Viry Viry nnebuněčné či podbuněčné organismy (nebo životní formy) ninfekční agens nvnitrobuněční parazité na genetické úrovni (závislí na proteosyntetickém aparátu hostitele, ribozómu) nrozmnožování syntézou jednotlivých složek (ne dělením) nzralé virové částice obsahují jen jediný typ nukleové kyseliny Přepis genetické informace virů Growth on artificial media Division by binary fission Whether they have both DNA and RNA Whether they have ribosomes Whether they have muramic acid Their sensitivity to antibiotics Bacteria Yes Yes Yes Yes Yes Yes Mycoplasma Yes Yes Yes Yes No Yes Rickettsia No Yes Yes Yes Yes Yes Chlamydia No Yes Yes Yes No Yes Viruses No No No No * No No Srovnaní bakterií a virů http://pathmicro.med.sc.edu/mhunt/intro-vir.htm http://en.wikipedia.org/wiki/Virus_classification http://www.cfsph.iastate.edu/BRM/resources/Disinfectants/VirusFamilyTable.pdf http://www.mcb.uct.ac.za/tutorial/classif.htm#Introduction http://www.ias.ac.in/meetings/myrmeet/15mym_talks/dchattopadhyay/img14.html http://faculty.ccbcmd.edu/courses/bio141/lecguide/unit3/viruses/classvir.html Původ n nteorie paralelní nregresivní ncelulární n Regresivní teorie Viry vznikly z volně žijících organismů, jako bakterie – postupně ztratili genetickou informaci – stali se závislí na svém hostiteli – ten nahradil funkce, které oni ztratili (intracelularni parazite, organely; ale neni rRNA, není mezičlánek mezi chlamidiemi, ostatni skupiny maji DNA genom – jak vznikly RNA viry, jak vznikly virové obaly) Celulární teorie Viry vznikly z hostitelské DNA nebo RNA - získala schopnost samostatné replikace (i vývoje) nezávisle na hostitelské buňce, ale parazitický život Paralelní teorie Vznik a vývoj z nejprimitivnějších molekul schopných sebereplikace – některé se vyvinuly v buňky, jiné se zabalily do virových částic, které se vyvíjely společně s buňkami a parazitovaly na nich. Původ virů – pokr. Dělení dle hostitele nrostlinné nživočišné (viry hmyzu) nbakteriofágy (cyanofágy) nmykoviry Nukleová kyselina Nukleokapsida Obal Matrix Peplomery Struktura virové partikule Struktura virionu nnukleokapsid –symetrický – ikosaedrální (dvacetistěn), helikální, binární symetrie –asymetrický nobal (u obalených virů) – zpravidla tvořen membránovými strukturami hostit. buňky (jádro, cytoplasmatická membrána) ale s virovými proteiny Obalené a neobalené viry se liší svou odolností k zevním podmínkám. nNeobalené viry jsou relativně odolné k zevním podmínkám, jsou většinou rezistentní k éteru a tukovým rozpouštědlům. Jejich přenos se uskutečňuje přímým kontaktem se zdrojem nákazy, prostřednictvím kontaminovaných předmětů, vody nebo potravin. Neobalené viry nejsou většinou inaktivovány kyselým pH žaludku. nObalené viry jsou citlivější vůči fyzikálním a chemickým vlivům. Jsou inaktivovány éterem, tukovými rozpouštědly a kyselým pH, z tohoto důvodu nepronikají do dolních partií GIT. Velikost a tvar nŽivočišné viry – 18 nm (Parvovirus) až 300 nm (Poxvirus) – tyto dokonce viditelné ve světelném mikroskopu –tvar především kulovitý nRostlinné viry - převážně tyčinkovité (helikální symetrie) –160 nm (Hordeivirus) – 2000 nm (Closterovirus) nBakteriofágy - bičíkaté, bezbičíkaté nebo vláknité, komplexní symetrie –20-200 nm Nukleokapsida nKapsida s kubickou symetrií – (Icosahedral - 20) –pravidelný mnohostěn (izometrický) –stěny kapsidu (rovnostranné trojúhelníky) – z 6 protomer (hexaméry, hexony) –vrcholy kapsidu – z 5 protomer (pentamery, pentony) nKapsida s helikální symetrií –hlavně rostlinné viry –šroubovice – uprostřed kanálek s genetickou informací –protomery spojeny do diskovitých kapsomer tvořící šroubovici nKapsida s binární symetrií (komplexní) –hlavně bakteriofágy –hlava (s gen.info)– kubická symetrie, –bičík – závitnicová symetrie http://pathmicro.med.sc.edu/mhunt/icos.gif http://pathmicro.med.sc.edu/int6.jpg http://pathmicro.med.sc.edu/int7.jpg int8 Ikozahedrální symetrie kapsidy Helikální symetrie kapsidy Komplexní symetrie nNelze zařadit do předcházejících dvou kategorií nSložitá struktura n nPoxviry nRetroviry Obal nvnitřní protein (M-protein) – významné při n sestavování virové částice nzevní lipoproteinový (fosfolipidový) komplex –glykoproteiny – přilnutí, průnik do buňky –peplomery Adenovirus neobalený, ikosaedrální kapsid z 252 přibližně kulovitých kapsomer, 240 šestičlenných a 12 pentamer (na vrcholech), "penton fibre" adenodr2 Herpesviry n12 pentamer a 150 hexamer nobalené nglykoproteiny kódované virem hsv-3bc hsvcap5x hsv-caps hsv-envc xhiv1 coronavirus-sars-2 HIV SARS Severe Acute Respiratory Syndrome Obrázek “http://www.virology.net/Big_Virology/EM/Mature1.jpg” nelze zobrazit, protože obsahuje chyby. http://www.virology.net/Big_Virology/BVretro.html Helikální symetrie nvirus vztekliny (rhabdoviry) nparamyxoviry n Virions.JPG (42047 bytes) rnprotn rnprot3 model.GIF (48486 bytes) Komplexní symetrie n nbakteriofágy nT4 n em_t4 t4 File:Tevenphage.svg Hlavička Límeček Bičík Vlákna Bazální destička Genom nds DNA (není u rostlin, s výjimkou Caulomoviru) nss DNA (živočišné viry – lineární, bakteriofágy – kružnicová) nds RNA (charakteristická je segmentace genomu – uloženy ve společném kapsidu) nss RNA (častá segmentace – u rostlinných virů segmenty v oddělených kapsidech – infekce možná pouze po proniknutí všech částí) nvelikost 106 – 109 daltonů Virový genom obsahuje od několika málo genů (virus tabákové mozaiky má pouhé 3 geny-6400 bp) až po několik tisíc (genom mimivirů obsahuje 1260 genů, tj. dvakrát více než nejjednodušší bakterie). Životní cyklus nAdsorpce na hostitelskou buňku –připojení vazebných míst virů ke specifickým receptorům hostitelské buňky –vazebné místo – např. bílkoviny na hrotech kapsidů (neobalené viry) nebo na výrůstcích (obalené viry); příp. bazální destička bičíku (bakteriofágy) –receptory – hlavně lipoproteiny a glykoproteiny na povrchu buněk nPenetrace do buňky nReprodukce viru (syntéza bílkovin; replikace genomu; maturace a eluce virionů) Virus replication Životní cyklus Životní cyklus – pokr. nPenetrace nvstup viru do buňky nobalené viry – splývání obalu s membránou nneobalené viry – viropexe (pinocytóza, podobná fagocytóze) nbakteriofágy – obal zůstane na povrchu, do buňky pronikne pouze nukleová kyselina nrostlinné viry – průnik po mechanickém porušení buněčné stěny (např. přenašečem) Penetrace Replikace virové NK •Replikace NK DNA virů probíhá v buněčném jádře (s výjimkou poxvirů, iridovirů a asfarvirů) • •Replikace NK RNA virů probíhá v cytoplazmě (s výjimkou orthomyxovirů a bornavirů) Replikace – DNA viry •mRNA (vlastní nebo buněčná RNA polymeráza) •časné proteiny (DNA polymerázy) •replikace DNA •ze dceřinných molekul se přepisuje mRNA pro syntézu strukturálních proteinů • • • Replikace – DNA viry • dsDNA ssplusDNA Replikace – RNA viry •malé, +ssRNA – RNA působí jako mRNA, přepis do – RNA polymerázou buňky, z něj se pak přepisují dceřinné molekuly, které zároveň