Animalni i biljni virusi Virusi eukariota Animalni i biljni virusi

Kojim svojstvima eukariotske ćelije su virusi morali da se prilagode? Prostorna razdvojenost replikacije i transkripcije (jedro) i translacije (citoplazma) Nepostojanje policistronskih iRNK Zrele iRNK poseduju 5’ kapu i 3’ polyA rep Kod biljaka postoji čvrsti celulozni ćelijski zid

Animalni virusi

Replikacija virusa i klasifikacija po Baltimoru

Posledice infekcije animalnih ćelija virusom Litička infekcija Perzistentna infekcija Latentna infekcija (odgovara lizogenom ciklusu faga) Transformacija ćelija onkogeni virusi

Kako ssRNK virusi rešavaju problem odsustva policistronskih iRNK? DNK virusi se repliciraju u jedru (koriste domaćinovu DNK polimerazu), izuzetak Pox virus, koji nosi u virionu sopstvenu DNK polimerazu RNK virusi se repliciraju u citoplazmi, izuzetak Influenza virus kod koga se replikacija RNK odvija u nukleusu Kako ssRNK virusi rešavaju problem odsustva policistronskih iRNK? Kod +RNK virusa posebni proteini se sintetišu: kao poliprotein koji se kasnije iseca (Poliovirus) sa +RNK sintetiše se samo RNK replikaza, koja najpre omogućava sintezu minusRNK, a zatim se sa nje transkribuju monocistronske iRNK (Corona virus) MinusRNK virusi nose RNK replikazu; posebni proteini se sintetišu: RNK replikaza transkribuje monocistronske iRNK sa –RNK (Rhabdovirus) Viralna –RNK je segmentirana, RNK replikaza transkribuje po iRNK sa svakog fragmenta (Influenza virus)

Dvolančani DNK virusi (klasa I) – Papova virusi U grupi onkogenih virusa (izazivaju tumore) Papiloma virusi – uzrokuju bradavice i kondilome, kancer grlića materice Polioma virusi – izazivači polipa Vakuolizirajući virusi – izazivači vakuolizirajuće degeneracije tkiva Poliomavirus(SV40) Nema dodatnog omotača, ikosaedarne simetrije (dijametar 45 nm) Cirkularna superspiralizovana DNKse replicira θ replikacijom Genom mali – preklapajući geni, koristi ćelijsku DNK polimerazu Ulazi u dva tipa ciklusa U permisivnoj ćeliji se replicira, dolazi do maturacije, lize ćelije i oslobađanja novih viriona – litička infekcija U nepermisivnoj ćeliji se integriše u genom domaćina, prelazi u latentno stanje (’lizogeni ciklus’) i može dovesti do maligne transformacije ćelije (virusni proteini inaktiviraju regulatore ćelijskog ciklusa, dolazi do nekontrolisane deobe ćelija)

SV40 virus u nepermisivnoj ćeliji

Dvolančani DNK virusi (klasa I) - Adenovirusi Goli nukleokapsid ikosaedarne simetrije Mali medicinski značaj – blage respiratorne infekcije, osim adenovirusa sa onkogenim potencijalom Jedinstveni mehanizam replikacije Linearna dsDNK, sa 5’ vezanim terminalnim proteinom na oba lanca; lanci na krajevima sadrže invertovane ponovke Ulazak u ćeliju, transport u nukleus; ćelijska RNK polimeraza čita rane gene – sintetiše se DNK polimeraza virusa Lanci se repliciraju različito, plus lanac kao linearan, minus lanac kao cirkularan pomoću DNK polimeraze kodirane virusom Za terminalni protein je kovalentno vezan citozin koji služi kao prajmer za replikaciju Replikacijom minus lanca u cirkularnoj formi izbegnuta je replikacija zaostajućeg lanca karakteristična za klasičan model replikacije (preko sinteze Okazaki fragmenata)

