Características gerais, estrutura e taxonomia viral

Índice

• Generalidades
• Estrutura viral
• Taxonomia viral
• Glossário

Generalidades

• Os vírus são os menores e mais simples microorganismos que existem.
• São muito menores que células eucariotas e procariotas.
• Ao contrário destas, possuem uma estrutura simples e estática.
• Não possuem metabolismo próprio.
• Dependem da maquinaria celular para a sua replicação (parasitas intracelulares obrigatórios).
• Possuem DNA ou RNA como genoma, mas não possuem ribossomas e outros fatores necessário para a produção de proteínas. Por isso necessitam das funções e do metabolismo celular para produzir suas proteínas e se multiplicar.
• O genoma viral, ácido ribonucléico (RNA) ou deoxiribonucléico (DNA), codifica as informações mínimas para: 1. Assegurar a sua replicação; 2. Empacotar o seu genoma e 3. Subverter funções celulares em seu benefício.
• Alguns vírus infectam células procariotas (bacteriófagos); outros infectam células eucariotas.
• Alguns vírus destroem as células infectadas, produzindo enfermidades; outros persistem em estado latente ou persistente na célula; e outros podem causar transformação tumoral nas células infectadas.

Estrutura viral

Os vírus são compostos, pelo menos, do genoma de ácido nucléico RNA ou DNA e uma cobertura de proteínas. Muitos vírus possuem uma membrana externa adicional denominada envelope.

• A cobertura protéica ou capsídeo de um vírion (virus completo ou partícula vírica) é composta de cópias múltiplas de uma ou mais tipos de proteínas. Essas proteínas se associam entre si, formando unidades estruturais denominadas capsômeros.
• O conjunto do genoma mais o capsídeo de um vírion é denominado de nucleocapsídeo.
• Os vírus mais simples não possuem envelope e possuem RNA ou DNA de cadeia simples (Fig. 1.1).
• Os vírus envelopados contêm uma membrana externa que recobre o nucleocapsídeo (Fig.1.2). Essa membrana externa (ou envelope) é derivada de membranas da célula hospedeira (nuclear, do aparelho de Golgi, do retículo endoplasmático ou membrana plasmática). Assim como essas membranas, o envelope é constituído de uma membrana lipídica dupla com proteínas nela inseridas. As proteínas do envelope viral são codificadas pelo seu genoma.
• Alguns virus, como os bacteriófagos, possuem caudas protéicas complexas que são necessárias para a ancoragem e introdução do genoma viral na célula hospedeira.

Figura 1-1. Vírion sem envelope, com capsídeo icosaédrico. O ácido nucléico localiza-se no interior do capsídeo. Ilustração cortesia de A. Wayne Roberts.

Figura 1-2. Vírion envelopado, com capsídeo helicoidal. O ácido nucléico localiza-se no interior do vírion, como indica a linha pontilhada em forma de espiral. As linhas na superfícia extarna do envelope representam espículas glicoprotéicas. Ilustração cortesia de A. Wayne Roberts.

O genoma viral

O genoma dos vírus é constituído de DNA ou RNA. Nenhum vírus contêm DNA e RNA simultaneamente. O DNA pode ser de fita simples (parvovirus e circovirus), fita dupla (poliomavirus, adenovirus, herpesvirus) ou fita dupla parcial (hepadnavirus). O genoma DNA pode ter as suas extremidades covalentemente ligadas entre si (genoma circular – poliomavirus e circovirus) ou possuir as extremidades livres (linear – adenovirus, herpesvirus, parvovirus). O genoma dos poxvirus é dsDNA de fita dupla linear e possui as extremidades ligadas entre si.