slouží jako mRNA •velké RNA viry – RNA polymeráza viru přepíše – do + mRNA Replikace – dsRNA viry • dsRNA Replikace – ssRNA viry • ssminusRNA ssplusRNA Retroviry nObalené ssRNA viry nReverzní transkriptáza (přepis RNA viru do DNA, která se začlení do geonomu buňky) nOnkoviry – nádorové bujení nHIV nGeny gag, pol, env, eventuálně i v-onc n (The gag gene provides the basic physical infrastructure of the virus, and pol provides the basic mechanism by which retroviruses reproduce; A v-onc gene confers upon a virus the ability to transform a certain type of host cell. ) Replikace - (+) RNA Retroviry • retro Uvolnění viru z hostitelské buňky •lyze – většinou neobalené viry •vznik pupenu – většinou obalené viry Uvolnění viru z hostitelské buňky Odstranění části proteinů membrány a nahrazení virovými Životní cyklus fágů nvirulentní fágy ntemperované fágy ntemperované fágy se začleňují do hostitelského geonomu (tzv. profág), tím se dočasně reprodukční proces zastaví (lysogenizace) Životní cyklus bakteriálního viru (fága) • sejmout0001 http://www.dform.com/projects/t4/virus.html Klasifikace a názvosloví virů nčeleď –viridae nrod –virus ndruh – nejasně vymezená taxonomická kategorie – dynamicky se vyvíjející populace, vžité názvy, nikoliv binomická nomenklatura ntyp nukleové kyseliny, typ polymerázy, symetrie kapsidy, obal, místo skládání kapsidy, citlivost k éteru n n n 1.single-stranded DNA; naked; polyhedral capsid Viral family: Parvoviridae Size: 18-25nm Examples and diseases: parvoviruses - Parvovirus B19 - 5. nemoc - erythema infectiosum – vyrážka (někdy „chřipka“) -infekce během těhotenství -fetal death -gastroenteritis - Některé závisí na koinfekci s adenoviry Nejmenší viry, velice odolné CPV 2. double-stranded, DNA; naked; polyhedral capsid Viral family: Papovaviridae; circular dsDNA Size: 40-57nm Examples and diseases: human papilloma viruses (HPV; benign warts and genital warts - bradavice; genital and rectal cancers) Viral family: Adenoviridae; dsDNA Size: 70-90nm Examples and diseases: adenoviruses (see Fig. 1E) (respiratory infections, gastroenteritis, infectious pinkeye, rashes, meningoencephalitis) 10010_adeno_color 3. double-stranded, circular DNA; enveloped; complex Viral family: Poxviridae Size: 200-350nm Examples and diseases: smallpox virus (smallpox), vaccinia virus (cowpox), molluscipox virus (molluscum contagiosum-wartlike skin lesions) File:Child with Smallpox Bangladesh.jpg - jen ve 20. století neštovice zahubily 300–500 miliónů lidí -v roce 1967 onemocnělo 15 miliónů a 2 milióny jich zemřely. -díky očkování byly pravé neštovice 8. 5. 1980 prohlášeny Světovou zdravotnickou organizací za zcela vymýcené. 4. double-stranded DNA; enveloped; polyhedral capsid Viral family: Herpesviridae Size: 150-200nm Examples and diseases: herpes simplex 1 virus (HSV-1; most oral herpes; herpes simplex 2 virus (HSV-2; most genital herpes), herpes simplex 6 virus (HSV-6; roseola – 6. nemoc – horečka, pak vyrážka), varicella-zoster virus (VZV; chickenpox - plané neštovice a shingles – pásový opar), Epstein-Barr virus (EBV) – nejběžnější, často asymptomatický, nebo infekční mononucleosis and lymphomas) cytomegalovirus – vysoká promořenost (CMV) - birth defects and infections of a variety of body systems in immunosuppressed individuals) Viral family: Hepadnaviridae Size: 42nm Examples and diseases: hepatitis B virus (HBV; hepatitis B and liver cancer) emhsv 5. (+)single-stranded