Obsah př. ky: obecná charakteristika. VIRY: obecná

Obsah př ky: přednáš ednášky: Obecná charakteristika virů • velikost a morfologie virů • chemické složení virů • virion

Klasifikace virů RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, PřF UP Olomouc

• podle typu hostitele • podle typu NK • podle výskytu obalu

Životní cyklus virů • • • •

adsorpce penetrace replikace lyzogenní a lýtický cyklus bakteriofága

Příklady virů a Trocha historie Studijní materiály na: http://www.zoologie.upol.cz/zam.htm

VIRY: obecná obecná charakteristika

lidský ERYTROCYT průměr: 7 000 nm

velmi malé nebuněčné formy života (~20-900nm) obligátní intracelulární parazité mají vlastní NK schopnou ovládnout genetický mechanismus hostitelské buňky nemetabolizují nerostou nedělí se

Bakterie E. coli 3000 x 1000 nm

cytoplazmatická membrána ERYTROCYTU: 10 nm

Rozmanitá Rozmanitá morfologie virů virů

KUBICKÁ SYMETRIE (pravidelné mnohostěny) 20ti stěny = ikosahedrální symetrie 12ti stěny = dodekahedrická symetrie

HELIKOIDÁLNÍ SYMETRIE

Rozmanitá Rozmanitá morfologie virů virů

Virus kravských neštovic

Paramyxoviry (virus spalniček, příušnic)

Herpevirus

(vlákna, tyčky)

Adenovirus (respirační n.)

Rabdovirus (virus vztekliny)

Bakteriofág T4

Virus chřipky

Polyomavirus

KOMBINOVANÁ SYMETRIE

HELIKOIDÁLNÍ OVÁLNÁ SYMETRIE

(kubická symetrie hlavičky, vláknité tělo a bičíky)

Rozmanitá Rozmanitá morfologie virů virů

Picornavirus (rýma)

1 µm ( = 1000 nm)

Chemické Chemické slož složení ení virů virů

NUKLEOVÁ KYSELINA • Jednovláknová nebo dvouvláknová RNA resp. DNA • Obsahuje od několika genů (3-v. tabákové mozaiky) do několika set genů (tzv. miniviry – až 1200 genů) • Kóduje virové proteiny

PROTEINY (glykoproteiny) • Strukturální (proteiny matrix virionu) • Nestrukturální (funkční proteiny), zodpovědné za přeprogramování hostitelské buňky pro potřeby viru a za virovou replikaci, např.: RNA polymeráza, reverzní transkriptáza, neuraminidáza

FOSFOLIPIDY (glykolipidy) • Pochází z hostitelské buňky

Chemické Chemické slož složení ení virů virů: Retrovirus

VIRION Jako virion označujeme kompletní infekční virovou částici schopnou invaze

LIPIDOVÁ

transmembránový

membrána reverzni transkriptáza:

povrchový

NUKLEOKAPSID

GLYKOPROTEIN PROTOMERY

GLYKOPROTEIN

funkční

PROTEIN

enzymy:

matrix

funkční

strukturální

PROTEINY

PROTEIN

NUKLEOVÁ KYSELINA

KAPSOMERA VNĚJŠÍ OBAL

(ssRNA, dsRNA, ssDNA, dsDNA)

KLASIFIKACE virů virů

morfologická jednotka proteinového pláště

PROTOMERA –

VNĚJŠÍ OBAL fosfolipidová dvojvrstva (vyskytuje se jen u tzv. obalených virů)

HLAVOVÁ ČÁST NUKLEOVÁ KAPSIDA NUKLEOKAPSID KYSELINA LÍMEČEK STAŽITELNÝ DUTINA BIČÍK BIČÍKU

RNA viry DNA viry

Mezinárodní komise pro klasifikací virů ( ICTV – International Comitee for Taxonomy of Viruses) vydává každoročně taxonomický seznam známých virů. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ICTVdb/ - databáze všech virů podle ICTV

