Upload
lemien
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1892. Ivanovski, filtrabilni uzročnik mozaične bolesti duvana
1898. Bejerink, potvrdio eksperimente Ivanovskog
1898. Lefler i Froš, filtrabilni uzročnik slinavke i šapa
1909. Landštajner i Poper, filtrabilni uzročnik dečije paralize
Nazvani terminom „virusi“ – živi otrov
1915. Tvort i 1917. Derel, otkriće bakteriofaga – virusa koji napadaju bakterije
Najmanji i najjednostavniji
mikroorganizmi
Nemaju ćelijsku građu –
acelularni
Virusna čestica – virion
Ubrajaju se u žive organizme
jer poseduju genetičku
informaciju za sopstvenu
reprodukciju
Na granici veličine
makromolekula (20-300 nm)
Van ćelije metabolički
inertni (neaktivni)
Obligatni intracelularni
paraziti - u ćeliji koriste
metabolički aparat (enzime,
ribozome) i energiju
domaćina za sopstvenu
reprodukciju
1 čestica virusa može dati
preko hiljadu novih virusnih
čestica
Nukleinska kiselina (DNK ili
RNK)
Kapsid, proteinske prirode,
izgrađen iz strukturnih
jedinica – kapsomera
Nukleinska kiselina i kapsid
grade nukleokapsid
Kod nekih virusa postoji
dodatni omotač poreklom od
citoplazmatične membrane
domaćina i specifičnih
virusnih proteina
U nukleokapsid mogu biti
upakovani enzimi
neophodni za inicijalne faze
infekcije; sintetišu se i
pakuju u ćeliji prethodnom
domaćinu
DNK ili RNK
jednolančana ili dvolančana, cirkularna ili linearna, neki RNK
genomi su segmentirani
Proteinski omotač – kapsid Izgrađen od kapsomera
Kubna, spiralna ili kompleksna simetrija
◦ Kompleksna tipična za bakteriofage
◦ Spiralna tipična za biljne viruse
◦ Animalni virusi imaju najveću
varijabilnost u simetriji kapsida
Adenovirus
(dsDNK)
Ikosaedarna
simetrija
papova virus
(dsDNK)
polio virus
(+ssRNK)
Bakteriofag T4 Bakteriofag λ
Bakteriofag Mu
Najčešće animalni virusi,
kubne ili spiralne simetrije
Na površini se uočavaju
šiljci, virusni glikoproteini
Kod influenca virusa:
◦ hemaglutinin (H), vezuje se
za ćelijske receptore
◦ neuraminidaza (N), enzim
koji olakšava oslobađanje iz
ćelije
Influenca virus
DNK virusi
Virusi metanogena i halofila
imaju sličnu morfologiju kao T4
fag i linearnu dsDNK
Virusi hipertermofilnih Archaea
(Sulfolobus, Pyrococcus) imaju
neobičnu morfoligiju i linearnu
ili cirkularnu dsDNK virus hipertermofilne Archaea
roda Pyrococcus, ima kratak rep
PAV1
DNK virusi hipertermofilnih Archaea
roda Sulfolobus
• Prema domaćinu:
(bakterijski, animalni, biljni i virusi gljiva)
• Prema nukleinskim kiselinama:
• Prema načinu replikacije
Klasifikacija u taksonomske kategorije najviše se koristi kod
animalnih virusa, najčešće do nivoa familija; familija dobija
ime sa nastavkom viridae, rod ima nastavak virus, a vrsta
dobija naziv prema bolesti koju izaziva.
‘+’ lanac RNK služi kao iRNK
‘-‘ lanac RNK je matrica za sintezu iRNK (komplementaran je iRNK)
‘+’ lanac DNK je istog smisla kao i iRNK, tj. služi kao matrica za sintezu
– lanca (dvolančana replikativna forma), a onda - lanac DNK služi kao
matrica za sintezu iRNK
Uloga u početnim fazama infekcije
DNK polimeraza ili RNK polimeraza
Reverzna transkriptaza (retrovirusi)
Lizozim (bakteriofagi)
Sintetišu se u prethodnom domaćinu i pakuju u kapsid
Elektronska mikroskopija (moć razdvajanja 0.4-1 nm) – determinacija morfologije virusnih čestica (veličina 20-300 nm)
Imunološke metode – reakcije antigen-antitelo korisne za identifikaciju virusa u ćelijama i tkivima i za određivanje srodnosti i klasifikaciju virusa
Izolacija nukleinskih kiselina i proteina – biohemijske metode izučavanja
Izučavanje interakcije virusa i ćelije domaćina – gajenje virusa na bakterijama domaćinima
Adsorpcija
Penetracija
Replikacija
◦ sinteza nukleinske kiseline
◦ sinteza proteina kapida
Sazrevanje (maturacija)
Oslobađanje iz ćelije
Adsorpcija na specifične
receptore
Kod bakteriofaga ulazi
nukleinska kiselina
Animalni i biljni virusi ulaze sa
kapsidom (translokacijom,
endocitozom, fuzijom
membrane sa dodatnim
omotačem virusa, posredstvom
insekata) i nukleinska kiselina
se oslobađa u ćeliji
Pakovanje nukleinske kiseline u kapsid
Sklapanje kapsida “self assembly” proces, ponekad učestvuju šaperoni
Oslobađanje lizom ćelije
Prolaskom kroz citoplazmatičnu membranu bez lize
Pupljenjem (virusi sa omotačem)
Posle adrsorpcije neko vreme nema zrelih virusnih čestica – period eklipse.
