Els Virus: Robots biològics en la frontera de la vida

1. Els Virus: Robots biològics en la frontera de la vida • INTRODUCCIÓ • 2. Estructura i composició dels virus (i 2) • 2.2. Característiques del genoma • 2.3. Origen i Evolució

2. 2. Estructura • Característiques dels genomes virals • Criteris de classificació • Origen i evolució

3. DNA o RNA Haploides (excepte Retrovirus) Circulars o lineals, doble cadena o cadena senzilla Propietats físico-químiques alterades Genomes petits: RNA de 3–30 Kb DNA de 3–300 Kb Dos tipus de gens: estructurals i no estructurals Conceptes: polaritat, genomes infectius, diploidia, genomes multipartits i genomes segmentats Característiques dels genomes virals

4. Característiques dels genomes virals

5. Característiques dels genomes virals Genomes virals seqüenciats Bacteriòfag MS2 3.56 Kb Fiers W et al., 1976 Bacteriòfag fX174 5.38 Kb Sanger F et al., 1977 SV40 5.22 Kb Fiers W et al., 1978 Hepatitis B 3.18 Kb Galibert F et al., 1979 Bacteriòfag l 48.5 Kb Sanger F et al., 1982 Virus del Sarcoma Rous 9.31 Kb Schwartz DE et a., 1983 Virus d'Epstein-Barr 172.3 Kb Baer R et al., 1984 AIDS virus LAV 9.19 Kb Wain-Hobson et al., 1985 Virus Vaccinia 191.6 Kb Goebel SJ et al., 1990 Citomegalovirus (CMV) 229 Kb Bankier AT et al., 1991 Virus Verola (Variola) 186.1 Kb Massung RF et al., 1994 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/virostat.html

6. Bases inusuals: modificacions químiques de les bases del DNA per protegir-lo de l’atac enzimàtic de l’hoste. Solapament de gens: al ser tant petits, molts gens estan solapats. Economia gènica. Inconvenients però! Modificacions gèniques: Extrems cohesius, repeticions terminals, permutacions cícliques, etc. Empaquetament: elevat grau d’empaquetament degut al poc espai dins les càpsides. Interaccions genòmiques: Recombinacions gèniques i reordenament en el cas de genomes segmentats (Virus de la grip) Característiques dels genomes virals

7. Propietats dels virions Morfologia Propietats físiques Característiques del genoma Tipus i diversitat de les proteïnes, lípids i carbohidrats Organització del genoma i mecanisme de replicació Propietats antigèniques Serotips Diversitat d’epítops Propietats biològiques Rang d’hostes Relació amb vectors Patogènia Transmissió Distribució geogràfica Criteris de Classificació

8. Criteris de Classificació RNA

9. Criteris de Classificació DNA

10. Criteris de Classificació - Origen evolutiu similar - Relació filogenètica • - Rang d’hostes similar • Immunologia • biologia/ecologia (vectors) • estructura genòmica • morfologia virió • estratègia replicació • - Homologia seqüències • serologia • patogenicitat • distrib. geogràfica – Categories taxonòmiques clàssiques -VIRALES ORDRE -VIRIDAE FAMÍLIA -VIRINAE SUB-FAMÍLIA -VIRUS GÈNERE ESPÈCIE (?) QUASIESPÈCIE (?) SOCA (?) TIPUS (?) VARIETAT (?)

11. Quin és l’origen dels virus? Bastant controvertida: tres hipòtesi però cap de definitiva Origen i Evolució a) TEORIA REGRESSIVA: formes degenerades de paràsits intracel·lulars (origen cel·lular) OK per Poxvirus i altres virus DNA b) TEORIA PROGRESSIVA: àcids nucleics que han adquirit l’habilitat de replicar-se de forma autònoma. Virus DNA: a partir de plasmidis i de transposons Virus RNA: a partir de Retrons, Retrotransposons i de mRNA’s c) TEORIA COEVOLUTIVA: han coevolucionat amb la vida (RNA world)

12. Evolució Mutació espontània errors en la còpia de les polimerases DNApol (10–7–10–8 nt/ronda) RNApol (10–3–10–5 nt/ronda) Taxa de mutació i freqüència de mutants Concepte de “Hot Spots” (punts calents) Quasiespècies s’aplica en Virus RNA que tenen taxes de mutació tan elevades. La seva replicació dóna una població de mutants més que no pas un clon d’individus genèticament idèntics. Origen i Evolució

13. Quasiespècies Concepte introduït per Eigen (1993) per explicar la heterogeneïtat gènica en poblacions de virus RNA “La quasiespècie és una multitud de genomes relacionats però distints. El genoma salvatge és la seqüència consens que representa la mitjana de totes les mutacions, ponderada per reflectir la seva freqüència individual” Aquí cal introduir una sèrie de conceptes: Espectre de mutants Seqüència consens (promig) Seqüència mestre (master): major eficàcia biològica Equilibri poblacional o Estasi evolutiva Origen i Evolució

14. Origen i Evolució

15. Origen i Evolució

16. Origen i Evolució

17. The medianis not the message when it comes to evolution. S. J. Gould There is no goal but survival. S.J. Flint Anything produced by evolution is bound to be a bit of a mess. S. Brenner You always get what you select, but you often don't get what you want. The Rolling Stones Origen i Evolució

18. juguem... Origen i Evolució Humans Primats (aprox. 2%)  8×106 anys d’evolució Poliovirus  5 dies! HIV (RNA, 10.000 nt) alternatives possibles combinant les 4 bases del genoma (410.000) = 106000! 10108 àtoms d’H2 en un univers esfèric de radi 1010 anys llum

19. mutació: taxes més reals... Origen i Evolució  1 mutació per cada 10.000–100.000 nt Virus RNA (10–4–10–5) HIV (10.000 nt)  0,1 mutacions o 1 mutació cada 10 genomes amb un genoma de 100 Kb (100.000 nt)  cada genoma és diferent! Virus DNA (10–7–10–8) en virus DNA que s’integren al cromosoma i utilitzen les polimerases de l’hoste  de 20 a 100 vegades menys errors!

20. Evolució Mutació induïda (agents mutagènics que fan augmentar les taxes de mutació). ATENCIÓ!! Només en virus DNA, els RNA ja no la poden augmentar més! Concepte de LLINDAR DE CATÀSTROFE Recombinació i interaccions genòmiques (sobretot en casos de virus amb genomes segmentats) Ex: Virus de la Grip (8 segments RNA) coinfecció 2 variants = 28 = 256 combinacions! Efecte de l’hoste (diferents hostes representen diferents factors de pressió i selecció) Factors de pressió (Selecció) Origen i Evolució