Els Virus: Robots genètics en la frontera de la vida

Els Virus: Robots genètics en la frontera de la vida

Universitat de

Girona

Carles BorregoÀrea de Microbiologia

Dept. de Biologia

Continguts

I: VIROLOGIA GENERAL 1. Introducció

2. Estructura i composició dels virus

3. Tècniques de laboratori

II: CICLE VIRAL 4. El cicle viral i dinàmica de processos

III: PATOGÈNIA VIRAL I SISTEMÀTICA 5. Patogènesi Viral

6. Virus DNA d’animals

7. Virus RNA d’animals

I. Introducció

Descobriment i concepte de virus

Propietats distintives

Conceptes

Perspectives actuals

Virus biològics vs. Virus informàtics

Altres elements genètics relacionats

Descobriment i concepte de virus

Elements misteriosos, patògens!

VIRUS = VERÍ = MALALTIA

Postulats de Köch (1880): “Teoria dels gèrmens”

Present en tots els casos d’una malaltia i absent en individus sans

Aïllament en cultiu pur

Produir la mateixa malaltia en individus sans inoculats amb l’agent aïllat

Re-aïllament de l’agent en els nous individus infectats artificialment

Descobriment i concepte de virus

NO eren visibles al microscopi NO es retenien als filtres NO eren cultivables

Aleshores...

1892 Ivanowsky (TMV) 1898 Loeffler & Frosh (Virus de la febre Aftosa)

Beijerinck (Contagium Vivum Fluidum)

Descobriment i concepte de virus

“Controvèrsia” actual: són vius?

Quines premisses ha de complir un organisme per que se’l consideri viu?

Des del punt de vista funcional: HOMEOPOïESI.

nutrició moviment creixement reproducció (divisió) ser “conscient” dels canvis ambientals i actuar

en conseqüència

Compleixen els Virus?

Des del punt de vista funcional un organisme viu és una unitat independent formada per estructures funcionals integrades i interdepenents (Lwoff, 1975)

Organismes pluricel·lulars? SI (amb reserves)Organismes unicel·lulars? SIOrgànuls cel·lulars? NOGens? NOVirus? NO

Descobriment i concepte de virus

Des del punt de vista evolutiu un organisme viu s’ha de poder replicar, tenir individualitat i continuïtat històrica i independència

evolutiva.

Organismes pluricel·lulars? SI com a organisme

Organismes unicel·lulars? SI

Orgànuls cel·lulars? NO actualment

Gens? Si individualitat, Si continuïtat històrica però no independència evolutiva

Virus? Si individualitat, SI continuïtat històrica i SI independència evolutiva...PER TANT?

N’hi ha prou amb aquesta definició d’organisme que dóna prioritat a la reproducció i l’autoperpetuació?

Descobriment i concepte de virus

Algun sistema químic que es reprodueixi?

Quines diferències presenta respecte els sistemes vius?

AUTOMANTENIMENT de les seves estructures: metabolisme energètic, biosíntesi, transport, excreció, etc.

RELACIÓ amb l’ambient (mobilitat, tàxies, senyals químics, etc.)

AUTOPERPETUACIÓ: mitjançant un programa molt ben definit i controlat: el GENOMA!

Objectiu: perpetuar-se (autoreplicació), tant del sistema com del propi programa i adaptar-se als canvis.

Descobriment i concepte de virus

MUTACIÓ

RECOMBINACIÓ

FIXACIÓ

MUTANTS

SELECCIÓ

SIMBIOSI

TRANSFERÈNCIA GÈNICA

EVOLUCIÓ

Descobriment i concepte de virus

Aleshores...QUÈ ÉS UN VIRUS?

Luria (1977): Els virus són entitats amb un genoma de DNA o RNA que es reprodueixen a l’interior de les cèl·lules i utilitzen la seva maquinària per sintetitzar partícules especialitzades, els virions, que contenen el genoma viral i que s’utilitzen per transferir aquest genoma a d’altres cèl·lules.

Prescott (1999): Els virus són agents infecciosos amb una organització acel·lular simple, amb coberta proteica i un únic tipus d’ aa.nn. (DNA o RNA), que no tenen metabolisme independent i es reprodueixen solament dins les cèl·lules a les que infecten.

Brock (2003): Els virus són elements genètics de DNA o RNA que es poden replicar independentment dels cromosomes d’una cèl·lula però no independentment d’aquesta. A més es caracteritzen per posseir un estat madur infecciós extracel·lular.

