virologia veterinaria.flores
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VIROLOGIA VETERINRIA
Eduardo Furtado Flores (ORG.)
VIROLOGIA VETERINRIA
Santa Maria, 2007
Reitor Vice-reitor Diretor da Editora Conselho Editorial
Clovis Silva Lima Felipe Martins Mller Honrio Rosa Nascimento Ademar Michels Daniela Lopes dos Santos Eduardo Furtado Flores Eliane Maria Foleto Maristela Brger Rodrigues Honrio Rosa Nascimento Jorge Luiz da Cunha Marcos Martins Neto Ronai Pires da Rocha Silvia Carneiro Lobato Paraense Maristela Brger Rodrigues Luzia de Lima Santanna Marcio Oliveira Soriano sobre fotograa de microscopia eletrnica de clulas de cultivo infectadas com herpesvrus bovino. Carolina Isabel Gehlen Lase Miolo Morais, Marcio Oliveira Soriano, Eduardo Furtado Flores
Reviso lingstica Normalizao referncias bibliogrcas Capa Projeto grco e diagramao Ilustraes
V819
Virologia veterinria / Eduardo Furtado Flores (organizador). Santa Maria : Ed. da UFSM, 2007. 888 p. ; 30 cm. 1. Medicina veterinria 2. Virologia I. Flores, Eduardo Furtado CDU 619:578
Ficha catalogrca elaborada por Maristela Eckhardt CRB-10/737 Biclioteca Central da UFSM
Direitos reservados : Editora da Universidade Federal de Santa Maria Prdio da Reitoria - Campus Universitrio Camobi - 97119-900 - Santa Maria - RS Fone/Fax: (55) 3220.8610 e-mail: [email protected] www.ufsm.br/editora
COLABORADORES
Alice Aleri, MV, MSc. Doutor Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Estadual de Londrina (UEL) Londrina, PR, Brasil. 86051-970. [email protected]
Cludio Wageck Canal, MV, MSc. Doutor Departamento de Patologia Clnica Veterinria Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre, RS, Brasil. 91540-000 claudio.canal@ufrgs. br
Amauri A. Aleri, MV, MSc.Doutor Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Estadual de Londrina (UEL) Londrina, PR, Brasil. 86051-970. [email protected]
Diego Gustavo Diel, MV, MSc. Laboratrio de Virologia Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Ana Cludia Franco, MV, MSc.,PhD Departamento de Microbiologia Instituto de Cincias Bsicas da Sade Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre, RS, Brasil. 90050-170 [email protected] Elisabete Takiuchi, MV., MSc. Doutor Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Estadual de Londrina (UEL) Londrina, PR, Brasil. 86051-970 [email protected]
Ana Paula Ravazzolo, MV, D.Sc. Faculdade de Veterinria Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre, RS, Brasil. 91540-000 [email protected]
Elizabeth Rieder, PhD. Plum Island Animal Disease Center ARS, USDA PO Box 848 Greenport NY 11944 USA [email protected]
Clarice Weis Arns, MV, DSc. Departamento de Microbiologia e Imunologia Instituto de Biologia Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Campinas, SP, Brasil. 13081-970 [email protected]
Fernanda Silveira Flores Vogel, MV, MSc. Doutor Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Fernando A. Osorio, MV, MSc. PhD Clarissa Silveira Luiz Vaz, MV, MSc., Embrapa Sunos e Aves (CNPSA) Concrdia, SC, Brasil. 89.700-000, clarissa.vaz@ufrgs. br Department of Veterinary and Biomedical Sciences University of Nebraska/Lincoln Lincoln, Nebraska, USA. 68583-0905 [email protected]
Fernando Rosado Spilki, MV, MSc., Doutor Departamento de Microbiologia e Imunologia Instituto de Biologia Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) Campinas, SP, Brasil. 13083-970 [email protected]
Julia Ridpath. PhD National Animal Disease Center ARS - USDA 2300 Dayton Avenue. P.O. Box 70 Ames, IA, USA. 50010 [email protected]
