Animalni i biljni virusi Virusi eukariota Animalni i biljni virusi

Eukariotska ćelija Prostorna razdvojenost replikacije i transkripcije (jedro) i translacije (citoplazma) Nepostojanje policistronskih iRNK Zrele iRNK poseduju 5’ kapu i 3’ polyA rep Kod biljaka postojanje čvrstog ćelijskog zida

Animalni virusi

Replikacija virusa i klasifikacija po Baltimoru

Kod +RNK virusa posebni proteini se sintetišu: 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 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 -RNK, a zatim se sa nje transkribuju monocistronske iRNK (Corona virus) -RNK 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)

+RNK virusi (klasa IV) Picornaviridae (Poliovirus) Izazivač poliomijelitisa (dečje paralize) Kapsid ikosaedarne simetrije oko 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, hroničnih oboljenja stoke

+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.) Postoje indicije da se može prenositi i seksualnim putem, ovo nije potvrđeno U grupu spadaju i virus Zapadnog Nila, deneg 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 koji parazitiraju na biljkama.

-RNK virusi (klasa V) Orthomyxoviridae (Influenza virus) 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 rabdovirusima. iRNK se sintetišu koristeći kao prajmere isečene 5’ krajeve ćelijskih iRNK. Na iRNK se dodaju i poliA repovi. Translacija u citoplazmi na ribozomima domaćina, sinteza10 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 šišmiši (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 pakovanja genoma Veoma velika stopa mutacija viralnog genoma (uporediva sa stopom 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

dsRNK virusi (klasa III) Reoviridae (Rotavirus) Najčešći uzročnik dijareje kod beba Ikosaedarni dupli kapsid, 60-80 nm Genom od 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 i čestica sa oslobađa u citoplazmu gde dolazi do replikacije RNK unutar “subvirusnih čestica” Pomoću RNK replikaze sa -RNK sintetišu se iRNK, dodaju se 5’ kape i 3’ poliA repovi pomoću virusnih enzima i dolazi do translacije virusnih proteina u citoplazmi RNK replikaza sa +RNK sintetiše komplementarne – RNK, nastaje dsRNK genom Sazrevanje i oslobađanje lizom ćelije

Dvolančani DNK virusi (klasa I) Papova virusi (Papiloma - uzrokuju bradavice i kondilome, neki tipovi indukuju kancer grlića materice; Polioma – izazivači polipa; Vakuolizirajući – izazivači vakuolizirajuće degeneracije). Polioma virusi (SV40) ikosaedarne simetrije (45 nm) sa cirkularnom superspiralizovanom DNK, koja se replicira teta replikacijom pomoću DNK polimeraze domaćina. Indukuju tumore kod životinja. Parvo virusi – najmanji DNK virusi Irido virusi – izazivaju hemoragične groznice, prenose ih krpelji Herpes virusi (herpes symplex, genitalni herpes, herpes zoster i ovčije boginje), Epstein-Barr virus (virus mononukleoze, indukuje tumore – Burkitov limfom) i citomegalovirus (CMV). Pox virusi (velike boginje - Variola, kravlje boginje - Vaccinia), veliki virusi sa linearnom DNK, jedini koji se repliciraju u citoplazmi. Adenovirusi, ikosaedarne simetrije sa linearnom DNK, sa 5’ vezanim terminalnim proteinom, sadrži invertovane ponovke na krajevima. Lanci se repliciraju različito, jedan kao linearan, drugi kao cirkularan pomoću DNK polimeraze kodirane virusom. Napadaju žlezdano tkivo, neki od njih izazivaju blage respiratorne infekcije.

Herpes simplex virus Virion 150 nm, sa omotačem i amorfnim slojem između nukleokapsida i omotača. Ulazi fuzijom omotača sa membranom, nukleokapsid se transportuje u nukleus DNK linearna, preko 150 kbp, cirkularizuje se posle infekcije Sintezu ranih (“immediate early”) iRNK vrši RNK polimeraza domaćina, sa njih se sintetišu rani proteini (regulatorni) koji omogućavaju ekspresiju gena za srednje, “delayed early”proteine (proteini replikacije, uključuju virusnu DNK polimerazu) i gena za kasne proteine (proteini kapsida) Replikacija po tipu kotrljajućeg obruča, konkatemeri se isecaju na pojedinačne genome Sazrevanje u nukleusu, omotač poreklom od unutrašnje membrane jedra, oslobađanje kroz ER

Pox virusi vakcinija virus Izazivač velikih boginja Prva vakcina za neko virusno oboljenje (Jenner, 1798.) 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, 185 kbp, 180 gena, jedinstven po tome što su lanci međusobno unakrsno povezani na krajevima Ulaze endocitozom 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 pomoću sopstvene DNK polimeraze Svako inkluziono telo je poreklom od 1 virusa Oslobađanje dezintegracijom ćelije vakcinija virus Vakcinia virus – visoko imunogen, a ne izaziva ozbiljne zdravstvene poremećaje → konstrukcija rekombinantnih vakcina (ubacivanje genetički izmenjenih proteina drugih virusa)

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, DNK endonukleaza/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 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

Posledice infekcije animalnih ćelija virusom Litička infekcija Perzistentna infekcija Latentna infekcija Transformacija ćelija onkogeni virusi

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

Mimi virus Najveći virusi Megavirus 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 Mimi virus Pandoravirus

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)