KAPSOMERA –

VIRY BAKTERIÍ BAKTERIÍ: Bakteriofá Bakteriofág T4

Viry bakterií - bakteriofágy Viry sinic – cyanoviry Viry hub - mykoviry Viry rostlin - fytoviry Živočišné viry – zooviry bezobratlých zooviry obratlovců

Obalené viry Neobalené viry

KAPSID – proteinový plášť

nejmenší funkční jednotka proteinového pláště (kapsomery)

strukturální

PROTEIN kapsidu

NUKLEOVÁ KYSELINA (jedno- nebo dvouvláknová RNA nebo DNA)

TĚLNÍ ČÁST

VLÁKNA BIČÍKU

BAZÁLNÍ DESTIČKA

BAKTERIOFÁ BAKTERIOFÁG γ

VIRY podle typu NK templát pro DNA

Retroviry HIV RNA-onkoviry (v. leukémie)

Zpět na klasifikaci

Zpět na klasifikaci

VIRY neobalené neobalené a obalené obalené

templát pro mRNA

Orthomyxovirus chřipka Paramyxoviry spalničky příušnice Rabdoviry vzteklina

slouží jako mRNA

Pikornaviry rýma Togaviry v. zarděnek v. žluté zimnice v. encefalitidy

Reoviry Průjem, lehká respirační onemocnění

Papovaviry Papilomaviry-rak.dělož.čípku bradavice Adenovirus běžná respirační n. - nachlazení Herpeviry Herpes simples-opar varicela zoster-plané neštovice Epstein-Barr virusPoxvirus Pravé neštovice

Parvoviry Roseola (růžovka)

Životní ivotní cyklus virů virů (reprodukce) Segmentované jádro

OBALENÉ VIRY OBALENÉ É VIRY OBALEN

1. ADSORPCE

Nukleová kyselina

2. PRŮNIK (PENETRACE)

kapsida

3. DESTRUKCE VIROVÝCH OBALŮ = ROZBALEMÍ Glykoproteiny Lipidový obal

5. MATURACE Nukleokapsid

NEOBALENÉ VIRY NEOBALENÉ É VIRY NEOBALEN

4. REPLIKACE

6. UVOLNĚNÍ NOVÝCH VIRIONŮ

1. ADSORPCE

Přichycení virionu na povrch hostitelské buňky

2. PENETRACE

Průnik viru do hostitelské buňky

Mechanismy průniku jsou velmi rozmanité, závislé na stavbě virionu.

 prostřednictvím „receptor-vazebného místa“ na kapsidu nebo glykoproteinovém vnějším obale (tvar kapsy nebo výčnělku)

 OBALENÉ VIRY Fůzí: splynutí virového obalu s cytoplazmatickou membránou hostitelské buňky. Do buňky proniká jen nukleokapsida Receptorovou endocytózou:

 „receptor-vazebné místo“ rozpoznává odpovídající receptor na povrchu hostitelské buňky  receptory hostitelské buňky jsou různé molekuly (proteiny, lipidy,

 NEOBALENÉ VIRY Přímo přes cytoplazmatickou membránu hostitelské buňky.

oligosacharidy); často mají v buňce jiné přirozené funkce (endocytóza, rozpoznávání buněk-CD4,FcR, vazba ligandů, transport látek-GLUT1)  adsorpce je podmíněna jak geneticky, tak řadou dalších faktorů (fyziologický stav, pH, koncentrace iontů aj.)

2. PENETRACE FŮ FŮZÍ

 BAKTERIOFÁG V místě uchycení rozruší bakteriofág enzymem lysozymem membránu hostitelské muňky. Do buňky se přenese jen genom, kapsid růstává vně buňky.

2. PENETRACE receptorovou endocytó endocytózou

Retroviry (HIV), Herpeviry, Paramyxoviry (spalničky, příušnice) http://darwin.bio.uci.edu/~faculty/wagner/hsvbinding.html

Zpět na penetraci

Zpět na penetraci

2. PENETRACE BAKTERIOFÁ BAKTERIOFÁGA V místě adsorpce je enzymem lysozymem rozrušena membrána - do hostitelské buňky vstupuje jenom virový genom.