Todos os genomas virais de RNA são lineares. A maioria deles é RNA de fita simples, poucos possuem RNA de fita dupla (reovirus, birnavirus). A maioria dos genomas RNA possui um único segmento (monopartite), enquanto alguns possuem o genoma dividido em dois segmentos (arenavirus), três (bunyavirus), 7 ou 8 (otomyxovirus) ou 10 segmentos (reovirus). Os genomas RNA de fita simples podem ser classificados em:

• RNA de sentido positivo (RNA +) – se o RNA genômico serve de RNA mensageiro e é traduzido pelos ribossomas da célula hospedeira.
• RNA de sentido negativo (RNA -) – se o RNA genômico é complementar ao RNA que é traduzido, e por isso não pode ser traduzido diretamente pelos ribossomas.
• Nos arenavirus e bonyavirus, um segmento do RNA genômico (sentido negativo) é transcrito e origina cópias de RNA de sentido positivo (que funcionam como RNA mensageiro). No entanto, cópias destes RNAs (que seriam de sentido negativo) também servem de mensageiros e são traduzidas. Essa estratégia é denominada de ambissense.

O genoma dos vírus pode codificar desde poucas proteínas diferentes (Polyomavirus, 6 a 7 genes, 5000 nucleotídeos de extensão) até mais de 70 - 100 produtos gênicos (herpesvirus, 60 a 120 genes, 120.000 a 220.000 pares de bases de extensão).

Em geral, o genoma dos vírus RNA são menores, atingindo uma extensão máxima de pouco mais de 30.000 nucleotídeos (Coronavirus). Uma hipótese para explicar isto seria a de que as polimerases virais de RNA tendem a cometer mais erros do que as polimerases de DNA no processo de replicação do genoma. Assim, a fidelidade de replicação poderia limitar o tamanho do genoma. Ao contrário, os genomas de vírus DNA podem atingir mais de 300.000 pares de bases, como se observa em alguns herpesvirus.

O capsídeo

A função do capsídeo é empacotar e proteger o genoma viral durante a sua transferência entre células e hospedeiros. O capsídeo pode ser formado por cópias múltiplas de uma mesma proteína ou por uma associação de várias proteínas diferentes. Os capsídeos construídos por cópias de uma única proteína representam um exemplo de economia genética, pois apenas um gene pode codificar os produtos necessários para construir o capsídeo e recobrir completamente o genoma.

• O capsídeo de um vírus pode possuir várias formas geométricas que são características de cada família viral. Essas incluem:

• Capsídeo icosaédrico sem envelope (picornavirus, polyomavirus); ou envelopado (herpesvirus). Essa forma geométrica possui várias faces triangulares e ângulos (Fig. 1.1.); o número de faces e ângulos pode variar de acordo com o número e tipo de associação entre as proteínas estruturais constituintes.
• Capsídeo helicoidal, sem envelope (virus do mosaico do tabaco) ou envelopado (rabdovirus, paramyxovirus), (Fig. 1.1 e Fig. 1.2.).

• Os vírus variam de tamanho, desde os circovirus com 17 - 22 nm de diâmetro, até os poxvirus, que podem atingir os 300 nm. Esses vírus possuem uma forma ovóide e são suficientemente grandes para serem visíveis sob microscopia ótica, ao contrário dos demais cuja visualização requer microscopia eletrônica.
• Várias técnicas têm sido utilizadas para a visualização dos virus. A cristalografia de raios X é utilizada para determinar a estrutura física, assim como as dimensões e morfologia das proteínas e estruturas componentes da partícula vírica. As informações obtidas pelo uso dessa técnica são utilizadas para contruir um modelo da estrutura da partícula viral. A microscopia eletrônica é utilizada para determinar-se a morfologia dos vírus e também com fins diagnósticos para a detecção de vírus em amostras clínicas. No capítulo 2 são descritos com detalhes os métodos utilizados para a visualização de virus.

Cinco formas estruturais básicas

De acordo com a sua morfologia, existem cinco tipos básicos de estrutura de partículas víricas, citadas a seguir com exemplos:

• Icosaédrico sem envelope – adenovirus e picornavirus.
• Helicoidal sem envelope – vírus do mosaico do tabaco; não se conhece vírus humanos ou animais com essa estrutura.
• Icosaédrico com envelope – togavirus e flavivirus.
• Helicoidal com envelope – rabdovirus e paramyxovirus.
• Complexos – bacteriófagos e poxvirus.

