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 morfologie virů Rozmanitá morfologie virů KUBICKÁ SYMETRIE (pravidelné mnohostěny) 20ti stěny = ikosahedrální symetrie 12ti stěny = dodekahedrická symetrie HELIKOIDÁLNÍ SYMETRIE (vlákna, tyčky) Virus kravských neštovic Paramyxoviry (virus spalniček, příušnic) Herpevirus Adenovirus (respirační n.) Rabdovirus (virus vztekliny) Bakteriofág T4 Virus chřipky KOMBINOVANÁ SYMETRIE (kubická symetrie hlavičky, vláknité tělo a bičíky) HELIKOIDÁLNÍ OVÁLNÁ SYMETRIE Polyomavirus Picornavirus (rýma) 1 µm ( = 1000 nm) Rozmanitá morfologie virů Chemické složen ení 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 složen ení virů: Retrovirus VIRION LIPIDOVÁ membrána reverzni transkriptáza: funkční PROTEIN enzymy: funkční PROTEINY transmembránový GLYKOPROTEIN povrchový GLYKO- PROTEIN matrix strukturální PROTEIN Jako virion označujeme kompletní infekční virovou částici schopnou invaze PROTOMERY NUKLEOKAPSID NUKLEOVÁ KYSELINA (jedno- nebo dvouvláknová RNA nebo DNA) KAPSID proteinový plášť KAPSOMERA morfologická jednotka proteinového pláště PROTOMERA nejmenší funkční jednotka proteinového pláště (kapsomery) NUKLEOVÁ KYSELINA (ssrna, dsrna, ssdna, dsdna) strukturální PROTEIN kapsidu KAPSOMERA VNĚJŠÍ OBAL VNĚJŠÍ OBAL fosfolipidová dvojvrstva (vyskytuje se jen u tzv. obalených virů) KLASIFIKACE virů VIRY BAKTERIÍ: : Bakteriofág g T4 Viry bakterií - bakteriofágy Viry sinic cyanoviry Viry hub - mykoviry Viry rostlin - fytoviry Živočišné viry zooviry bezobratlých zooviry obratlovců RNA viry DNA viry KAPSIDA NUKLEOKAPSID LÍMEČEK DUTINA BIČÍKU HLAVOVÁ ČÁST NUKLEOVÁ KYSELINA STAŽITELNÝ BIČÍK Obalené viry Neobalené viry VLÁKNA BIČÍKU TĚLNÍ ČÁST 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 BAZÁLNÍ DESTIČKA
BAKTERIOFÁG γ VIRY podle typu NK templát pro DNA templát pro mrna slouží jako mrna Retroviry HIV RNA-onkoviry (v. leukémie) Orthomyxovirus chřipka Paramyxoviry spalničky příušnice Rabdoviry vzteklina Pikornaviry rýma Togaviry v. zarděnek v. žluté zimnice v. encefalitidy Papovaviry Papilomaviry-rak.dělož.čípku bradavice Adenovirus běžná respirační n. - nachlazení Herpeviry Herpes simples-opar varicela zoster-plané neštovice Epstein-Barr virus- Poxvirus Pravé neštovice Zpět na klasifikaci Zpět na klasifikaci Reoviry Průjem, lehká respirační onemocnění Parvoviry Roseola (růžovka) VIRY neobalené a obalené Životní cyklus virů (reprodukce) OBALENÉ VIRY Segmentované jádro 1. ADSORPCE Nukleová kyselina 2. PRŮNIK (PENETRACE) kapsida 3. DESTRUKCE VIROVÝCH OBALŮ = ROZBALEMÍ Lipidový obal Glykoproteiny 4. REPLIKACE 5. MATURACE NEOBALENÉ VIRY Nukleokapsid 6. UVOLNĚNÍ NOVÝCH VIRIONŮ
1. ADSORPCE Přichycení virionu na povrch hostitelské buňky 2. PENETRACE Průnik viru do hostitelské buňky prostřednictvím receptor-vazebného místa na kapsidu nebo glykoproteinovém vnějším obale (tvar kapsy nebo výčnělku) receptor-vazebné místo rozpoznává odpovídající receptor na povrchu hostitelské buňky receptory hostitelské buňky jsou různé molekuly (proteiny, lipidy, 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.) Mechanismy průniku jsou velmi rozmanité, závislé na stavbě virionu. OBALENÉ VIRY Fůzí: splynutí virového obalu s cytoplazmatickou membránou hostitelské buňky. Do buňky proniká jen nukleokapsida Receptorovou endocytózou: NEOBALENÉ VIRY Přímo přes cytoplazmatickou membránu hostitelské buňky. BAKTERIOFÁG V místě uchycení rozruší bakteriofág enzymem lysozymem membránu hostitelské muňky. Do buňky se přenese jen genom, kapsid růstává vně buňky. 2. PENETRACE FŮZÍF 2. PENETRACE receptorovou endocytózou Retroviry (HIV), Herpeviry, Paramyxoviry (spalničky, příušnice) http://darwin.bio.uci.edu/~faculty/wagner/hsvbinding.html Zpět na penetraci Zpět na penetraci
2. PENETRACE BAKTERIOFÁGA 3. Destrukce virových obalů V místě adsorpce je enzymem lysozymem rozrušena membrána - do hostitelské buňky vstupuje jenom virový genom. 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) 4. REPLIKACE: +RNA jednovláknov knové viry 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. 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. +RNA vlákno složí pro přepis do proteinů, -RNA vlákno je přepsáno do +RNA, která následně slouží k syntéze nových virových RNA. +RNA protein Kopie virového genomu 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 Ribosom hostitelské buňky Komplementární - RNA
4. REPLIKACE: -RNA jednovláknov knové viry Zpět na přehled 4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (a) 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 1 2 3 - RNA Proteinová virová kapsida + Kopie virové RNA 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 RNA polymeráza Virová reverzní transkriptáza Přepisující RNA do DNA Ribosom hostitelské buňky Látka blokující reverzní transkriptázu 4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (a) 4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (b) 1 2 3 7 8 9 +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 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 K ssdna je syntetizováno komplementární vlákno DNA. Vzniklne dvouvláknová molekula DNA, která se cirkularizuje. Přepisem provirové DNA pomocí buněčné RNA polymerázy vzniká mrna a také nová virová RNA.