3. Destrukce virových obalů obalů „Rozbalení“ („svléknutí“) virů: Probíhá účinkem proteolytických enzymů v cytoplazmě, jádře nebo lysozomech hostitelské buňky.

BAKTERIÁLNÍ HOSTITELSKÁ BUŇKA

DNA bakteriofága

http://seyet.com/video/T4_web.swf

4. REPLIKACE

Syntéza virové NK (replikace, transkripce)

Strategie reprodukce virionu je rozmanitá: * specifická pro jednotlivé skupiny virů * závislá na typu NK Virová RNA je po rozrušení kapsidy přímo využita jako mRNA a je v ribozómech překládána do řetězců aminokyselin.

4. REPLIKACE: +RNA jednovlá jednovláknové knové viry 1. Rozrušení kapsidy 2. Virová RNA je přímo využita jako mRNA a je překládána do řetězců aminokyselin na buněčných riborómech bezprostředně po průniku do buňky. 3. Replikace virového genomu probíhá přes dsRNA za účasti virové RNA polymerázy (syntetizované po infekci buňky)

Virová -RNA je nejprve přepsána do +RNA a je v ribozómech překládána do řetězců aminokyselin. +RNA vlákno je enzymem reverzní transkriptázou , přepsáno do -DNA a následně +DNA. Vzniklá dvoušroubovice DNA je zabudována do genomu hostitele.

Kopie virového genomu +RNA

protein

+RNA vlákno složí pro přepis do proteinů, -RNA vlákno je přepsáno do +RNA, která následně slouží k syntéze nových virových –RNA. K vláknu virové DNA je syntetizováno komplementární vlákno Vzniklá dsDNA je přepsána do mRNA a následně do řetězců aminokyselin. Virová DNA je přepsána do mRNA a v ribozómech překládána do řetězců aminokyselin.

Proteinová virová kapsida

RNA polymeráza

Komplementární „-“ RNA

Ribosom hostitelské buňky

4. REPLIKACE: -RNA jednovlá jednovláknové knové viry

Zpět na přehled

1. RNA polymeráza je integrovanou součástí infekčního virionu. 2. Virová „-“ RNA musí být ještě v kapsidě nejprve přepsána pomocí RNA polymerázy do meziproduktu dsRNA. Ta slouží k syntéze kopií virové genomické „-“ RNA . 3. + RNA kopie je využita jako mRNA a je překládána do řetězců aminokyselin na buněčných riborómech

„-“ RNA

4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (a) 1

2

3

+ Kopie virové RNA

Proteinová virová kapsida

Virový protein

+RNA vlákno virové je přepsáno reverzní transkriptázou (součást virionu) do komplementárního vlákna DNA. Vzniká přechodně hybridní RNA-DNA dvouvlákno a následně odbouráním RNA vlákna jen ssDNA.

Jedna z metod léčby infekce HIV Virová RNA Virová reverzní transkriptáza Přepisující RNA do DNA

RNA polymeráza Ribosom hostitelské buňky

Látka blokující reverzní transkriptázu

4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (a) 1

2

4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (b) 3

+RNA vlákno virové je přepsáno reverzní transkriptázou (součást virionu) do komplementárního vlákna DNA. Vzniká přechodně hybridní RNA-DNA dvouvlákno a následně odbouráním RNA vlákna jen ssDNA.

4

5

6

K ssDNA je syntetizováno komplementární vlákno DNA. Vzniklne dvouvláknová molekula DNA, která se cirkularizuje.

7

8

9

Cirkulární ddDNA vstupuje do jádra hostitelské buňky a je zabudována do jejího genomu. Zabudovanou DNA v hostitelském genomu nazýváme provirovou DNA nebo provirus.

10

11

12

Přepisem provirové DNA pomocí buněčné RNA polymerázy vzniká mRNA a také nová virová RNA.

4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (c) 14

13

4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (c) 15

Translace probíhá v cytoplazmě. Primárním produktem jsou polyproteiny, které jsou proteázami štěpeny na konečné funkční peptidy.