Letcia Frizzo da Silva, MV, MSc. Gael Kurath, PhD Microbiologist Western Fisheries Research Center 6505 NE 65th St. Seattle, Washington, 98115. USA [email protected] Laboratrio de Virologia Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Gustavo Delhon, MV, MSc.PhD Department of Pathobiology College of Veterinary Medicine University of Illinois at Urbana-Champaign Urbana, Illinois, USA. [email protected]
Luciane Teresinha Lovato, MV, MSc., PhD Departamento de Microbiologia e Parasitologia Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Luiz Carlos Kreutz, MV, MSc., PhD Helena Beatriz de Carvalho R. Batista, MV, MSc. Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre, RS, Brasil. 91540-000 [email protected] Faculdade de Agronomia e Medicina Veterinria Universidade de Passo Fundo (UPF) Passo Fundo, RS, Brasil. 99001-970 [email protected]
Hernando Duque Jaramillo, MV, MSc. PhD Plum Island Animal Disease Center USDA-APHIS-VS-NVSL-FADDL Greenport, New York USA. 11944-0848
Luis L. Rodriguez, MV. PhD Foreign Animal Disease Research Unit Plum Island Animal Disease Center ARS, USDA PO Box 848 Greenport NY 11944. USA. [email protected]
Janice Reis Ciacci-Zanella, MV, MSc.PhD Embrapa Sunos e Aves (CNPSA) Concrdia, SC, Brasil. 89.700-000, [email protected]
Marcelo de Lima, MV, MSc. Department of Veterinary and Biomedical Sciences University of Nebraska/Lincoln Lincoln, Nebraska, USA. 68683-0905 [email protected]
John D. Neill, DVM, PhD National Animal Disease Center, USDA, ARS 2300 Dayton Avenue. P.O. Box 70 Ames, Iowa.USA. 50010 [email protected] Maria Elisa Piccone, PhD Plum Island Animal Disease Center ARS, USDA PO Box 848 Greenport, NY. 11944. USA [email protected]
Mariana S e Silva, MV, MSc. Setor de Virologia Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Renata Servan de Almeida, MV, MSc.Doutor CIRAD - Dpartement Systmes Biologiques UPR 15 Controle ds Maladies Animales Exotiques et Emergentes 34398 Montpellier cedex 5 France [email protected]
Mrio Celso Speroto Brum, MV, MSc. Setor de Virologia Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Rudi Weiblen, MV, MSc., PhD Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Sheila Wosiacki, MV., MSc. Doutor Mauro Pires Moraes, MV, MSc., Doutor Departamento de Veterinria Universidade Federal de Viosa Viosa, MG, Brasil. 36570-000 [email protected] Centro de Cincias Agrrias, Universidade Estadual de Maring (UEM) Campus Umuarama Maring, PR, Brasil. 87020-900 [email protected]
Paulo Michel Roehe, MV, MSc.PhD Instituto de Pesquisas Veterinrias Desidrio Finamor FEPAGRO Sade Animal Eldorado do Sul, RS, Brasil. 92 990-000 & Instituto de Cincias Bsicas da Sade Departamento de Microbiologia Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Porto Alegre, RS, Brasil 90 050 -170 [email protected]
Ubirajara M. da Costa, MV, MSc.Doutor Departamento de Medicina Veterinria Preventiva e Tecnologia Centro de Cincias Agroveterinrias Universidade Estadual de Santa Catarina (UDESC) Lages, SC, Brasil. 88520-000 [email protected]
Zlia Ins Portela Lobato. MV, PhD. Escola de Veterinria Departamento de Medicina Veterinria Preventiva
Paulo Renato dos Santos Costa, MV, MSc., Doutor Departamento de Veterinria Universidade Federal de Viosa Viosa, MG, Brasil. 36570-000 prenato@ufv. br
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) Belo Horizonte, MG, Brasil. 34992-101 [email protected]