Propietats distintives

Estat extracel·lular: el VIRIÓ.

Per tant...VIRUS ≠ VIRIÓ

Mida: Molt petits! Es troben en un rang d’entre 20 a

300 nm (10–9 m). De 10 a 100 vegades més petits que es bacteris estàndards)!

Propietats distintives

Composició: Molt simple!

Virus: Només l’aa.nn., DNA o RNA. Mai els dos! Virió: Genoma + coberta de proteïnes (simple)

En alguns casos tenim una membrana de lípids i enzims.Estructura simple (Acariotes)

Propietats distintives

Morfologia: Simple i poc diversa. Bàsicament tenim dues morfologies típiques: cúbiques (variacions de l'icosàedre regular) i filamentoses (helicoidals)

Propietats distintives

Propietats distintives

Genoma: Constituït per DNA o RNA. Haploïdes (alguna excepció). Molt petit (poques Kb). Això limita el nº de proteïnes i per tant les funcions. Tots paràsits.

mida (Kb)Virus 3–300Bacteris 250–9000Fongs/Llevats 9000–12000Plantes >10.000Humans 3.200.000 (3,2 Gb)

Mycoplasma genitalium 450 Kb (paràsit estricte)

Creixement: No creixen, es multipliquen. No hi ha divisió com en els bacteris ni creixement a partir d’una cèl·lula embrionària. Es multipliquen per autoacoblament de les diferents subunitats.

Mort: No podem parlar de mort. El terme correcte és inactivació (purament bioquímic).

Propietats distintives

Propietats distintives

Mort: No podem parlar de mort. El terme correcte és inactivació (purament bioquímic).

Cultiu: No es poden cultivar al laboratori si no es cultiven també les cèl·lules hoste (bacteri, animal, vegetal o fong).

Propietats distintives

Paràsits: Estrictes! Sempre necessiten d’un hoste per dur a terme les seves funcions.

Patògens: No tots els virus però si la gran majoria causen malalties més o menys greus als hostes. Aquesta patogènia pot ser real o potencial.

Antigenicitat: Evident. Donen lloc a resposta immunitària en l’hoste.

Ara bé, quines d’aquestes propietats són realment distintives dels virus?

Propietats distintives

Estat extracel·lular Simplicitat estructural i composicional Mida Morfologia Genoma Creixement Mort Cultiu Parasitisme Patogènia Antigenicitat

Conceptes

Virus/Virió

Hoste

Rang d’hostes

Bacteriòfag (fag)

Cicle lític

Cicle lisogènic

Bacteri lisògen

Virus temperat

Provirus (o profag)

Virus lític obligat

Lisi

Mida d’explosió

Progènie

Calba de lisi

Replicació, transcripció, traducció

Retrovirus

Infecció

Virulència

Portador

Reservori

Vector

Conceptes

Cicle viral (lític)

Conceptes

Virus/Virió

Hoste

Rang d’hostes

Bacteriòfag (fag)

Cicle lític

Cicle lisogènic

Bacteri lisògen

Virus temperat

Provirus (o profag)

Virus lític obligat

Lisi

Mida d’explosió

Progènie

Calba de lisi

Replicació, transcripció, traducció

Retrovirus

Infecció

Virulència

Portador

Reservori

Vector

Perspectives actuals

Bàsicament en dues direccions:

Profilaxi: Disseny de noves vacunes virals efectives per evitar la infecció d’un determinat virus.

Terapèutica: Disseny d’antivirals específics i eficaços contra el virus una vegada aquest ja ha infectat el seu hoste.

Es necessita de recerca bàsica per conèixer l’estructura externa, tipus i funcions dels gens, mecanismes de

replicació i regulació gènica, epidemiologia, dispersió, mecanismes d’infecció, etc.

Virus biològics vs. virus informàtics

Són entitats similars? Quines similituds i diferències presenten en quant a...

Requeriment d’Hoste Estructura Infecció Transmissió horitzontal: individus mateixa generació Transmissió vertical: individus diferent generació Rang d’Hostes/Especificitat Defensa

Sistema Immunitari vs. Programes antivirus

Altres elements genètics relacionats

Existeixen altres elements genètics infecciosos de caràcter subviral. Tenim:

Partícules defectives

Viroids

Virus satèl·lits

RNA satèl·lits

Plasmidis

Elements transposables Seqüències d’inserció

Transposons

Bacteriòfag Mu

Prions (no genètics)