14

13

15

Translace probíhá v cytoplazmě. Primárním produktem jsou polyproteiny, které jsou proteázami štěpeny na konečné funkční peptidy.

Jedna z metod léčby infekce HIV

16

17

18

Nově syntetizované virové polyproteiny Proteázy štěpící primární produkty translace Látka blokující proteázy Genová RNA vzniká přepisem provirové DNA. Tvorba nových virionů zahrnuje interakci virové RNA , Proteinů a glykoproteinů s cytoplazmatickou membránou. Viriony se uvolňují pučením.

4. REPLIKACE BAKTERIOFÁ BAKTERIOFÁGA ( dsDNA ) Bakteriofágy (dsDNA) se rozmnožují dvěma alternativními cykly:

BAKTERIOFÁ BAKTERIOFÁG T4: lýtický cyklus

Fág λ

A: Lytický cyklus: Končí smrtí hostitelské buňky. Fágy rozmnožující se jen lyticky označujeme jako virulentní.

1.

fág se přichycuje na povrch buňky

2.

B: Lyzogenní cyklus:

3.

Fágový genom se replikuje bez poškození hostitelské buňky a žijí v ní ve formě profága.

stažitelná část bičíku se stáhne a trubice bičíku pronikne do buňky přes trubici pronikne do buňky nukleová kyselina

Fágy schopné použít oba typy reprodukce = temperované fágy. Spouštěcí mechanismus změny lyzogenního do lytického cyklus: vlivy prostředí (radiace, chemické sloučeniny atd.).

4.

T4 bakteriofág

nukleová kyselina se pomnoží a začínají se tvořit nové viriony

5.

jakmile je nových virionů moc, dochází k lýzi buňky

přichycení fága a průnik DNA do hostitelské buňky

pomnožení virionů

zabudování DNA fága do hostitelské buňky ve formě profága

AKTIVACE (radiace, chemické vlivy aj.) dělení hostitelské buňky

lýze hostitelské buňky

VIRUS CHŘ CHŘIPKY – obecná obecná charakteristika

VIRUS CHŘ CHŘIPKY – symptomy

Anglický název „influenza“, zkráceně „flu“ je odvozen od slova „influences“ (vliv) – věřilo se, že astrologické vlivy mají význam při šíření nemoci.

čeleď Orthomyxoviridae

Akutní respirační onemocnění, přenášené z osoby na osobu kapičkami slin vznikajícími při kašlání

„- RNA“ obalený virus Velikost: 80 nm 3 TYPY CHŘIPKOVÝCH VIRU: Typ A – infikuje savce a ptáky Typ B – infikuje jen lidi Typ C – infikuje lidi a prasata

SYMPTOMY: horečka bolest hlavy únava, malátnost bolesti svalů a kloubů suchý kašel bolest v krku kýchání podrážděné oči zimnice

Virus chřipky TYP A: chemické chemické slož složení ení LIPIDOVÁ DVOJVRSTVA (z napadené buňky)

(povrchový protein, shlukuje červené krvinky)

H

Transmembránový protein vystupující z povrchu viru

IONTOVÝ KANÁL

(Název je odvozen od schopnosti shlukovat erytrocyty)

MATRIXOVÝ PROTEIN

Hemaglutinin se specificky váže na sacharidové řetězce membránových glykoproteinů hostitelských buněk

(klíčová role při tvorbě kapsidy)

HEMAGLUTININ

HEMAGLUTININ (H)

MOLEKULY RNA

Různé typy hemaglutininů jsou specifické ke konkrétním glykoproteinům určitých tkání resp. živočišných druhů

(9 jednovláknových molekul RNA kódujících 11 typů proteinů virionu

Je známo více jak 12 typů hemaglutininů u viru chřipky (H1, H2….atd.)