Renata Dezengrini, MV, MSc. Setor de Virologia Departamento de Medicina Veterinria Preventiva Universidade Federal de Santa Maria Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
INTRODUO
A presente obra foi concebida para preencher uma lacuna existente na bibliograa dedicada Virologia Veterinria na lngua portuguesa. O crescimento notvel do ensino e pesquisa em Virologia Animal no Brasil, nas ltimas dcadas, infelizmente no foi acompanhado por um aumento equivalente na literatura disponvel. Neste perodo, o acmulo fantstico de conhecimentos acerca da gentica e biologia dos agentes virais, proporcionado pelo desenvolvimento e popularizao das tcnicas moleculares, tem tornado algumas obras clssicas gradativamente desatualizadas e obsoletas. Existem bons livros de Virologia Animal e excelentes tratados de Virologia Geral e Molecular na lngua inglesa. No entanto, esses textos so temporariamente inacessveis a uma parcela considervel dos estudantes de graduao que se interessam e ingressam no mundo fascinante da Virologia. Esta obra, pois, tem por objetivo fornecer aos iniciantes em Virologia, que, porventura, sejam tambm iniciantes na lngua inglesa, um contedo atualizado e abrangente da Virologia Animal, com nfase aos animais de interesse veterinrio. O presente texto direcionado aos iniciantes em Virologia, sejam eles estudantes de graduao, ps-graduao ou mdicos veterinrios; e tem como objetivo fornecer informaes bsicas sobre a estrutura, biologia, patogenia, diagnstico e controle dos principais vrus de interesse veterinrio. Os principais aspectos da biologia molecular e replicao viral so abordados de maneira simples e de fcil compreenso, para embasar o entendimento da patogenia, resposta imunolgica e diagnstico dessas infeces. A omisso de informaes mais detalhadas sobre a biologia molecular dos vrus foi intencional. Tal detalhamento est um pouco alm da informao usualmente buscada por iniciantes em livros-texto. Por outro lado, os estudantes em nveis mais avanados podem recorrer a excelentes livros existentes na lngua inglesa. Um grande desao enfrentado durante a elaborao deste texto foi acompanhar a dinmica das descobertas e constataes na rea da Virologia Molecular. A dinmica do conhecimento gerado nesta rea exigir atividades de reviso e atualizao constantes do contedo, sob a pena de deix-lo obsoleto em poucos anos. Os avanos nas reas de vacinologia e teraputica antiviral tambm se intensicaram neste perodo, permitindo aos autores relatar as mais recentes conquistas cientco-tecnolgicas nessas reas. A dinmica das interaes dos vrus com os seus hospedeiros no ambiente natural tambm representa um desao para a elaborao de textos descritivos. No perodo de elaborao desta obra aproximadamente trs anos surgiram novos vrus e novas doenas; e vrus j conhecidos cruzaram a barreira de espcies e infectaram hospedeiros inusitados. Ou seja, a evoluo natural das infeces vricas no ambiente natural to dinmica que exige uma reviso contnua de conceitos. Este livro encontra-se dividido em duas partes. A parte inicial aborda os aspectos gerais da Virologia Animal, discorrendo sobre a estrutura, classicao e nomenclatura, gentica e evoluo, mtodos de deteco e identicao de vrus, aspectos gerais da replicao viral, replicao de vrus DNA e RNA, patogenia das infeces, epidemiologia, imunidade a vrus, diagnstico laboratorial e vacinas. Embora o enfoque desta parte seja direcionado para a Virologia Animal, os conceitos e aspectos nela tratados so tambm aplicveis a vrus que infectam humanos. Assim, este texto pode til tambm para os demais estudantes das reas biomdicas.
