiše λ represor (CI) i zaustavi transkripciju svih gena osim sopstvenog

CI represor λ faga

Stabilno vezan za operatorska mesta virusnih gena ↓

1. Onemogućena je sinteza proteina neophodnih za litički ciklus - virus ulazi u lizogeni ciklus.

2. Ukoliko dođe do ponovne infekcije istorodnim tipom faga, represor se odmah vezuje za operatorska mesta njegovih gena i sprečava njihovu ekspresiju, a to znači imunost na ponovnu infekciju.

Kada se CI represor sintetiše i veže za operatorska mesta, zaustavlja se ekspresija ranih gena

Pomoću Int proteina (mesto specifična nukleaza/integraza) genom λ se integriše u hromozom, mehanizam integracije – rekombinacija specifična za mesto

Protein CII je rani protein, neophodan je za sintezu represora

CI i ulazak u lizogeni ciklus.

Njegova stabilnost zavisi od količine ćelijskih proteza koje ga

razgrađuju odmah po sintezi. Energetsko stanje u ćeliji

dobro,

intenzivan metabolizam

↓

Ima dovoljno proteaza,

nema CII,

nema ni CI represora

↓

Litički ciklus

Energetsko stanje u ćeliji loše,

metabolizam usporen

↓

Nema dovoljno proteaza, CII je

stabilan,

CI represor se sintetiše

↓

Lizogeni ciklus

Izvlačenje profaga iz hromozoma domaćina i prelazak u litički ciklus, omogućeno razgradnjom λ represora.

Za izvlačenje profaga neophodan je produkt xis gena – ekscizionaza)

Spontan proces se retko dešava, ali je moguće indukovati ga agensima koji oštećuju DNK (UV, X, γ zračenje, hemijski mutageni).

U slučaju oštećenja DNK dolazi do indukcije SOS odgovora (razgranja represora koji drže zaključane SOS gene) međutim, razgrađuje se i CI represor λ faga.

Skidanje CI represora ima za posledicu otključavanje litičkih gena faga, tj. prelazak u litički ciklus.

cirkularna + ss-DNK, ~ 5400 nt

geni koji se preklapaju

(‘overlapping genes’), fenomen da

sa istog nukleotidnog zapisa

transkripcija različitih gena može

da započne sa različitih mesta i iz

različitih okvira čitanja

kodirano 11 proteina

ikosaedarni kapsid, 60 kapsomera

(25 nm veličine)

Replikacija zavisna od enzima domaćina

Replikativna ds forma, teta replikacija

Transkripcija minus lanca daje policistronske iRNK

Formiranje genoma - replikacija po tipu kotrljajućeg obruča

Pakovanje i oslobađanje lizom ćelije

Cirkularna + ss-DNK

Filamentozni fagi

Adsorbuju se na seks pilus (F+

ćelije E. coli su domaćini)

Pakovanje u kapsid pri izlasku

iz ćelije (pupljenjem, ne ubija

ćeliju domaćina)

Nema lize ćelija – nema plaka,

već prosvetljenja na tepihu

bakterija

Ikosaedarni kapsid (25 nm)

+ ss RNK genom od 3569

nt (RNK se koristi kao

iRNK)

Geni koji se preklapaju

kodiraju 4 proteina: RNK

replikazu (deo), protein

kapsida, maturacioni

protein i protein za lizu

ćelije domaćina

Adsorbuje se na seks pilus

F+ ćelije E.coli

Bakteriofag MS2

φ6 bakteriofag

Segmentirani dvolančani

RNK genom

Parazitira na Pseudomonas

syringae

Dva ili više virusa inficiraju jednu ćeliju

Tokom mešovite infekcije mutantnim virusima iste vrste moguća je:

◦ rekombinacija (nasledni materijal se rekombinuje, promena na nivou genotipa)

◦ komplementacija (kombinuju se proteini dobijeni iz različitih mutanata, promena na nivou fenotipa; komplementacija – dopuna)

T4 fag raste na E. coli C i K12 linijama. Mutanti u lokusu rII ne rastu na E.coli K12.

U mešovitoj infekciji različitim mutantima u rII lokusu dolazi do pojave plaka na E.coli K12.

Fagi iz pojedinačne plake prilikom sledeće infekcije:

ne rastu na E.coli K12 – komplementacija

rastu na E.coli K12 - rekombinacija

Bakterije sintetišu enzime - restrikcione endonukleaze Seku dvolančanu DNK virusa (stranu DNK) na

specifičnim sekvencama (ssDNK i RNK virusi nisu osetljivi)

Bakterijska DNK je modifikovana i nije osetljiva na sopstvene restrikcione enzime

Bakterije poseduju specifične restrikciono-modifikacione sisteme (npr. E.coli linije K i B imaju, E. coli C nema restrikciono-modifikacioni sistem)

Virusi se brane od restrikcionih endonukleaza metilacijom ili glikozilacijom svoje DNK, tj. istim tipom modifikacije koji postoji u DNK domaćina.

Npr. T4 fag: modifikacija citozina u 5-hidroksimetil citozin