Vírus

Genoma

Diversidade genômica entre os vírus
Propriedade	Parâmetros
Ácido nucleico	RNA DNA Tanto RNA quanto DNA (em diferentes estágios do ciclo de vida)
Forma	Linear Circular Segmentado
Encalhe	De uma só corda Duplo fio dental Duplo cordão com regiões de um cordão
Sentido	Sentido positivo (+) Sentido negativo (-) Ambisense (+/-)

Há muitas estruturas genômicas em vírus. Como um grupo, eles têm mais diversidade genômica estrutural do que plantas, animais, arcaias ou bactérias. Existem milhões de tipos diferentes de vírus, mas apenas cerca de 5.000 deles foram descritos em detalhes. ⁴⁹

Um vírus tem genes RNA ou DNA e é chamado de vírus RNA ou vírus DNA, respectivamente. A grande maioria dos vírus tem genomas de RNA. Os vírus vegetais tendem a ter genomas de RNA de cadeia única e os bacteriófagos tendem a ter genomas de DNA de cadeia dupla. ^96/99

Ciclo de replicação de vírus: 1-Atensão, 2-Penetração, 3-Revestimento, 4-Síntese (4a-Transcrição, 4b-Translação, 4c-Replicação do genoma), 5-Amontagem, 6-Lançamento

Ciclo de replicação

As populações virais não crescem através da divisão celular, porque não possuem células. Em vez disso, eles usam a maquinaria e o metabolismo de uma célula hospedeira para produzir muitas cópias de si mesmos, e eles se reúnem (montados) na célula.

O ciclo de vida dos vírus difere muito entre espécies, mas há seis estágios básicos no ciclo de vida dos vírus:^75/91

• A fixação é uma ligação específica entre as proteínas capsidiais virais e receptores específicos na superfície celular hospedeira.
• A penetração segue a fixação: Os viriões (partículas de vírus simples) entram na célula hospedeira através de endocitose mediada por receptores ou fusão de membranas. Isto é freqüentemente chamado de entrada viral.
  A infecção de células vegetais e fúngicas é diferente da infecção de células animais. As plantas têm uma parede celular rígida feita de celulose, e os fungos são feitos de quitina. Isto significa que a maioria dos vírus só pode entrar dentro destas células pela força. ⁷⁰ Um exemplo seria: um vírus viaja sobre um vetor insetívoro que se alimenta de seiva de plantas. Os danos causados às paredes celulares deixariam o vírus entrar.
  As bactérias, como as plantas, têm paredes celulares fortes que um vírus deve atravessar para infectar a célula. Entretanto, as paredes celulares bacterianas são muito mais finas do que as paredes celulares das plantas, e alguns vírus têm mecanismos que injetam seu genoma na célula bacteriana através da parede celular, enquanto o capídeo viral permanece do lado de fora. ⁷¹
• A desbobinamento é um processo no qual o capsido viral é removido: Isto pode ser por degradação pelas enzimas virais ou pelas enzimas hospedeiras ou por simples dissociação; o resultado final é a liberação do ácido nucleico viral.
• A replicação de vírus envolve a multiplicação do genoma. Isto geralmente requer a produção de RNA viral mensageiro (mRNA) a partir de genes "precoces". Isto pode ser seguido, para vírus complexos com genomas maiores, por uma ou mais rodadas adicionais de síntese do mRNA: a expressão do gene "tardio" é de proteínas estruturais ou viriônicas.
• Seguindo a auto-montagem mediada pela estrutura das partículas do vírus, algumas modificações das proteínas ocorrem freqüentemente. Em vírus como o HIV, esta modificação (às vezes chamada maturação) ocorre após o vírus ter sido liberado da célula hospedeira.
• Os vírus podem ser liberados da célula hospedeira por lise, um processo que mata a célula ao romper sua membrana e sua parede celular. Esta é uma característica de muitas bactérias e alguns vírus animais.
  Em alguns vírus, o genoma viral é colocado por recombinação genética em um lugar específico no cromossomo do hospedeiro. O genoma viral é então conhecido como um "provírus" ou, no caso de bacteriófagos, um "profeta". ⁶⁰
  Sempre que o hospedeiro se divide, o genoma viral também é replicado. O genoma viral é em sua maioria silencioso dentro do hospedeiro; entretanto, em algum momento, o provírus ou profeta pode dar origem a um vírus ativo, que pode mentir para as células hospedeiras. ^{capítulo 15}
  Vírus envelopados (por exemplo, HIV) tipicamente são liberados da célula hospedeira depois que o vírus adquire seu envelope. O envelope é uma peça modificada da membrana plasmática do hospedeiro. ^185/7