A segunda parte trata individualmente das famlias virais de importncia em medicina veterinria. Os captulos foram elaborados seguindo algumas orientaes com relao organizao e contedo. Dessa forma, cada captulo especco dividido em duas partes: a seo inicial aborda os aspectos gerais da respectiva famlia, a estrutura dos vrions, a estrutura e organizao genmica, expresso gnica, replicao do genoma e o ciclo replicativo. Um dos maiores desaos enfrentados na elaborao deste texto foi obter um equilbrio entre o nvel de aprofundamento nos aspectos biolgicos e moleculares com a nfase necessria nos aspectos epidemiolgicos, clnico-patolgicos e diagnsticos. Os aspectos moleculares da biologia dos vrus foram abordados de maneira simplicada para facilitar o entendimento por iniciantes da rea. Um maior detalhamento nos aspectos biolgicos e moleculares da estrutura e replicao dos vrus pode ser encontrado nos livros especializados. A segunda parte de cada captulo especco dedicada s doenas de importncia veterinria causadas por membros das respectivas famlias. Esta seo discorre acerca das caractersticas do agente, epidemiologia, patogenia, sinais clnicos e patologia, diagnstico, controle e prolaxia das doenas por ele causadas. Algumas famlias possuem vrios vrus associados com doenas animais de importncia sanitria e econmica; enquanto outras possuem poucos patgenos animais. Por isso, a disparidade de contedo e extenso dos diferentes captulos. O ltimo captulo apresenta algumas famlias virais que possuem importncia limitada em medicina veterinria. Algumas dessas famlias abrigam patgenos exclusivamente humanos; outras abrigam vrus que infectam somente animais sem interesse econmico ou afetivo; enquanto outras congregam vrus cujo interesse maior reside nos seus aspectos biolgicos e moleculares.
Os autores
AGRADECIMENTOS
Uma obra deste porte somente poderia ser elaborada com a colaborao de vrias pessoas. E nada mais justo do que agradecer a todos aqueles que tornaram possvel concretiz-la. Aos colegas colaboradores, pela disposio em dedicar uma parte importante do seu tempo na elaborao dos captulos. desnecessrio list-los aqui, pois os seus nomes se encontram nos respectivos captulos ou sees. Aos colegas e amigos de longa data, com quem a elaborao de um livro de Virologia Veterinria foi tema de inumerveis conversas e planos em congressos e reunies cientcas nestes ltimos 15 anos. Janice Ciacci-Zanella, Clarice Arns, Ana Paula Ravazollo, Amauri Aleri, Luciane Lovato, Mauro Moraes, Paulo Roehe, Luiz Carlos Kreutz e Rudi Weiblen, entre outros, o meu agradecimento e a certeza de que este livro representa a concretizao de um sonho de todos ns. O agradecimento aos colegas estrangeiros, que entenderam a importncia de um livro-texto como este e dedicaram parte de seu tempo para auxiliar a elabor-lo: Drs. Julie Ridpath, John Neill, Luis Rodriguez, Gael Kurath, Fernando Osorio, Maria Elisa Piccone, Gustavo Delhon, Elisabeth Rieder e Hernando Duque. Devo um agradecimento especial a trs colegas que contriburam muito alm da elaborao dos respectivos captulos, participando de vrios outros, enviando sugestes, traduzindo, revisando e reformulando os textos submetidos: Dr Luiz Carlos Kreutz, Dra. Fernanda Silveira Flores Vogel e Md. Vet. doutoranda Renata Dezengrini. Gostaria de externar o meu reconhecimento e gratido equipe do Setor de Virologia da UFSM, composta por mestrandos e doutorandos, que participaram ativamente de todo o processo de elaborao, edio e reviso desta obra. Grande parte da qualidade e propriedade deste texto se deve s interminveis discusses e revises de captulos, patrocinadas por um grupo cheio de entusiasmo e motivao. Ao