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Aula 1: O que é um vírus?
Fabrício S. Campos [email protected]
Equipe de Virologia – UFRGS & IPVDF
Site: www.ufrgs.br/labvir
1
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A árvore da vida
2
• Onde estão vírus?
• Por que eles “não fazem” parte da árvore da
vida?
Fonte: Pepper et al., 2011
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Vivemos em uma “nuvem” de vírus
3
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Infectam todas as formas de vida
4
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Nós comemos e
respiramos vírus
5
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Nós carreamos genomas virais como
parte do nosso próprio genoma
6
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Cada uma de nossas células está
infectada por vírus
• Retrovírus endógenos: elementos virais
derivados de retrovírus
• Traços de infecções virais ocorridas a milhares de
anos integrados no genoma humano
Dewannieux et al., 2006
7
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Surto de ebola na África
8
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Surto de ebola na África
9
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Curvularia
Thermal
Tolerance
Virus
Vírus da
tolerância
termal da
Curvularia
Não
colonizada
Colonizada
Temperatura
55oC
Curvularia
protuberata
Todos os vírus causam danos?
10
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Pétalas “anormais”
Quebras de cor
Não forma pigmento em
partes da flor
Tulip breaking virus (TBV)
11
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• HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7,
HHV‐8
• Permanecem no organismo por toda a vida
O quão infectados estamos?
12
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• Apresentar a denominação, a classificação,
os tipos de genomas e um pouco do que se
conhece sobre a estrutura e a replicação viral
Objetivo da aula
13
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• Uma breve introdução a classificação e a
estrutura viral
• Etapas da replicação viral
• Tipos de genoma
Escopo da aula
14
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Definição Estrutura
Replicação Viral Tipos de genoma
Classificação
15
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Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
16
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• Muito pequenos, infecciosos
• Parasita intracelular obrigatório
• “Partículas químicas” que não podem se
reproduzir sozinhas
• Necessitam de um hospedeiro celular
O que é um vírus?
17
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Os vírus são muito pequenos
18
Miosina Actina
Poliovírus
Átomo de carbono
HIV-1
TMV
E. coli
Fago
100.000 X 1.000.000 X
Ribossomos
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Os vírus gigantes
• Mimivírus, mamavírus
• Megavírus, pandoravírus
• Infectam amebas
• Genomas de 1,2 a 2,8 Mb
• Sputnik: virófago
• Alterando o conceito sobre vírus!!!
Raoult et al., 2004; La Scola et al., 2008; Philippe et al., 2013
19
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Descoberto vírus gigante congelado
há mais de 30 mil anos na Sibéria
Pithovirus sibericum Fonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014 20
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• 30 metros de profundidade solo congelado
da tundra ártica, Chukotka na Sibéria, Rússia
• Temperatura média anual -13,4oC
• Datação por radiocarbono (carbono 14)
• 30 mil anos (mamutes e neandertais)
Pithovirus sibericum
21
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• Vírus com grande nucleocitoplasmatico
• Vírus DNA, 610 Kb
467 proteínas diferentes
• 1,5 µm (microscópio óptico)
• Hospedeiro: Acanthamoeba
Pithovirus sibericum
22
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Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
23
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• Natureza e sequencia de ácido nucleio
• Simetria ou forma do capsídeo
• Presença ou ausência de envelope
• Dimensão do virion ou capsídeo
Classificação dos vírus
24
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• ICTV: Comitê Internacional de Taxonomia de
Vírus
• + de 40.000 vírus isolados de bactérias,
plantas, animais e alocados em 7 ordens, 96
famílias, 420 gêneros e 2618 espécies
• No oceano há cerca de 1030 vírus
Classificação dos vírus
25
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26
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Vírus influenciam a dinâmica das