Material genético e replicação

O material genético dentro das partículas de vírus, e o método pelo qual o material é replicado, varia consideravelmente entre os diferentes tipos de vírus.

Vírus RNA

A replicação geralmente ocorre no citoplasma. Os vírus RNA podem ser colocados em quatro grupos diferentes, dependendo de seus modos de replicação. Todos os vírus RNA usam suas próprias enzimas de replicação de RNA para criar cópias de seus genomas. ⁷⁹

Vírus de DNA

A replicação do genoma da maioria dos vírus de DNA ocorre no núcleo da célula. A maioria dos vírus de DNA é inteiramente dependente do DNA da célula hospedeira e das máquinas de síntese de RNA, bem como das máquinas de processamento de RNA. Os vírus com genomas maiores podem codificar grande parte desse mecanismo. Em eucariotas, o genoma viral deve atravessar a membrana nuclear da célula para acessar esta maquinaria, enquanto que em bactérias ele só precisa entrar na célula. ⁵⁴⁷⁸

Transcrição reversa de vírus

A transcrição reversa de vírus com genomas de RNA (retrovírus) utiliza um intermediário de DNA para replicar. Aqueles com genomas de DNA (para-etrovírus) usam um intermediário de RNA durante a replicação do genoma. Eles são suscetíveis a drogas antivirais que inibem a enzima de transcriptase reversa. Um exemplo do primeiro tipo é o HIV, que é um retrovírus. Exemplos do segundo tipo são o Hepadnaviridae, que inclui o vírus da Hepatite B. ^88/9

Esta falsa micrografia eletrônica de transmissão colorida retrata os detalhes ultra-estruturais de uma partícula do vírus da gripe, ou "virião". O vírus da influenza é um organismo de RNA de cadeia única.

Mecanismos de defesa dos anfitriões

Sistema imunológico inato

A primeira linha de defesa do corpo contra os vírus é o sistema imunológico inato. Este possui células e outros mecanismos que defendem o hospedeiro de qualquer infecção. As células do sistema inato reconhecem e respondem a patógenos de uma maneira geral.

A interferência do RNA é uma importante defesa inata contra os vírus. Muitos vírus têm uma estratégia de replicação que envolve RNA de dupla cadeia (dsRNA). Quando tal vírus infecta uma célula, ele libera sua molécula de RNA. Um complexo proteico chamado dicer se cola a ele e corta o RNA em pedaços. Então, um caminho bioquímico, chamado complexo RISC, é iniciado. Isto ataca o mRNA viral, e a célula sobrevive à infecção.

Os rotavírus evitam isto não desbobinando totalmente dentro da célula e liberando o mRNA recém-produzido através de poros no interior da cápsula da partícula. O dsRNA genômico permanece protegido dentro do núcleo do virion.

A produção de interferon é um importante mecanismo de defesa do hospedeiro. Trata-se de um hormônio produzido pelo organismo quando os vírus estão presentes. Seu papel na imunidade é complexo; acaba impedindo a reprodução dos vírus, matando a célula infectada e seus vizinhos mais próximos.

Sistema imunológico adaptativo

Os vertebrados têm um segundo sistema imunológico, mais específico. É chamado de sistema imunológico adaptativo. Quando encontra um vírus, ele produz anticorpos específicos que se ligam ao vírus e o tornam não infeccioso. Dois tipos de anticorpos são importantes.