Mrio Celso S. Brum, Diego G. Diel, Evandro Winkelmann, Sabrina R. Almeida, Sandra Arenhart, Andria Henzel, Renata Dezengrini, Mariana S e Silva, Helton dos Santos, Letcia Frizzo da Silva e Marcelo Weiss, com certeza de que vocs possuem parte importante nessa obra. Agradeo tambm aos colegas professores Slvia Hbner (UFPEL) e Valria Lara Carregaro (UFSM) pelas revises e colaborao em captulos especcos. profa. Maristela Brger Rodrigues, pela reviso gramatical; Carolina Gehlen, pela diagramao; Zlide Bayer Zucheto e prof. Honrio Rosa Nascimento, da Editora da UFSM, pelo apoio para que a edio deste livro fosse possvel. Alm do apoio da Editora da UFSM, parte do trabalho grco (elaborao de guras, diagramao, reviso gramatical) e pagamento de direitos autorais foram custeados com recursos da taxa de bancada de Produtividade em Pesquisa do CNPq do Organizador. A arte nal e capa somente foram possveis com o auxlio do Centro de Cincias Rurais, na pessoa do seu Diretor, prof. Dalvan Jos Reinert, e da vice-reitoria, pelo Prof. Felipe Mller, a quem agradecemos. Quero tambm manifestar o meu agradecimento e admirao pelo trabalho grco magnco realizado pelos acadmicos do Curso de Desenho Industrial da UFSM, Lase Miolo Moraes e Mrcio Oliveira Soriano. Eles foram os responsveis diretos por grande parte das ilustraes desta obra; e responsveis indiretos pela parte restante, cuja confeco lhes foi subtrada pelo seu entusiasmado aprendiz. Ao nal do trabalho, tivemos como resultados: um conjunto formidvel de ilustraes; dois
acadmicos de Desenho Industrial com certo conhecimento de Virologia e um virologista accionado pela arte de ilustrar gracamente a biologia dos vrus. E isso s o incio...
Eduardo Furtado Flores, MV. MSc. PhD Professor Associado Departamento de Medicina Veterinria Preventiva (DMVP) Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), Santa Maria, RS, Brasil. 97105-900 [email protected]
Eduardo Furtado Flores natural de Santa Maria, RS (25/10/61); com graduao (1983) e mestrado (1989) em Medicina Veterinria pela Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Possui PhD em Virologia Molecular pela Universidade de Nebraska/Lincoln, Estados Unidos (1995). professor do Departamento de Medicina Veterinria Preventiva da UFSM desde 1991, responsvel pelas disciplinas de Epidemiologia Geral Veterinria e Sade Pblica Veterinria na graduao; e pelas disciplinas Epidemiologia Veterinria, Virologia Molecular e Introduo Biologia Molecular na ps-graduao. Faz parte do Conselho Editorial da Editora da UFSM; pesquisador de produtividade em pesquisa (1C) do CNPq desde 1997; e editor adjunto de Virologia da revista Pesquisa Veterinria Brasileira. Divide as suas atividades didticas e editoriais com a rotina de diagnstico virolgico no Setor de Virologia (SV/UFSM) e com a orientao de bolsistas de iniciao cientca, mestrado e doutorado. Coordena pesquisas nas reas de epidemiologia molecular e patogenia das infeces pelos vrus da diarria viral bovina e herpesvrus bovino tipos 1 e 5.
SUMRIO
Parte I - Virologia Geral1 Estrutura e composio dos vrusEduardo Furtado Flores
19
2 Classicao e nomenclatura dos vrusLuciane Teresinha Lovato
37
3 Deteco, identicao e quanticao de vrusMrio Celso S. Brum & Rudi Weiblen
59
4 Gentica e evoluo viralMauro Pires Moraes & Hernando Duque Jaramillo
87
5 Replicao viralEduardo Furtado Flores & Luiz Carlos Kreutz
107
6 Replicao dos vrus DNAGustavo Delhon
137
7 Replicao dos vrus RNAMaria Elisa Piccone & Eduardo Furtado Flores
165
8 Patogenia das infeces vricasEduardo Furtado Flores
189
9 Resposta imunolgica contra vrusLuiz Carlos Kreutz
237
10 Epidemiologia das infeces vricasEduardo Furtado Flores