RNA; naked; polyhedral capsid Viral family: picornaviridae Size: 28-30nm Examples and diseases: enteroviruses (poliomyelitis – dětská obrna – NE mozková!!) rhinoviruses (most frequent cause of the common cold) Noroviruses (gastroenteritis) echoviruses (meningitis) hepatitis A virus (HAV; hepatitis A) ANd9GcStNkaOJTBI6k9IDL10NozxQ8xq6T29Re8yCpWl4ccoH8aUUWF86Q 6. (+)single-stranded RNA; enveloped; usually a polyhedral capsid Viral family: Togaviridae Size: 60-70nm Examples and diseases: arboviruses (eastern equine encephalitis – USA –komáři- 33% mortalita, western equine encephalitis – 3% mort.), rubella virus (German measles) – zarděnky (těhotenství!!) Viral family: Flaviviridae Size: 40-50nm Examples and diseases: flaviviruses (yellow fever, dengue fever, St. Louis encephalitis), hepatitis C virus (HCV; hepatitis C) Viral family: Coronaviridae Size: 80-160nm Examples and diseases: coronaviruses (upper respiratory infections and the common cold; SARS) emcorona 7. (-)single-stranded RNA; enveloped; pleomorphic Viral family: Rhabdoviridae; bullet-shaped Size: 70-189nm Examples and diseases: rabies virus (rabies) Viral family: Filoviridae; long and filamentous Size: 80-14,000nm Examples and diseases: Ebola virus, Marburg virus (hemorrhagic fevers) Viral family: Paramyxoviridae; pleomorphic Size: 150-300nm Examples and diseases: paramyxoviruses (parainfluenza, mumps - příušnice); measles virus (measles - spalničky) 8. (-) strand; multiple strands of RNA; enveloped Viral family: Orthomyxoviridae Size: 80-200nm Examples and diseases: influenza viruses A, B, and C (influenza) Viral family: Bunyaviridae Size: 90-120nm Examples and diseases: California encephalitis virus (encephalitis); hantaviruses (Hantavirus pulmonary syndrome, Korean hemorrhagic fever) Viral family: Arenaviridae Size: 50-300nm Examples and diseases: arenaviruses (lymphocytic choriomeningitis, hemorrhagic fevers) emhanta 9. produce DNA from (+) single-stranded RNA using reverse transcriptase; enveloped; bullet-shaped or polyhedral capsid Viral family: Retroviridae Size: 100-120nm Examples and diseases: HIV-1 and HIV-2 (HIV infection/AIDS) - HTLV-1 and HTLV-2 (T-cell leukemia) emhiv1 10. dsRNA; naked; polyhedral capsid Viral family: Reoviridae Size: 60-80nm Examples and diseases: - reoviruses (mild respiratory infections, infant gastroenteritis) - Colorado tick fever virus (Colorado tick fever) Nejvýznamnější zástupci nDNA viry –Herpes simplex – původce oparu –Poxviry (Orthopoxvirus) – původce pravých neštovic; nemoc vymýcena nRNA viry –Ortomyxoviry – Influenzavirus A, B, C – chřipka, časté epidemie –Paramyxovirus – původce příušnic –Pikornaviry (rod Enterovirus) – původce poliomyelitidy (obrna) –Rabdoviry (rod Lyssavirus) – původce vztekliny –Retroviry (HTLV III) – původce AIDS –Togaviry (rod Alphavirus) – původce klíšťové encefalitidy Původci virových hepatitid Virus hepatitidy A (HAV) RNA virus patřící do čeledi Picornaviridae Virus hepatitidy B (HBV) DNA virus patřící do čeledi Hepadnaviridae Virus hepatitidy C (HCV) RNA virus patřící do čeledi Flaviviridae Virus hepatitidy D (HDV) replikace viru je autonomní, ale přenos je závislý na HBV Virus hepatitidy E (HEV) RNA virus, patřící do čeledi zatím bez oficiálního názvu Onkoviry n1. aktivace proto-onkogenů buněčného původu (integrací do buněčného genomu) n2. onkogeny nádorových DNA virů – onkoproteiny, vazba produktů virových genů na tumor suprimující proteiny, např. p53 