Dvolančani DNK virusi (klasa I) – Herpes virusi Pripada grupi onkogenih virusa (izazivači tumora) Nemaju svi herpes virusi onkogeni potencijal Uzročnici obične groznice (herpes simlex), genitalnog herpesa (herpes genitalis) i herpes zoster, varičela (ovčih boginja), rubeola (malih boginja) Epstein-Barr virus (EBV): infektivna mononukleoza, onkogeni potencijal – Burkitov limfom Citomegalovirus (CMV) –procena 3/4 stanovništva SAD inficirano U organizmu dugo mogu ostati u latentnom stanju, aktiviraju se kod imunokompromitovanih osoba ili u uslovima stresa (pad imuniteta), ne moraju se nikad aktivirati

Dvolančani DNK virusi (klasa I) – Herpes virusi Krupni virion (150 nm), sa dodatnim omotačem i amorfnim slojem između nukleokapsida i omotača. Fuzija omotača sa membranom – ulazak i transport nukleokapsida u nukleus DNK linearna, preko 150 kbp, cirkularizuje se posle infekcije Rani proteini (immediate early) - RNK polimeraza domaćina čita gene koji kodiraju regulatorne proteine, to vodi ekspresiji sledeće grupe gena Srednji proteini (delayed early) - virusna DNK polimeraza omogućava replikaciju genoma Replikacija po tipu kotrljajućeg obruča, konkatemeri se isecaju na pojedinačne genome Kasni proteini (proteini kapsida) Sazrevanje u nukleusu, omotač poreklom od unutrašnje membrane jedra, oslobađanje kroz endoplazmatični retikulum

Dvolančani DNK virusi (klasa I) – Pox virusi Velike boginje – Variola virus; kravlje boginje – Vaccinia virus Među najkompleksnijim i najvećim animalnim virusima (400 x 240 x 200 nm) Nukleokapsid, 2 lateralna tela i oko njih omotač od tubularnog proteina Linearan dvolančani DNK genom, 190 kbp, 250 gena, jedinstven po tome što su lanci međusobno unakrsno povezani na krajevima

Dvolančani DNK virusi (klasa I) – Pox virusi Ulaze endocitozom u citoplazmu Virion sadrži RNK polimerazu koja transkribuje iRNK za protein dekapsidacije Nakon dekapsidacije nastaju tzv. inkluziona tela u citoplazmi u kojima se virus replicira i sazreva Jedini DNK virusi koji se repliciraju u citoplazmi, koriste sopstvenu DNK polimerazu Svako inkluziono telo je poreklom od 1 virusa Oslobađanje lizom ćelije Vakcinia virus – visoko imunogen, a ne izaziva ozbiljne zdravstvene poremećaje → iskorišćen za prvu vakcinu protiv variole i kao model za njeno proučavanje Prva vakcina za neko virusno oboljenje (Jenner, 1798.) Konstrukcija rekombinantnih vakcina (ubacivanje genetički izmenjenih proteina drugih virusa)

DNK virusi Irido virusi dvolančani DNK (klasa I) Parvo virusi ikosaedarna simetrija izazivači bolesti beskičmenjaka, uglavnom insekata, ali i riba, vodozemaca, gmizavaca, neki su patogeni ljudi Parvo virusi jednolančani DNK (klasa II) najmanji DNK virusi (18-28 nm) ikosaedarna simetrija Dependovirus i autonomni parvovirusi

dsRNK virusi (klasa III) Reoviridae (Rotavirus) Najčešći uzročnik dijareje kod beba, izazivaju i respiratorne infekcije Ikosaedarni dupli kapsid, 60-80 nm Genom segmentiran:10-12 molekula linearne dsRNK U virionu je spakovana RNK replikaza i drugi neophodni enzimi Ulaze endocitozom, transportuju se u lizozom U lizozomu se gubi spoljašnji kapsid – subvirusna čestica; ona se oslobađa u citoplazmu, replikacija RNK unutar subvirusnih čestica RNK replikaza služi i za sintezu iRNK (-RNK služi kao matrica), dodaju se 5’ kape i 3’ poliA repovi pomoću virusnih enzima Translacija virusnih proteina u citoplazmi Sazrevanje i oslobađanje lizom ćelije