4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (c) 4. REPLIKACE: +RNA RETROVIRY (c) 13 14 15 13 14 15 Translace probíhá v cytoplazmě. Primárním produktem jsou polyproteiny, které jsou proteázami štěpeny na konečné funkční peptidy. Jedna z metod léčby infekce HIV Translace probíhá v cytoplazmě. Primárním produktem jsou polyproteiny, které jsou proteázami štěpeny na konečné funkční peptidy. 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 BAKTERIOFÁGA ( dsdna ) BAKTERIOFÁG T4: lýtický cyklus Bakteriofágy (dsdna) se rozmnožují dvěma alternativními cykly: Fág λ A: Lytický cyklus: Končí smrtí hostitelské buňky. Fágy rozmnožující se jen lyticky označujeme jako virulentní. B: Lyzogenní cyklus: Fágový genom se replikuje bez poškození hostitelské buňky a žijí v ní ve formě profága. 1. fág se přichycuje na povrch buňky 2. stažitelná část bičíku se stáhne a trubice bičíku pronikne do buňky 3. 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.). T4 bakteriofág 4. 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 CHŘIPKY obecná charakteristika Anglický název influenza, zkráceně flu je odvozen od slova influences (vliv) věřilo se, že astrologické vlivy mají význam při šíření nemoci. čeleď Orthomyxoviridae - 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 VIRUS CHŘIPKY symptomy Akutní respirační onemocnění, přenášené z osoby na osobu kapičkami slin vznikajícími při kašlání 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
NEURAMINIDÁZA obecná charakteristika Povrchový membránový protein (Synonyma: sialidáza, acetylneuraminidáza, acetylneuraminyl hydroláza) 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) Povrch řady virů např. v. chřipky (Orthomyxoviridae) NEURAMINIDÁZA u virů chřipky Povrchový antigen viru (podle antigenní varianty neauraminidázy klasifikujeme viry na N1-N9) Faktor virulence viru FUNKCE při chřipkové nákaze: 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 Animace: princip účinku antivirotik typu Tamiflu TAMIFLU inhibuje virovou neuraminidázu. Tím blokuje uvolnění viru z hostitelské buňky a jeho šíření. Užití antivirotika má efekt jen v počátku infekce N VIRUS CHŘIPKY IPKY antigenní posun (rekombinace) VIRUS CHŘIPKY IPKY epidemie v lidské populaci Virus ptačí chřipky Viry napadající člověka: 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 HIV: virus x onemocnění Fosfolipidová dvojvrstva RNA Transmembránový gp 41 protein Reverzní transkriptáza Human Immunodeficiency Virus Kapsid CD4 koreceptor Povrchový gp 120 protein T lymfocyt Acquired Immune Deficiency Syndrome (nemoc, způsobená virem HIV) 4a. REPLIKACE HIV viru 4b. REPLIKACE HIV viru 1 2 3 7 8 9 +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 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 K ssdna je syntetizováno komplementární vlákno DNA. Vzniklne dvouvláknová molekula DNA, která se cirkularizuje. Přepisem provirové DNA pomocí buněčné RNA polymerázy vzniká mrna a také nová virová RNA.
4c. REPLIKACE HIV viru AIDS: odhad počtu nemocných (2007) 13 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 Viry bakterií Viry řas, hub a prvoků 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 bezobratlých Viry obratlovců Viry rostlin Trocha historie Původ virů Původ virů Tři teorie Základní předpoklady Historie objevů První objevený virus Hledání virů Složení virů Elektronový mikroskop objev a vývoj První teorie Viry vznikly z odštěpků nukleových kyselin odštěpky nukleové kyseliny unikly ven z organismu 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 SLOŽITÝ VIRUS, ČI JINÝ ORGANISMUS viry, jak víme, žijí parazitickým způsobem života BUNĚČNÁ STĚNA Třetí teorie Viry vznikly ještě před buňkami RNA-svět DNA -dnes- -dříve- někteří vědci předpokládají, že svět ve kterém dnes žijeme je tzv. DNA-svět DNA-svět 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 před naším světem ale existoval tzv. RNA-svět a některé RNA-viry jsou posly z minulosti z tohoto světa Základní předpoklady Pokud viry vznikly až po buňkách pak: DNA a RNA viry nemají stejný původ PŘEDCHŮDCE DNA-VIRY RNA-VIRY První objevený virus Charles Chamberland svým objevem porcelánové filtru zároveň objevuhe i první popsaný virus virus tabákové mozaiky viry prokaryotických buněk vznikly v prokaryotických buňkách OK Viry prokaryotických buněk viry eukaryotických buněk vznikly v eukaryotických buňkách OK Viry eukaryotických buněk
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 těmito částicemi se zabývali i jiní a shodli se v jednom nejedná se o bakterie Hledání virů II 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 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 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