Envelope

O envelope viral, presente em vírus de algumas famílias, origina-se de membranas da célula hospedeira através de brotamento, que ocorre durante o egresso de vírions maduros da célula hospedeira. Essa membrana freqüentemente é derivada de uma região da membrana plasmática, mas pode originar-se também das membranas do aparelho de Golgi, do retículo endoplasmático ou da membrana nuclear, dependendo do vírus e do compartimento celular onde ocorre a replicação. Independentemente de sua origem, o envelope é composto de uma camada dupla de lipídios – de origem celular – com proteínas associadas. As proteínas do envelope são codificadas pelo vírus e constituem-se em sua maioria de glicoproteínas. O número de proteínas do envelope pode variar de uma até mais de dez, dependendo do virus. As glicoproteínas do envelope desempenham várias funções, incluindo a ancoragem inicial do vírion na célula, penetração, fusão e disseminação do vírus entre células. A ancoragem inicial do vírion na superfície da célula requer que o envelope esteja intacto e que as glicoproteínas estejam em sua conformação natural. Algumas drogas antivirais são dirigidas contra as proteínas do envelope e podem reduzir a capacidade dos vírus de se ligarem na célula e iniciarem a infecção, reduzindo assim a sua infectividade.

O processo de brotamento e a conseqüente aquisição do envelope por vírions recém-formados pode ou não resultar na destruição da célula infectada. A liberação de um número muito grande de vírus simultaneamente pode comprometer a integridade celular e resultar na morte da célula. Muitas vezes, a liberação da progênie viral é lenta e resulta em excreção viral contínua e infecção crônica ou persistente. Ao contrário dos vírus sem envelope, cuja liberação é quase sempre acompanhada de morte celular, o egresso de vírus envelopados é muitas vezes compatível com a sobrevivência da célula hospedeira. Portanto, o processo de brotamento representa um mecanismo de liberação de progênie viral sem induzir morte celular.

Proteínas virais

O genoma dos vírus codifica dois tipos de produtos: as proteínas estruturais e as não-estruturais. As proteínas estruturais são aqueles que fazem parte da estrutura física da partícula vírica (capsídeo, envelope), enquanto as proteínas não-estruturais são produzidas dentro da célula infectada e desempenham diferentes funções na replicação viral. O número de proteínas codificadas pelos vírus varia amplamente, desde poucas até centenas.

As proteínas estruturais incluem aquelas que fazem parte do capsídeo e associam-se e empacotam o genoma viral. Em alguns vírus envelopados, existe uma camada protéica denominada tegumento entre o capsídeo e o envelope. As proteínas que compõe o tegumento também são estruturais. As proteínas da superfície do capsídeo e do envelope são ligantes, que interagem com receptores na superfície da célula hospedeira. Algumas dessas proteínas (as glicoproteínas) são processadas no lúmen do retículo endoplasmático, onde resíduos de açúcar (oligossacarídeos) são incorporados à cadeia polipeptítica. Essas proteínas são enviadas ao aparelho de Golgi, a vesículas secretoras e finalmente se fusionam com a membrana plasmática, podendo estar presentes na superfície da célula infectada. As glicoproteínas do envelope desempenham papel importante nas interações entre os vírions e as células (ligação, penetração, fusão, disseminação entre células) e são alvos importantes para anticorpos neutralizantes produzidos pelo hospedeiro.