nEBV – Burkittův lymfom a nasofaryngeální karcinom nvirus hepatitidy B – hepatocelulární karcinom npapilomaviry – cervikální karcinom nretroviry – virus lidské T-buněčné leukemie HTLV 1 nvirus hepatitidy C Viry rostlinné nvirus tabákové mozaiky (RNA) -1982 –projev: světlé, ostře ohraničené skvrny na listech, hl. v okolí cévních svazků. Přenos: mechanicky, hmyzem sajícím rost. šťávy a vegetativně. Napadá: vojtěšku, brambory, rybíz, tabák, květák, tulipány a u ovoc. stromů brání vývoji plodů n nRNA viry nCaulimoviry a Gemoniviry – DNA n Viry rostlinné – pokr. nluteoviry, neobalené rostlinné viry s genetickou informací v jednovláknité RNA; způsobují např. žlutou zakrslost ječmene, nekrotickou zakrslost tabáku. hordeiviry, neobalené rostlinné viry s genetickou informací obsaženou ve třech molekulách kyseliny ribonukleové. Vyvolávají nekrotické změny na listech. ilarviry, neobalené rostlinné viry s širokým hostitelským rozsahem, přenosné semeny nebo pylem. Vyvolávají např. nekrotickou kroužkovitost švestky. Virové nákazy člověka nvstupní brána infekce nrozsev virů v organismu a virémie (v krvi) nvylučování viru nrezistence – bariéry, virové inhibitory, interferon - brzdí syntézu virové mRNA, zvýšená teplota, zánět –specifická imunita §protilátková (B-lymfocyty produkované protilátky – imunoglobuliny; komplement; interferony), §buněčná (bílé krvinky – fagocyty, lymfocyty) Virové nákazy člověka – pokr. nvirové vakcíny –atenuované – Sabinova vakcína – poliomyelitida (dětská obrna) –inaktivované – chřipka, hepatitida A npasivní imunizace (transfer protilátek) –interferon nantivirotika (blokování receptorů pro viry na cílových buňkách (virus nemůže proniknout do buňky) nebo inhibice syntézy DNA či RNA viru Viroidy nmalá infekční cirkulární autokatalytická ribonukleová kyselina (RNA) nekódující žádný protein, nemá proteinový obal nhostiteli viroidů jsou vyšší rostliny (i humánní?) nlatentní infekce nebo onemocnění projevující se zakrslostí, žlutými skvrnami na listech nPrvní objevený viroid, PSTV (angl. Potato Spindle-Tuber Viroid) patřící do čeledi Pospiviroidae, způsobuje vřetenovitost brambor nViroid cadang-cadang (CCCV) způsobuje smrtelné onemocnění kokosových palem na Filipínách, které devastuje místní plantáže ndalší rostliny trpící na viroidová onemocnění - rajčata, chmel, citrusy, avokáda nRNA silencing - mRNA n Unlike normal viruses which afflict organisms by inserting themselves into chromosomes and modifying the proteins which are produced, the viroid attacks organisms simply be selectively inhibiting the expression of certain genes, similar to RNA interference, a cutting-edge medical technique. After a couple weeks or a couple years, depending on the species, plants grow stunted. Unlike viruses, viroids lack a protein coat, and don’t even encode any protein products in their structure. Traditional viruses hijack the central genetic machinery of the cell and cause it to pump out copies of the virus. Viroids instead take control of RNA polymerase II, an enzyme that synthesizes messenger RNA within the cell, and uses that to produce copies of itself. Most viruses must wear a protein coat to protect themselves from being digested by the powerful enzymes found inside the cells of other organisms. Viroids avoid these enzymes by masquerading as components of the host organism’s cells. The discovery of viroids is an indication that established wisdom in science should be challenged