NEURAMINIDÁZA (povrchový protein, pomáhá novým virionům vstoupit a opustit hostitelskou buňku)

Virus chř chřipky a buň buňky tracheá tracheální lní sliznice

Viry s typem hemaglutininu H1, H2 a H3 napadají dýchací sliznici člověka. Podtyp H5 se specificky váže na buňky trávicího traktu ptáků

Poš Poškození kození buně buněk tracheá tracheální lní sliznice

normální tracheální sliznice

NEURAMINIDÁ NEURAMINIDÁZA – obecná obecná charakteristika

NEURAMINIDÁ NEURAMINIDÁZA u virů virů chř chřipky N

 Povrchový antigen viru

Povrchový membránový protein (Synonyma: sialidáza, acetylneuraminidáza, acetylneuraminyl hydroláza)

(podle antigenní varianty neauraminidázy klasifikujeme viry na N1-N9)

 Faktor virulence viru VLASTNOSTI-FUNKCE: Enzym, štěpící glykosidické vazby mezi terminální kyselinou sialovou a subterminálním cukrem, nejčastěji galaktózou v oligosacharidech, glykoproteinech a glykolipidech

VÝSKYT: Savčí buňky, hl. v lyzozomech – podílí se na degradaci glykoproteinů (pozn. Vrozený defekt neuzaminidázy vede ke vzácné tzv. „střádací chorobě“ sialidáze)

Virus ptačí chřipky

TAMIFLU inhibuje virovou neuraminidázu. Tím blokuje uvolnění viru z hostitelské buňky a jeho šíření. Užití antivirotika má efekt jen v počátku infekce

Štěpení hlenu dýchací sliznice (obnažením se stávají buňky pro virus přístupnější) Štěpení kys. sialové z obalu při uvolňování nově se tvořícího viru (nezbytné k oddělení nových virionů a zároveň proti shlukování oddělených virů) http://www.pharmasquare.g/flash/Tamiflu.html#Virus

Povrch řady virů – např. v. chřipky (Orthomyxoviridae)

VIRUS CHŘ CHŘIPKY– IPKY–

FUNKCE při chřipkové nákaze:

Animace: princip účinku antivirotik typu Tamiflu

antigenní antigenní posun (rekombinace)

Viry napadající člověka:

VIRUS CHŘ CHŘIPKY– IPKY–epidemie v lidské lidské populaci 1957 Asijská chřipka 1–1,5 mil obětí 1968 Honkongská chřipka 0,7-1 mil obětí

Prase je možným hostitelem jak lidských tak ptačích virů. Pokud se v jedné buňce hostitele sejde více typů virů, může dojít k rekombinaci a vzniku nového typu viru s antigeny, proti kterým nejsou v populaci hostitele protilátky

Virus mexické (prasečí, nové) chřipky

1918 Španělská chřipka 50-100 mil. obětí

1976 prasečí chřipka panika (USA)

RETROVIRY : Virus HIV - stavba Fosfolipidová dvojvrstva

HIV: virus x onemocně onemocnění

Transmembránový gp 41 protein

Human Immunodeficiency Virus

Reverzní transkriptáza

RNA

Kapsid

CD4 koreceptor

Povrchový gp 120 protein

Acquired Immune Deficiency Syndrome (nemoc, způsobená virem HIV)

T lymfocyt

4a. REPLIKACE HIV viru 1

4b. REPLIKACE HIV viru

2

3

+RNA vlákno virové je přepsáno reverzní transkriptázou (součást virionu) do komplementárního vlákna DNA. Vzniká přechodně hybridní RNA-DNA dvouvlákno a následně odbouráním RNA vlákna jen ssDNA.

4

5

6

K ssDNA je syntetizováno komplementární vlákno DNA. Vzniklne dvouvláknová molekula DNA, která se cirkularizuje.

7

8

9

Cirkulární ddDNA vstupuje do jádra hostitelské buňky a je zabudována do jejího genomu. Zabudovanou DNA v hostitelském genomu nazýváme provirovou DNA nebo provirus.

10

11

12

Přepisem provirové DNA pomocí buněčné RNA polymerázy vzniká mRNA a také nová virová RNA.

4c. REPLIKACE HIV viru 13

AIDS: odhad poč počtu nemocných (2007)

14

15

Translace probíhá v cytoplazmě. Primárním produktem jsou polyproteiny, které jsou proteázami štěpeny na konečné funkční peptidy.