As proteínas estruturais são principalmente enzimas, como aquelas envolvidas no processo de transcrição do genoma, replicação e processamento de proteínas. Um exemplo de proteína não-estrutural é a transcriptase reversa dos retrovirus, que produz cópias de DNA a partir de um molde RNA para serem incorporadas ao genoma da célula hospedeira. Alguns vírus codificam várias proteínas não-estruturais que desempenham papéis acessórios na regulação da expressão gênica celular e viral, regulação das várias etapas do ciclo replicativo do virus, neutralização dos mecanismos de defesa do hospedeiro, transformação celular, entre outras.

Outros componentes dos vírions

Lipídios

Os lipídios presentes nas partículas víricas envelopadas são derivadas das membranas celulares. São, em sua maioria fosfolipídios (50 - 60%) e o restante é colesterol. O envelope dos vírus contém lipídios derivados das membranas celulares e proteínas codificadas pelo virus, as vezes formando projeções (espículas). A composição lipídica total dos vírus envelopados representa aproximadamente 25 a 30% do seu peso seco. O restante é formado pelo genoma e parte protéica.

Carbohidratos

Os carbohidratos estão presentes essencialmente na forma de oligossacarídeos nas glicoproteínas, glicolipídios e mucopolissacarídeos. A composição de carbohidratos corresponde aproximadamente àquela da célula hospedeira. No entanto, as glicoproteínas freqüentemente contêm uma ligação glicosídica N- ou O-. Os carbohidratos encontram-se principalmente no envelope. Alguns vírus complexos contêm glicoproteínas internas ou proteínas glicosiladas também no capsídeo.

Taxonomia Viral

Os vírus constituem um grupo numeroso e heterogêneo. São classificados em categorias hierárquicas baseadas em várias características. A classificação é dinâmica, já que novos vírus estão sendo continuamente descobertos; e novas informações se acumulam sobre os vírus já conhecidos. A classificação e nomenclatura utilizados neste texto estava atualizada até a sua submissão. As alterações mais recentes podem ser verificadas em informativos periódicos do Comitê Internacional para Taxonomia Viral (ICTV). (Disponível em amazon.com).

O esquema básico de classificação hierárquica é: Ordem - Família - Subfamília - Espécie - Cepa / Tipo. Determinadas características virais definem cada uma dessas categorias taxonômicas. As Ordens possuem o sufixo –virales; as famílias possuem o sufixo –viridae; e os gêneros e espécies –virus. Uma espécie de vírus é representada por uma linhagem replicativa que ocupa um nicho ecológico, por exemplo uma enfermidade particular.

Os vírus são classificados em famílias com base em muitas características. Uma característica básica é o tipo de ácido nucléico (DNA ou RNA) e a morfologia, ou seja, o tamanho e forma do vírion, assim como a presença ou não do envelope. O espectro de hospedeiros e as propriedades imunológicas (sorotipos) também são utilizados. Propriedades físico-químicas como massa molecular, densidade, inativação térmica, estabilidade ao pH e sensibilidade a solventes também são utilizados na classificação viral.

Alguns aspectos importantes na taxonomia atual são o tipo de ácido nucléico, se o genoma possui cadeia dupla ou simples, a organização dos genes no genoma e a presença de determinados genes. Essas características são utilizadas para classificar-se os vírus em ordens ou famílias. Por exemplo, a ordem Mononegavirales está composta pelos vírus que possuem o genoma RNA de fita simples, polaridade negativa. Finalmente, a classificação se baseia nas macromoléculas produzidas (proteínas estruturais e enzimas), propriedades antigênicas e propriedades biológicas (infectividade, capacidade hemaglutinante, etc.).

As várias famílias são ordenadas no sumário de acordo com as diversas características de seu ácido nucléico. Neste livro, as famílias são apresentadas utiizando a mesma ordem apresentada na tabela a seguir.

A tabela 1.1 apresenta informações básicas sobre cada uma das principais categorias taxonômicas virais.