when appropriate. Starting off as a menace, viroids are now being investigated for agricultural applications, such as the dwarfing of citrus trees. Viroidy – pokr. Genom nCyklické RNA molekuly viroidů obsahují zhruba 250-400 nukleotidů, které nekódují žádný protein. nSekvence (primární struktura) kompletního genomu PSTV obsahuje 359 nukleotidů a je cirkulárně kovalentně uzavřená nViroidy se replikují v jádru buňky, nejvíce se jich nachází v jadérku nReplikace mechanismem otáčivé kružnice, katalyzuje buněčná RNA polymeráza II. Multimery se autokatalicky stříhají na jednotlivé monomery. Ligací monomerů vznikají minus antiviroidy, podle nichž RNA polymeráza I v jadérku syntetizuje plus viroidy. n Viroidy škodící na kulturních rostlinách n nviroid PSTV (Potato Spindle Tuber Viroid) nviroid CEV (Citrus Exocortis Viroid) nviroid CCCV (Coconut Cadang-Cadang Viroid) PSTviroid Priony nPrion (někdy označovaný „infekční bílkovina“) je název pro vadnou formu tzv. prionové bílkoviny, vyskytující se v nervových buňkách savců. nPrionová teorie n- formuloval profesor Stanley B. Prusiner v roce 1982. Ten také poprvé použil slovo prion (původně to měl být proin jakožto kombinace slov proteinaceous a infectious, nicméně prion zněl lépe). Prionovou teorii Prusinel formuloval v souvislosti s hledáním původce Creutzfeldt-Jakobovy choroby. Nobelova cena 1997 Prionová teorie nprionové bílkoviny (PrPC) malé glykoproteiny kulovitého tvaru – alfa-helikální struktury nnormální součást membrán, především nervových buněk savců, účastní se na regulaci vnitřních hodin nprion (PrPSc) představuje vadnou formu této normální bílkoviny, od které se odlišuje rozdílnou konformací (beta struktury) nzměna konformace - mimořádná odolnost vůči různým fyzikálním vlivům, prakticky absolutní odolnost proti štěpným enzymům odklízejícím vadné bílkoviny a schopnost navazovat se na zdravé formy prionových bílkovin a konvertovat je na svoji vadnou formu. Následkem je, že se v buňce hromadí vláknité struktury, které způsobí její postižení nrozdíly ve způsobu glykosylace a v konformaci – druhová bariéra npřenos mezidruhový – předpokládán BSE a Creuzfeldt-Jakobova choroba ??? Protein Mesh Recombinant prion proteins form long strands in bacteria E.coli http://www.the-scientist.com/images/ImageoftheDay/August2014/prions640.jpg FLICKR, NIAID Odolnost vůči faktorům vnějšího prostředí n nvysoká npůvodce scrapie – záření, detergenty rozpuštědla (lipidy), oxidační činidla, běžné postupy autoklávování nvýrazné snížení infekčnosti – autoklávování 134°C a 1N NaOH Patogeneze onemocnění n nspontánně, dědičně nebo evidentní infekce ninkubační doba několik let nchronický průběh nzhoršování nLidská onemocnění nKuru (Nová Guinea) nCreutzfeldt-Jakobova choroba nGerstmann-Straussler-Scheinkerův syndrom nZvířecí onemocnění nBovinní spongiformní encefalopatie (BSE) (tzv. nemoc šílených krav) nScrapie (ovce, kozy) nPřenosná encefalopatie norků nSpongiformní encefalopatie koček 5613410121_0e446063c6_z HIV False-colored scanning electron micrograph of HIV particles (yellow) infecting a human H9 T cell (blue, turquoise) HIV HIV budding from a lymphocyte 640_ebola Ebola Infection Scanning electron micrograph of fibrous Ebola particles shedding from an infected cell Ebola Emerging Particles of Ebola virus (orange) bud off from the surface of a cell from a monkey epithelial cell line http://www.the-scientist.com/images/ImageoftheDay/August2014/ebola640.jpg