+RNK virusi (klasa IV) Picornaviridae (Poliovirus) Izazivač poliomijelitisa (dečje paralize) Kapsid ikosaedarne simetrije (d≈30 nm) Genom +RNK, na 5’ kraju VPg protein (sa petljama RNK imitira 5’ kapu, omogućuje vezivanje za ribozome i translaciju), na 3’ kraju polyA rep Ceo proces replikacije virusa u citoplazmi Translacijom nastaje poliprotein koji podleže samoisecanju i nastaju: RNK replikaza, VPg protein, proteaza i strukturni proteini kapsida RNK replikaza sintetiše –RNK sa koje sintetiše +RNK, finalno oko 1.000.000 kopija, koje se kombinuju sa kapsomerama Proteaza razgrađuje “cap-binding” protein domaćina, čime inhibira translaciju proteina domaćina U grupu spadaju i virusi izazivači običnih prehlada i hroničnih oboljenja domaćih životinja (goveda)

+RNK virusi (klasa IV) Coronaviridae (SARS) Severe Acute Respiratory Syndrome (smrtnost 13-45%) Veliki virusi (do 220 nm, najveći RNK virusi), sa omotačem i spajkovima koji grade koronu (venac, kruna) Kompletna replikacija u citoplazmi Genom +RNK, oko 30 kb, sadrži 5’ kapu i 3’ poliA rep Sa genomske RNK translatira se najpre samo RNK replikaza koja sintetiše –RNK lanac Sa –RNK se transkribuju monocistronske iRNK za virusne proteine Sa –RNK se sintetiše i +RNK pune dužine (genom) Sazrevanje se vrši u Goldži aparatu i virioni se oslobađaju sa površine ćelije noseći dodatni omotač U grupu spadaju virusi izazivači oboljenja respiratornog i gastrointestinalnog trakta sisara i ptica

+RNK virusi (klasa IV) Flaviviridae (Flavivirus – virus Zika) Prenosi ga ujed zaraženog komarca Aedes aegypti (i drugih A. africanus, A. apicoargenteus, A. albopictus - tigrasti komarac idr.) Postojale su indicije da se može prenositi i seksualnim putem, što nije potvrđeno U grupu spadaju i virus Zapadnog Nila, denga groznice, žute groznice Kod odraslih ljudi blagi simptomi – osip, groznica, glavobolja, bol u mišićima Infekcija tokom trudnoće se prenosi na plod, što može izazvati mikrocefaliju Naziv dat virusu po šumi Zika u Ugandi, odakle je prvi put izolovan iz tela makaki majmuna (1947. god) Primarni domaćin – majmun u enzootskom ciklusu komarac-majmun-komarac, čovek je samo povremeni domaćin Ikoseadarni kapsid, linearna +RNK, postoji dodatni omotač sa viralnim glikoproteinima

-RNK virusi (klasa V) Rhabdoviridae (virus besnila) Virion u obliku metka (70x175 nm) spiralna simetrija kapsida, dodatni omotač Mali –RNK genom Virion nosi RNK zavisnu RNK polimerazu koja transkribuje dve vrste RNK: nekoliko monocistronskih iRNK i kompletnu +RNK, koja služi kao matrica za sintezu genoma virusa Proteini kapsida se kombinuju sa -RNK Glikoproteini virusa se ugrađuju u citoplazmatičnu membranu (uklanjaju se membranski proteini domaćina) Virus napušta ćeliju pupljenjem i ponese omotač, a ćelija je oštećena ali preživljava U grupu spada i virus stomatitisa (VSV – vezikularni stomatitis virus). Rabdovirusi su važni animalni patogeni (insekti, ribe, sisari), ali postoje i srodnici u klasi V koji parazitiraju na biljkama.