populações de plâncton
• Os fito plâncton tem um papel importante
no ciclo de carbono
• Vírus infectam organismos marinhos,
entre eles os fito plâncton
• Esta infecção resulta em lise celular e
liberação de novas partículas
• Controlando a população, principalmente
em aumentos sazonais (“spring blooms”)
Rhodes et al., 2008
27
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Biomassa dos vírus > dos elefantes
28
>
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Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
29
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Estrutura de um vírus
• Ácido nucleico: DNA ou RNA
• Capsídeo: do latim “capsa” significa caixa
• Nucleocapsideo: ác nucleio + capsídeo
• Matrix: proteína que preenche o espaço
entre o capsideo e o envelope
• Envelope: membrana viral
Derivado da membrana do hospedeiro
30
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Estrutura de um vírus
• Virion: partícula viral infecciosa
31
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Os capsídeos são metaestáveis
• Devem proteger o genoma (estável)
• E liberá-lo rapidamente durante a infecção
viral (instável)
32
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Simetria do nucleocapsídeo
• Icosaédrica, cúbica ou helicoidal
Adenovírus
DNA, ñ envelopado
Influenza
RNA, envelopado
Vírus da Raiva
RNA, envelopado
33
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Simetria do nucleocapsídeo - ebola
34
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“Entendendo” os vírus
• Vírus dependem de seus hospedeiros
para sobreviver
Se são muito bem sucedidos e matam
seus hospedeiros, eles podem ser
eliminados
Se eles forem muito passivos e a defesa
do hospedeiro impedir o seu crescimento,
eles podem ser eliminados
35
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Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
36
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Replicação
• Replicação em biologia
– Síntese de moléculas
de ácidos nucléicos
• Em virologia
– Todo o processo de
multiplicação viral
X
37
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Vírus replicam num ambiente hostil
• Qual o objetivo da replicação?
• Produzir progênie viral viável
• Consequências
– “Nenhuma” (maioria dos vírus)
– Doença (Hepatites virais)
– Morte do hospedeiro (HIV)
38
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Alguns conceitos
• Infecção produtiva
– Produção de progênie viral viável
• Infecção abortiva
– Ciclo replicativo interrompido
• Susceptibilidade (receptor)
– Capacidade das células de serem infectadas
• Permissividade (enzimas)
– Ocorrência de multiplicação viral
39
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Aplicação prática
Tabela 1 - Consequências da infecção de espécies de ruminantes com BoHV-1.
Fonte: J. Thiry et al., 2006.
Veados e renas: células são apenas suscetíveis
Não permitem a replicação viral: não permissivas
Receptores: conferem a características aos vírus de
serem espécie-específicos
40
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Mais conceitos
• Espectro de hospedeiro
– Conjunto de espécies animais ou de
diferentes células
• Tropismo
– Predileção por células ou tecidos
• Presença de receptores
• Ex.: H5N1 se liga aos receptores de ác siálico-
galactose
41
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Ácido siálico: receptor influenza
Ligação α-2,3 (aves)
Memb
celular
• Humanos: ligação α-2,6
• Suínos: possuem ambas as ligações
42
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Etapas da replicação
1. Adsorção
2. Penetração
3. Desnudamento
4. Expressão gênica
5. Replicação do genoma
6. Montagem
7. Liberação
43
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Fases de infecção vírus lítico
44
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Vírus lítico
45
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Vírus lítico
46
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1. Adsorção
• Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras
Proteínas de superfície dos vírions (VAPs)
Vírus nú: proteínas do capsídeo
Vírus envelopados: glicoproteínas
Receptores celulares
Proteínas (glicoproteínas)
Carboidratos
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1. Adsorção
48
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1. Adsorção
• Vírus que utilizam receptores específicos
– Rinovírus, poliovírus, FMDV
• Vírus que utilizam receptores alternativos
– Herpesvírus, togavírus (rubéola)
– Vantagem evolutiva ?!?