Period eklipse traje do pojave prvih zrelih virusa u ćeliji
Eklipsa i sazrevanje čine latentni period
Latentni period traje do oslobađanja prvih virusa iz ćelije
T2, T4
λ (lambda)
φX174
M13, fd
MS2
φ6
Virulentni
virusi Sa domaćinom
isključivo ulaze u
litički ciklus
Rezultat
razmnožavanja po
pravilu je liza ćelije
i oslobađanje
velikog broja
fagnih partikula
Na bakterijskom
tepihu daju svetle
plake
Umereni virusi Sa domaćinom ulaze u litički ili lizogeni
ciklus
Rezultat litičkog ciklusa je liza ćelije i
oslobađanje velikog br. fagnih partikula
Rezultat lizogenog ciklusa je lizogena
bakterija u kojoj je virus u stanju profaga;
lizogena bakterija se umnožava i svaka ćerka
ćelija u sebi nosi profag (1 kopiju virusne
DNK)
Profag je integrisan u hromozom domaćina (λ
fag) ili je ekstrahromozomalna DNK (P1 fag)
Na bakterijskom tepihu daju mutne plake
Lizogena indukcija – prelazak iz lizogenog u
litički ciklus
Lizogena konverzija – domaćin stiče nova
svojstva kodirana genima profaga (pr.
Corynebacterium diphteriae)
Genom dvolančana linearna DNK sa terminalnim ponavljanjem,
kodira 250 proteina, kapsid kompleksan, 25 proteina
Kompleksne simetrije: glava izduženi ikosaedar, kontraktilan
repić sa dugim kukicama
Virulentni virus: sa domaćinom stupa u litički ciklus, lizira ćeliju i
oslobađa se oko 100 virusnih čestica
Rani proteini (preko 20): nukleaze (isecaju DNK domaćina), DNK polimeraza,
enzim za sintezu 5-hidroksimetilcitozina, enzim za kovalentnu modifikaciju
RNK polimeraze domaćina tako da transkribuje virusne gene (rane gene
prepoznaje bez σ faktora)
Srednji proteini: novi σ faktori za kasne gene
Kasni proteini: proteini kapsida i lizozim
Replikacija genoma u linearnoj formi
Formiranje konkatemera rekombinacijom (džinovski molekuli DNK)
Pakovanje u glavu dok nije puna – headhful mehanizam (staje više od veličine genoma)
Terminalno ponavljanje (pojedini geni su duplirani i nalaze se na oba kraja genoma) i cirkularna permutacija (koji će geni biti ponovljeni zavisi od mesta zasecanja, na različitim fragmentima to su različiti geni)
Umereni virus, sa domaćinom može ući u lizogeni ili litički ciklus
Kompleksan kapsid: glava i nekontraktilni rep bez kukica
Genom linearna dvolančana DNK sa jednolančanim komlementarnim krajevima (12 nukleotida, cos mesta = ‘cohesive sites’), u ćeliji se cirkularizuje
Litički ciklus:
• Faza replikacije virusa
• Faza maturacije virusa
• Liza ćelije i oslobađanje novih viriona
Lizogeni ciklus:
• Virusna DNK je profag integrisan u
hromozom domaćina
• Ćelija je lizogena, imuna na ponovnu
infekciju istim tipom virusa
• Ekspresija virusnog represora CI
sprečava ekspresiju drugih gena i ulazak
u litički ciklus
Lizogena indukcija – prelazak iz
lizogenog u litički ciklus
U početku se sintetišu rani proteini uključeni i u litički i u lizogeni ciklus
Ključna uloga dva represora
Cro – represor, kada ga ima dovoljno fag ulazi u litički ciklus
CI – represor λ faga, ključan za održavanje virusa u lizogenom ciklusu
Replikacija DNK virusa θ replikacija, kasnije
rolling circle pakovanje isecanjem cos
mesta
Za lizogeni ciklus neophodni proteini Int (integraza, omogućava ugradnju profaga u hromozom domaćina), CII i CIII, CI.