O primeiro, chamado IgM, é altamente eficaz na neutralização de vírus, mas é produzido pelas células do sistema imunológico apenas por algumas semanas. O segundo, chamado de IgG, é produzido indefinidamente. A presença de IgM no sangue do hospedeiro é usada para testar uma infecção aguda, enquanto que IgG indica uma infecção em algum momento no passado. O anticorpo IgG é medido quando os testes de imunidade são realizados.

Outra defesa dos vertebrados contra os vírus é a imunidade mediada por células. Ela envolve células imunes conhecidas como células T. As células do corpo exibem constantemente pequenos fragmentos de suas proteínas na superfície da célula e, se uma célula T reconhece um fragmento viral suspeito, a célula hospedeira é destruída pelas células T assassinas e as células T específicas do vírus proliferam. Células como os macrófagos são especialistas nesta apresentação de antígenos.

Evitando o sistema imunológico

Nem todas as infecções por vírus produzem uma resposta imunológica protetora. Estes vírus persistentes escapam do controle imunológico por seqüestro (escondidos); bloqueio da apresentação de antígenos; resistência de citocinas; evasão da atividade natural das células assassinas; fuga da apoptose (morte celular), e deslocamento antigênico (mudança de proteínas de superfície). O HIV evade o sistema imunológico ao alterar constantemente a seqüência de aminoácidos das proteínas na superfície do virião. Outros vírus, chamados vírus neurotrópicos, movem-se ao longo dos nervos para lugares que o sistema imunológico não pode alcançar.

Dois rotavírus: o da direita é revestido com anticorpos que o impedem de se ligar às células e infectá-las.

Evolução

Os vírus não pertencem a nenhum dos seis reinos. Eles não satisfazem todos os requisitos para serem classificados como um organismo vivo, pois não estão ativos até o ponto de infecção. Entretanto, este é apenas um ponto verbal.

Obviamente, sua estrutura e modo de operação significa que eles evoluíram de outros seres vivos, e a perda da estrutura normal ocorre em muitos endoparasitas. As origens dos vírus na história evolutiva da vida não são claras: alguns podem ter evoluído a partir de plasmídeos - pedaços de DNA que podem se mover entre as células - enquanto outros podem ter evoluído a partir de bactérias. Na evolução, os vírus são um meio importante de transferência horizontal de genes, o que aumenta a diversidade genética.

Descobertas recentes

Um projeto recente descobriu quase 1500 novos vírus RNA através da amostragem de mais de 200 espécies de invertebrados. "A equipe de pesquisa... extraiu seu RNA e, usando sequenciamento de próxima geração, decifrou a seqüência de 6 trilhões de letras presentes nas bibliotecas de RNA invertebrados". A pesquisa mostrou que os vírus mudaram pedaços e pedaços de seu RNA por uma variedade de mecanismos genéticos. "O viromo invertebrado [mostra] notável flexibilidade genômica que inclui recombinação freqüente, transferência lateral de genes entre vírus e hospedeiros, ganho e perda de genes, e rearranjos genômicos complexos".

O maior vírus

Um grupo de grandes vírus infectam a ameba. O maior é o Pithovirus. Outros em ordem de tamanho são Pandoravirus, depois Megavirus, depois Mimivirus. Eles são maiores que algumas bactérias, e visíveis sob um microscópio de luz.

Utilizações

Os vírus são amplamente utilizados na biologia celular. Os geneticistas freqüentemente usam os vírus como vetores para introduzir genes nas células que estão estudando. Isto é útil para fazer a célula produzir uma substância estranha, ou para estudar o efeito da introdução de um novo gene no genoma. Cientistas da Europa Oriental têm usado a terapia com fagos como alternativa aos antibióticos há algum tempo, e o interesse nesta abordagem está aumentando, devido ao alto nível de resistência aos antibióticos agora encontrado em algumas bactérias patogênicas.