• Receptores virais
– Ác siálico (Influenza), CD4 (HIV)
49
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1. Adsorção
• Co-receptores: auxiliam na interação
– HIV: o complexo gp120 – gp41 vai se ligar
ao receptor CD4
– E os receptores de citocinas vão atuar
como co-receptores celulares (CXCR4,
CCR5)
50
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Co-receptores (HIV: CXCR4, CCR5)
51
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2. Penetração Passagem do vírus pela
membrana plasmática
A) Fusão com a memb. plasmática
B) Fusão após endocitose mediada
por clatrina
C) Fusão após endocitose mediada
por caveolina
D-E) Penetração após endocitose
mediada por lipídios
52
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2. Penetração
53
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3. Desnudamento
• Série de eventos que ocorre após a penetração
• Exposição do genoma para transcrição / tradução
• Estar acessível as enzimas
• Vírus DNA: penetração do genoma nos poros nucleares
54
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Vírus
DNA
Vírus
RNA
55
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Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
56
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4. Expressão gênica
• Os genomas virais de DNA ou RNA são estruturalmente diversos
– linear
– circular
– segmentado
– Fita única de polaridade (+)
– Fita única de polaridade (-)
– Fita dupla
– Fita dupla parcial
57
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Classificação de Baltimore (1975)
Vírus de DNA fd (±)
Pode ser usado
diretamente
Síntese da outra fita
Transcrição fita (-)
mRNA (sentido +)
Vírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (-)
Transcrição
Vírus de DNA fs
Intermediário
de DNA fd
Retrovírus
RNA fs (+)
Transcrição
reversa
Vírus de
RNA fd (±)
Transcrição fita (-)
Fonte: Madigan, 2004.
4. Expressão gênica
58
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Qual informação é codificada em um genoma
viral?
• Produtos de genes e sinais de regulação para:
A replicação do genoma viral
Montagem e empacotamento do genoma
Regulação do ciclo de replicação
Modulação de defesas do hospedeiro
Disseminação para outras células e hospedeiros
59
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Qual informação NÃO é codificada em um
genoma viral?
• Não possuem genes que codificam a síntese
completa de proteína
– dependem da maquinaria celular
• Não possuem genes que codificam proteínas
envolvidas na produção de energia ou na
síntese de membrana
• Não possuem genes que codificam centrômeros
ou telômeros encontrados nos cromossomos
60
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5.1. Replicação vírus DNA
• Replicação no núcleo
– Exceção: poxvírus (replicam no citoplasma)
• DNA fita dupla: dsDNA (Classe I) maioria
• DNA fita simples: ssDNA (Classe II)
• DNA parcialmente dupla: pdsDNA (Classe
VII)
61
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Transcrito
Traduzido
Transcrito
Replicado
Genomas dsDNA: DNA fita dupla
• Genoma copiado pela DNA polimerase do hospedeiro ou pela
DNA polimerase viral
• Genes iniciais: codificam proteínas não estruturais
• Genes tardios: codificam proteínas estruturais
• Ex.: Poliomavírus, papilomavírus, adenovírus, herpesvírus
62
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Genomas ssDNA: DNA fita simples
• NÃO codificam a DNA polimerase
• Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro
• Tb codificam proteínas estruturais e ñ estruturais
• Ex.: Circovírus (TT vírus), parvovírus (Parvivírus B19)
Transcrito
Replicado Replicado
Traduzido
63
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Genomas pdsDNA – fita parcialmente dupla
64
• Replicação parte núcleo e parte no citoplasma
• Expressão gênica: inicial, intermediaria e tardia
• Quebra do dogma da biologia: DNA => RNA => Proteínas
• Ex.: Vírus da Hepatite B
X
Transcriptase reversa
Transcrito
Transcrito
Traduzido
Replicado Replicado Replicado
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5.2. Replicação vírus RNA
• Replicação no citoplasma
– * Ortomixovírus: no núcleo
• As células não possuem a RNA polimerase
dependente de RNA viral
• Enzima é codificada pelo genoma viral
• Vai sintetizar o genoma de RNA e o mRNA
viral
• mRNA será lido pelos ribossomos da célula
RNA fita simples
Maioria
65
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Vírus RNA
• Vírus RNA (+): genoma “infeccioso”
– Vírus RNA (+) = mRNA
• Vírus RNA (-): não “infeccioso”
• RNA fita simples (+): ssRNA (+) (Classe IV)
• RNA fita simples (-): ssRNA (-) (Classe V)
• RNA fita dupla: dsRNA (Classe III)
• RNA fita simples (+) com DNA intermediário:
ssRNA-RT (+) (Classe VI)
66