16

17

18

Zpět na přehled

Genová RNA vzniká přepisem provirové DNA. Tvorba nových virionů zahrnuje interakci virové RNA , Proteinů a glykoproteinů s cytoplazmatickou membránou. Viriony se uvolňují pučením.

Herpes virus

Herpes virus - animace http://darwin.bio.uci.edu/~faculty/wagner/movieindex.html Herpes virus - přichycení http://darwin.bio.uci.edu/~faculty/wagner/hsvbinding.html

Viry bakterií bakterií

Viry řas, hub a prvoků prvoků

Viry bezobratlých

Viry rostlin

Viry obratlovců obratlovců

Trocha historie 

Původ virů  



První teorie Viry vznikly z odštěpků nukleových kyselin 



odštěpky nukleové kyseliny unikly ven z organismu

Historie objevů   



Tři teorie Základní předpoklady

Původ virů

První objevený virus Hledání virů Složení virů

Elektronový mikroskop 

objev a vývoj

DNA

  

časem získaly schopnost zdvojovat se obalit se bílkovinou a tak zřejmě vznikly první viriony

Původ virů

Původ virů

Druhá teorie Viry vznikly zjednodušením svého těla 



Třetí teorie Viry vznikly ještě před buňkami 

viry, jak víme, žijí parazitickým způsobem života



BUNĚČNÁ STĚNA



časem zjistily, že k takovému životu nepotřebují vykonávat určité funkce a že k tomu jim jsou jisté „organely“ nadbytečné a tak došlo k druhotnému zjednodušení těla

 

Základní předpoklady 



DNA a RNA viry nemají stejný původ DNA-VIRY PŘEDCHŮDCE



RNA-VIRY

viry prokaryotických buněk vznikly v prokaryotických buňkách OK



Viry prokaryotických buněk

viry eukaryotických buněk vznikly v eukaryotických buňkách OK

před naším světem ale existoval tzv. RNA-svět a některé RNA-viry jsou „posly z minulosti“ z tohoto světa

První objevený virus

Pokud viry vznikly až po buňkách pak: 

-dnesDNA

RNA-svět -dříve-

SLOŽITÝ VIRUS, ČI JINÝ ORGANISMUS



někteří vědci předpokládají, že svět ve kterém dnes žijeme DNA-svět je tzv. DNA-svět

Viry eukaryotických buněk

Charles Chamberland svým objevem porcelánové filtru zároveň objevuhe i první popsaný virus – virus tabákové mozaiky

Hledání virů 



po objevu viru tabákové mozaiky provádí ruský vědec Dimitrij Ivanovskij pokusy s napadenými listy a zjišťuje, že jsou infekční i po odfiltrování „částic způsobujících nemoc“

Hledání virů II 





těmito částicemi se zabývali i jiní a shodli se v jednom – nejedná se o bakterie



Složení virů 



blíží se rok 1935 a lidstvo díky objevu Wendella Stanleyho, který krystalizoval virus tabákové mozaiky, zjišťuje, že se viry skládají z bílkovin

nedlouho po tomto objevu se daří dalším vědcům rozdělit virus na bílkovinou část a nukleovou kyselinu

slovo virus pochází z latiny a jeho český překlad zní jed poprvé jej používá nizozemský mikrobiolog Martinus Beijerinck blíží se 20.století a Frederick Twort zjišťuje, že viry mohou napadnout bakterie nezávisle na něm Felix d´Herelle pěstuje viry na buněčných kulturách a pozorováním tzv. „mrtvých oblastí“ určuje počet virů v kultuře

Elektronový mikroskop 

vynález elektronového mikroskopu provedli roku 1931 němečtí inženýři Ernst Ruska a Max Knoll



jejich mikroskop je však nepoužitelný pro praxi a první použitelný vyrábí až roku 1938 Eli Franklin Burton na Torontské univerzitě



první elektronový mikroskop zvětšoval 400x a přesto dnešní mikroskopy fungují stále na stejném principu