Els Virus: Robots genètics en la frontera de la vida

1. Universitat de Girona Els Virus: Robots genètics en la frontera de la vida Carles Borrego Àrea de Microbiologia Dept. de Biologia

2. 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

3. I. Introducció • Descobriment i concepte de virus • Propietats distintives • Conceptes • Perspectives actuals • Virus biològics vs. Virus informàtics • Altres elements genètics relacionats

4. 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

5. 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)

6. 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 funcionalun organisme viu és una unitat independent formada per estructures funcionals integrades i interdepenents (Lwoff, 1975) • Organismes pluricel·lulars? SI (amb reserves) • Organismes unicel·lulars? SI • Orgànuls cel·lulars? NO • Gens? NO • Virus? NO •  Des del punt de vista funcional: HOMEOPOïESI. •  nutrició •  moviment • creixement • reproducció (divisió) • ser “conscient” dels canvis ambientals i actuar en conseqüència • Compleixen els Virus?

7. 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?

8. 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.

9. Descobriment i concepte de virus TRANSFERÈNCIA GÈNICA SIMBIOSI SELECCIÓ EVOLUCIÓ MUTACIÓ RECOMBINACIÓ FIXACIÓ MUTANTS

10. 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.

11. 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)!

12. 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)

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

14. Propietats distintives

15. 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 3–300 Bacteris 250–9000 Fongs/Llevats 9000–12000 Plantes >10.000 Humans 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).

16. Propietats distintives

17. 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).

18. 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?

19. Propietats distintives • Estat extracel·lular • Simplicitat estructural i composicional • Mida • Morfologia • Genoma • Creixement • Mort • Cultiu • Parasitisme • Patogènia • Antigenicitat           

20. 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

21. Conceptes Cicle viral (lític)

22. 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

23. 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.

24. 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

25. 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)