-RNK virusi (klasa V) Orthomyxoviridae (Influenca virus/virus gripa) Segmentiran genom, osam -RNK molekula Spiralna simetrija kapsida, dodatni omotač daje polimorfan oblik Jedini RNK virus koji se replicira u nukleusu, posle dekapsidacije RNK migrira u nukleus Virion nosi RNK zavisnu RNK polimerazu i RNK endonukleazu (iseca 5’ krajeve prekursora ćelijskih iRNK koji već sadrže kapu) Replikacija genoma slična onoj kod rabdovirusa. iRNK se sintetišu koristeći kao prajmere isečene 5’ krajeve ćelijskih iRNK. Na 3’ kraj iRNK se dodaju i poliA repovi. Translacija - sinteza10 virusnih proteina Pakovanje u citoplazmi, pupljenje Česta promenljivost antigenih determinanti pri mešovitoj infekciji (‘antigenic shift’): razlog→segmentiran genom; prilikom pakovanja genomskog materijala u nove virusne čestice, moguće su različite kombinacije fragmentata RNK ‘Antigenic drift’ – izmene antigenih determinanti usled mutacija U grupi su i virusi riba i beskičmenjaka (krpelja i insekata)

-RNK virusi (klasa V) Filoviridae (Ebola virus) Izazivač hemoragijske groznice kod ljudi i drugih sisara; uzročnik epidemija u zapadnoj Africi (2013-2015 oko 10700 smrtnih slučajeva) Bolest se prenosi u direktnom kontaktu sa telesnim tečnostima obolelog; prirodni rezervoar virusa su slepi-miševi (intermedijerni domaćin) Kapsid spiralne simetrije (i do 1000 nm dužine), poseduje dodatni omotač sa viralnim glikoproteinskim spajkovima na površini Između omotača i kapsida je matriks izgrađen iz dva viralna proteina Genom je jedan linearni lanac (–)RNK, bez 5’kape i 3’polyA repa; početni i završni deo lanca su nekodirajući, bitni za regulaciju replikacije, transkripcije i pakovanje genoma Veoma velika stopa mutacija viralnog genoma (uporediva sa stopom mutacija kod virusa gripa)

-RNK virusi (klasa V) Filoviridae (Ebola virus) U ćeliju ulazi endocitozom, u citoplazmi se uklanja dodatni omotač i vrši dekapsidacija (oslobađa se -RNK genom) Viralna RNK-zavisna RNK polimeraza sintetiše monocistronske iRNK i preko +RNK intermedijera nove kopije genoma Formiranje zrelih nukleokapsida i oslobađanje iz ćelije pupljenjem

Retrovirusi (klasa VI) izazivači AIDS-a i nekih oblika kancera (spadaju u grupu onkogenih virusa) poseduju višeslojan dodatni omotač (spoljašnji omotač ‘coat’ i unutrašnji ‘core’), nose u virionu proteine (enzimi: reverzna transkriptaza – prepisivanje RNK u DNK, RNKaza, integraza, proteaza) i specifični tRNK (služi kao prajmer za reverznu transkriptazu) genom 2 identična ssRNK životni ciklus: ulazak fuzijom sa membranom domaćina uklanjanje spoljašnjeg omotača – ‘uncoating’ reverzna transkripcija 1 RNK lanca u RNK:DNK hibrid, pa sinteza dsDNK reverzna transkriptaza – multifunkcionalni enzim (sinteza DNK sa RNK ili sa DNK, ribonukleaza H ulazak dsDNK u nukleus i integracija u genom domaćina (provirus) transkripcija provirusa u iRNK i genomsku RNK virusa (za pakovanje u kapsid) sazrevanje virusa i oslobađanje pupljenjem

Retrovirusi

Klasa VII – Hepadna virusi (Hepatitis B virus) Mali virusi nepravilne štapićaste forme, sa omotačem Mali genom (3-4 kb), sadrži gene koji se preklapaju DNK cirkularna, parcijalno dvolančana, kompletira se posle infekcije Multifunkcionalan protein je spakovan u virionu: DNK polimeraza/reverzna transkriptaza, služi još i kao proteinski prajmer za sintezu DNK Replicira se u nukleusu kroz dvostepeni proces – najpre se pomoću RNK polimeraze domaćina sintetiše RNK intermedijer, a zatim pomoću reverzne transkriptaze se vrši kopiranje u parcijalno dvolančanu DNK genoma