Partículas víricas atípicas associadas com infecções

Vírions defectivos

Os vírions defectivos ou incompletos são aqueles cujo genoma não possui um ou mais genes específicos, devido a mutação ou deleção. Por isso, são incapazes de completar o ciclo replicativo na célula. No entanto, se a célula for co-infectada com outro vírus – denominado vírus helper (auxiliar) o produto do gene ausente no vírus defectivo é complementado pelo vírus auxiliar e aquele pode replicar. Para alguns virus, a quantidade de partículas incompletas ou defectivas produzidas é maior do que os vírions completos (até 1:1000). A produção de partículas defectivas é característica de algumas espécies de vírus e acredita-se que possa moderar a severidade da enfermidade clínica in vivo. Os virusóides, que são exemplos de vírus defectivos, serão discutidos a seguir nesse capítulo.

Pseudovírions

Pseudovírions podem ser produzidos durante a replicação viral, quando o genoma da célula hospedeira se fragmenta. Como resultado disso, segmentos de DNA celular são incorporados em partículas víricas, em substituição ao DNA viral. Esses pseudovírions podem ligar-se na célula hospedeira, penetrar mas não são capazes de replicar pois não possuem os genes virais necessários.

Prions

Os prions não são virus. São partículas protéicas infecciosas associadas a encefalopatias espongiformes transmissíveis (TSEs) de humanos e animais. As TSEs inlcuem a doença de Creutzfeldt-Jacob (CJD) em humanos, scrapie em ovinos e BSE em bovinos. Prions e TSEs são abordados com mais detalhes no capítulo 29. Resumidamente, o exame microscópico do cérebro revela grandes vacuolos nas regiões do córtex e cerebelo, daí a denominação de encefalopatia espongiforme. Exames mais detalhados das regiões afetadas revelam depósitos de fibrilas e placas amilóides associadas com a proteína prion. Essas enfermidades se caracterizam pela perda do controle motor, demência, paralisia e inevitavelmente morte. Maiores detalhes da patogenia ainda não são conhecidos.

Viróides

Os viróides são ácidos nucléicos de baixo peso molecular, desnudos, extremamente resistentes ao calor, a radiação ultravioleta e radiação ionizante. Essas partículas se compõe exclusivamente de um fragmento de RNA circular de cadeia simples, com algumas regiões de cadeia dupla. Os viróides causam, em sua maioria, doenças em plantas como a doença do tubérculo fusiforme da batata.

Virusóides

Os virusóides (também chamados de RNA satélites) são similares aos viróides, pois são segmentos de ácido nucléico de baixo peso molecular, extremamente resistentes ao calor e a radiações ultravioletas e ionizantes. No entanto, dependem de um vírus auxiliar para a sua replicação. Os virusóides replicam no citoplasma da célula, através de uma polimerase de RNA dependente de RNA.

Nova família de vírus - Mimiviridae

Mimiviridae é uma família viral que contêm apenas um membro, Mimivirus. O nome do vírus é derivado do termo "micróbio imitador". O agente foi descoberto em 1992, infectando um protozoário e até o presente é o maior vírus que se conhece, com aproximadamente 400 nm de diâmetro. O capsídeo possui forma icosaédrica, não possui envelope e o genoma é uma molécula de DNA de cadeia dupla de 1.2 Mb contendo aproximadamente 1260 genes. A seqüência completa do genoma do Mimivirus foi recentemente publicada (2004).

Glossário

Bacteriófago:
Í virus que infecta células procarióticas e possui muitas características de vírus de plantas e animais. Requer uma bactéria viva para realizar seu ciclo reprodutivo.

Brotamento:
processo através do qual os vírus adquirem envelope. É precedido da inserção de glicoproteínas virais nas membranas da célula hospedeira. Esse processo ocorre mais freqüentemente na membrana plasmática e confere infectividade ao virus.

Mucopolissacarídeo:
uma classe de polissacarídeo como heparina, ácido hialurônico e sulfato de condroitina, que absorvem água para formar um material espesso, mucóide, gelatinoso.

Oligossacarídeo:
um açúcar que contêm um número pequeno e conhecido de unidades de monosacarídeos.