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