Biljni virusi Većinom +RNK virusi spiralne simetrije (TMV – tobacco mosaic virus) DNK virusi (gemini virus, virus mozaične bolesti karfiola, Chlorella virusi, fikovirusi) Virus mozaične bolesti karfiola koristi reverznu transkripciju tokom replikacije Mogu se prenositi iz jedne ćelije u drugu kroz plazmodezme Česti su virusi sateliti = defektni (nepotpuni) virusi (TNV – tobacco necrosis virus (’kompletan’) + TNSV – tobacco necrosis satelit virus (nepotpun)) Postoje virusi sa podeljenim genomom: virus deteline ima 4 RNK molekula spakovana u 3 kapsida i neophodna je združena infekcija (svi virioni su nepotpuni)

Virus mozaične bolesti duvana TMV Genom je jednolančana +RNK koja kodira 4 proteina i ima 5’ kapu i 3’ petlju nalik tRNK MTH enzim – metil transferaza (caping protein) i RNK helikaza RNP gen kodira RNK replikazu (sintetiše se kao deo MTH-RNP poliproteina, redak događaj) MP – “protein za kretanje”, omogućava transfer virusne +RNK kroz plazmodezme CP - protein kapsida

Paramecium bursaria chlorella virus 1 Parazit Chlorella koje su endosimbionti protozoe Paramecium bursaria Ikosaedarni kapsid, dsDNK kodira više od 370 proteina i 10 tRNK specifičnih za virus Ispod kapsida je lipidna membrana Virus poseduje sopstveni restrikciono-modifikacioni sistem

Najveći virusi – red Megavirales Red Megavirales (nucleocytoplasmic large DNA viruses, NCLDVs) – predstavnici parazitiraju na eukariotskim ćelijama (protiste, alge, insekti, kičmenjaci) Najveće virusne čestice opisane kod predstavnika koji parazitiraju na Acanthamoeba spp. Megavirus chilensis: virusna čestica ima ikosaedarni kapsid sa filamentoznim nastavcima, dimenzije 44o+75 nm u prečniku), genom dsDNK 1,2 Mbp Mimi virus: Srodan biljnim DNK virusima (fikovirusi) i Pox virusima, 390+120 nm u prečniku, genom dsDNK 1,2 Mbp; parazitira na amebi Acanthamoeba polyphaga Pandoravirus: ikosaedarni kapsid dimenzija ~1µM, dsDNK najveći poznati viralni genom 1.9-2.5 Mbp, parazitira na amebama Pithovirus sibericum: izolovan iz uzorka permafrosta, starog više od 30000 godina (kapsid dužine ~1500 nm, dijametra ~500 nm, genom značajno manji od Pandoravirusa) Megavirus Mimi virus Pandoravirus Pithovirus

Subvirusne infektivne čestice - viroidi Kratke nekodirajuće jednolančane cirkularne RNK (243 - 399 nt) sa ekstenzivnim komplementarnim sparivanjem Izazivaju bolesti kokosa, krompira, limuna, hrizantema Ulaze kroz povredu, nema receptora U ćeliji koriste RNK polimerazu domaćina za replikaciju (’preusmerena’ da koristi RNK kao matricu) Replikacija se odvija ili u nukleusu ili u hloroplastu (podela na familije) Kreću se kroz plazmodezme Utiču na rast biljke, verovatno kao male regulatorne RNK (verovatno poreklo od ćelijskih regulatornih RNK)

Subvirusne infektivne čestice - prioni Infektivni proteini Izazivaju spongiformne encefalopatije – degenerativne bolesti CNS čoveka i životinja (scrapie, bolest ludih krava, kuru, CJD – Creutzfeldt-Jakob Disease) Zahvaljujući konformaciji (β ploče) ekstremno otporni na denaturaciju i proteaze U neuronima se sintetišu normalni prion proteini PrPc koji u interakciji sa infektivnim prionima menjaju konformaciju u PrPSc, prave agregacije i talože se Kod sporadičnih prionskih bolesti nema infekcije, već se radi o slučajnom pogrešnom savijanju PrPc proteina (u oblik PrPSc) Kod naslednih prionskih bolesti PrPc gen je mutiran, što vodi obaveznom pogrešnom savijanju proteina (u oblik PrPSc)