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Replicado
Traduzido
Replicado
Genomas ssRNA (+): RNA fita simples (+)
• Genoma com ORF única e longa
• Origina uma poliproteína (clivada por proteases celulares e
virais)
• RNA polimerase viral: replicação do genoma num
intermediário de RNA (-)
• Ex.: Coronavírus (SARS); Flavivírus (febre amarela, dengue,
BDVD, hepatite C); Picornavírus (febre aftosa, rinovírus,
enterovírus); Togavírus (rubéola, Encefalite equina)
67
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Genomas ssRNA (-): RNA fita simples (-)
Replicado
Replicado
Replicado
Traduzido
• Trazem a replicase viral (RNA polimerase)
• mRNA sem CAP e cauda de poli A (ir no núcleo)
• Proteínas estruturais e não estruturais
Ex: Ortomixovírus (influenzavírus); Paramixovírus (parainfluenza,
sarampo, hRSV, pneumo e metapneumovpirus); Rhabidovírus
(vírus da raiva)
68
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• Muitos vírus com dsRNA são segmentados
• Carregam a polimerase viral / produção de mRNA
• Transcrição primária: proteínas não estruturais
• Transcrição secundária: proteínas estruturais
• Ex.: Reoviridae: 10 a 12 segmentos (Rotavírus)
Genomas dsRNA (+/-): RNA fita dupla (+/-)
Replicado
Replicado
Traduzido
69
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Genomas ssRNA (+) com DNA intermediário
• Replicação no citoplasma e núcleo
• Carregam: RT, integrase, protease
• Única família: Retroviridae
• Ex.: HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)
provírus
Replicado Replicado Transcrito
Traduzido
Transcriptase
reversa
70
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Definição
Replicação Viral Tipos de genoma
Estrutura Classificação
71
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6. Montagem
• Ocorre no final do ciclo replicativo
• O vírus adquiri a capacidade infectiva, ou
seja, ocorre a maturação
• Nos vírus envelopados ocorre a aquisição
do envelope
72
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7. Liberação (vírus nú)
• Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo
(DNA)
• Liberados quando ocorre a destruição das células
infectadas
73
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• Envelope é derivado da membrana plasmática
(bi-camada fosfolipídica)
Genoma viral não codifica lipídios
• Envelope é formado durante o brotamento do
nucleocapsídeo através da membrana
7. Liberação (vírus envelopado)
74
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• Envelope adquirido das membranas celulares internas
7. Liberação (vírus envelopado)
75
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Vídeo exemplificando a replicação do HIV
76
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Mensagens principais
• Os vírus são parasitas intracelulares
obrigatórios
• Maioria não causa dano a célula
• São muito pequenos (não visíveis ao
microscópico óptico)
• Estrutura: ácido nucleico, capsídeo e
envelope
77
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Mensagens principais
• São espécie-específicos
afinidade pelo receptor celular
• Etapas da replicação:
1) adsorção, 2) penetração, 3) replicação,
4) montagem e 5) liberação
• Vírion = partícula viral infecciosa
78
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Mensagens principais
• Vírus DNA: maioria fita dupla / replicação
no núcleo
• Vírus RNA: maioria fita simples /
replicação no citoplasma
• mRNA: molécula comum a todos os tipos
de vírus
79
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Mensagens principais
• Vírus de RNA polaridade positiva: genoma
infeccioso
• Envelope: adquirido da membrana plasmática
• Transciptase reversa: RNA polimerase viral
dependente de RNA viral
• Provírus: retrovírus integrado no genoma
80
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Sugestões de leitura
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Sugestões de leitura
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• Livros: – Virologia Veterinária: Virologia Geral e Doenças Víricas. Flores, E. F.
(org.). 2a ed. Santa Maria: UFSM, 2012.
– Principles of Virology. Flint, S.J.; Enquist, L.W.; Racaniello, V.R. 3rd
ed. ASM Press, 2009.
• Artigos: – Legendre, M. and Bartolia, J. et al. Thirty-thousand-year-old distant
relative of giant icosahedral DNA viruses with a pandoravirus
morphology. PNAS, March 3: 1-6, 2014.
– Thiry, J.; Keuser, V.; Muylkens, B.; Meurens, F.; Gogev, S.;
Vanderplasschen, A.; Thiry, E. Ruminant alphaherpesviruses related
to bovine herpesvirus 1. Vet. Res. 37:169-190, 2006.
• Blog: – Virology blog (http://www.virology.ws/)
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Grato pela atenção!!!
Fonte: http://www.stanford.edu/group/virus/mimi/2005/Origin.htm