Potrebno da se sintetiše λ represor (CI) i zaustavi transkripciju svih gena osim sopstvenog
CI represor λ faga
Stabilno vezan za operatorska mesta virusnih gena ↓
1. Onemogućena je sinteza proteina neophodnih za litički ciklus - virus ulazi u lizogeni ciklus.
2. Ukoliko dođe do ponovne infekcije istorodnim tipom faga, represor se odmah vezuje za operatorska mesta njegovih gena i sprečava njihovu ekspresiju, a to znači imunost na ponovnu infekciju.
Kada se CI represor sintetiše i veže za operatorska mesta, zaustavlja se ekspresija ranih gena
Pomoću Int proteina (mesto specifična nukleaza/integraza) genom λ se integriše u hromozom, mehanizam integracije – rekombinacija specifična za mesto
Protein CII je rani protein, neophodan je za sintezu represora
CI i ulazak u lizogeni ciklus.
Njegova stabilnost zavisi od količine ćelijskih proteza koje ga
razgrađuju odmah po sintezi. Energetsko stanje u ćeliji
dobro,
intenzivan metabolizam
↓
Ima dovoljno proteaza,
nema CII,
nema ni CI represora
↓
Litički ciklus
Energetsko stanje u ćeliji loše,
metabolizam usporen
↓
Nema dovoljno proteaza, CII je
stabilan,
CI represor se sintetiše
↓
Lizogeni ciklus
Izvlačenje profaga iz hromozoma domaćina i prelazak u litički ciklus, omogućeno razgradnjom λ represora.
Za izvlačenje profaga neophodan je produkt xis gena – ekscizionaza)
Spontan proces se retko dešava, ali je moguće indukovati ga agensima koji oštećuju DNK (UV, X, γ zračenje, hemijski mutageni).
U slučaju oštećenja DNK dolazi do indukcije SOS odgovora (razgranja represora koji drže zaključane SOS gene) međutim, razgrađuje se i CI represor λ faga.
Skidanje CI represora ima za posledicu otključavanje litičkih gena faga, tj. prelazak u litički ciklus.
cirkularna + ss-DNK, ~ 5400 nt
geni koji se preklapaju
(‘overlapping genes’), fenomen da
sa istog nukleotidnog zapisa
transkripcija različitih gena može
da započne sa različitih mesta i iz
različitih okvira čitanja
kodirano 11 proteina
ikosaedarni kapsid, 60 kapsomera
(25 nm veličine)
Replikacija zavisna od enzima domaćina
Replikativna ds forma, teta replikacija
Transkripcija minus lanca daje policistronske iRNK
Formiranje genoma - replikacija po tipu kotrljajućeg obruča
Pakovanje i oslobađanje lizom ćelije
Cirkularna + ss-DNK
Filamentozni fagi
Adsorbuju se na seks pilus (F+
ćelije E. coli su domaćini)
Pakovanje u kapsid pri izlasku
iz ćelije (pupljenjem, ne ubija
ćeliju domaćina)
Nema lize ćelija – nema plaka,
već prosvetljenja na tepihu
bakterija
Ikosaedarni kapsid (25 nm)
+ ss RNK genom od 3569
nt (RNK se koristi kao
iRNK)
Geni koji se preklapaju
kodiraju 4 proteina: RNK
replikazu (deo), protein
kapsida, maturacioni
protein i protein za lizu
ćelije domaćina
Adsorbuje se na seks pilus
F+ ćelije E.coli
Bakteriofag MS2
φ6 bakteriofag
Segmentirani dvolančani
RNK genom
Parazitira na Pseudomonas
syringae
Dva ili više virusa inficiraju jednu ćeliju
Tokom mešovite infekcije mutantnim virusima iste vrste moguća je:
◦ rekombinacija (nasledni materijal se rekombinuje, promena na nivou genotipa)
◦ komplementacija (kombinuju se proteini dobijeni iz različitih mutanata, promena na nivou fenotipa; komplementacija – dopuna)
T4 fag raste na E. coli C i K12 linijama. Mutanti u lokusu rII ne rastu na E.coli K12.
U mešovitoj infekciji različitim mutantima u rII lokusu dolazi do pojave plaka na E.coli K12.
Fagi iz pojedinačne plake prilikom sledeće infekcije:
ne rastu na E.coli K12 – komplementacija
rastu na E.coli K12 - rekombinacija
Bakterije sintetišu enzime - restrikcione endonukleaze Seku dvolančanu DNK virusa (stranu DNK) na
specifičnim sekvencama (ssDNK i RNK virusi nisu osetljivi)
Bakterijska DNK je modifikovana i nije osetljiva na sopstvene restrikcione enzime
Bakterije poseduju specifične restrikciono-modifikacione sisteme (npr. E.coli linije K i B imaju, E. coli C nema restrikciono-modifikacioni sistem)
Virusi se brane od restrikcionih endonukleaza metilacijom ili glikozilacijom svoje DNK, tj. istim tipom modifikacije koji postoji u DNK domaćina.
Npr. T4 fag: modifikacija citozina u 5-hidroksimetil citozin