261
11 Diagnstico laboratorial de infeces vricasEduardo Furtado Flores
295
12 Vacinas vricasCludio Wageck Canal & Clarissa Silveira Luiz Vaz
327
Parte II - Virologia Especial13 CircoviridaeJanice R. Ciacci-Zanella
361
14 ParvoviridaeMauro Pires Moraes e Paulo Renato da Costa
375
15 PapillomaviridaeAmauri Aleri, Alice Aleri & Sheila Wosiacki
397
16 AdenoviridaeMauro Pires Moraes & Paulo Renato da Costa
413
17 HerpesviridaeAna Cludia Franco & Paulo Michel Roehe
333
18 PoxviridaeCludio Wageck Canal
489
19 AsfarviridaeGustavo Delhon
513
20 CaliciviridaeJohn Neill
525
21 PicornaviridaeElisabeth Rieder & Mrio Celso S. Brum
537
22 FlaviviridaeJulia Ridpath & Eduardo Furtado Flores
563
23 TogaviridaeEduardo Furtado Flores
593
24 CoronaviridaeLuciane Teresinha Lovato & Renata Dezengrini
613
25 ArteriviridaeMarcelo de Lima & Fernando A. Osorio
639
26 ParamyxoviridaeClarice Weis Arns, Fernando R. Spilki & Renata Servan de Almeida
657
27 RhabdoviridaeLuis Rodriguez, Helena R. Batista, Paulo Michel Roehe & Gael Kurath
689
28 OrthomyxoviridaeEduardo Furtado Flores, Luciane T. Lovato, Mariana S e Silva, Renata Dezengrini & Diego G. Diel
721
29 BunyaviridaeFernanda Silveira Flores Vogel
755
30 ReoviridaeAmauri Aleri, Alice Aleri, Elisabete Takiuchi & Zlia I. P. Lobato
773
31 RetroviridaeAna Paula Ravazzollo & Ubirajara da Costa
809
32 Outras famlias viraisFernanda Silveira Flores Vogel & Eduardo Furtado Flores Abreviaturas e siglas Glossrio
839
861 871
PARTE I VIROLOGIA GERAL
ESTRUTURA E COMPOSIO DOS VRUSEduardo Furtado Flores
121 2123 25 28 29
1 Introduo 2 Estrutura das partculas vricas2.1 O genoma 2.2 O capsdeo 2.3 O envelope 2.4 A matriz
3 Protenas virais 4 Outros componentes dos vrions4.1 Enzimas 4.2 Outras protenas virais 4.3 Lipdios 4.4 Carboidratos 4.5 cidos nuclicos celulares 4.6 Protenas celulares
30 3131 31 31 31 31 32
5 Partculas vricas anmalas 6 Propriedades fsico-qumicas 7 Bibliograa consultada
32 33 33
1 IntroduoOs vrus so os microorganismos menores e mais simples que existem. So muito menores do que clulas eucariotas e procariotas e, ao contrrio destas, possuem uma estrutura simples e esttica. Esses agentes no possuem a maquinaria necessria para a produo de energia metablica e para a sntese de protenas e, por isso, necessitam das funes e do metabolismo celular para se multiplicar. Fora de uma clula viva os vrus so estruturas qumicas. A sua atividade biolgica s adquirida no interior de clulas vivas, por isso so parasitas intracelulares obrigatrios. O genoma viral cido ribonuclico (RNA) ou desoxirribonuclico (DNA) codica apenas as informaes necessrias para assegurar a sua multiplicao, empacotamento do genoma e para subverso de funes celulares em benefcio da sua multiplicao. Ao contrrio de clulas eucariotas e procariotas, os vrus no crescem ou se dividem; e sim so produzidos pela associao dos seus componentes pr-formados no interior da clula infectada. A palavra vrus utilizada para designar o agente biolgico, o microorganismo. A estrutura fsica denominada partcula viral, partcula v-
rica ou simplesmente vrion. A nomenclatura utilizada para designar as diversas hierarquias da classicao taxonmica dos vrus (ordem, famlia, subfamlia, gnero, espcie) ser apresentada no Captulo 2. No presente captulo, a terminologia vernacular ser utilizada. Por exemplo: o termo picornavrus ser utilizado para referir-se aos membros da famlia Picornaviridae; os membros da famlia Orthomyxoviridae sero chamados de ortomixovrus.
2 Estrutura das partculas vricasA unidade fundamental o indivduo dos vrus denominada partcula vrica, partcula viral ou simplesmente vrion. As dimenses, morfologia e complexidade das partculas vricas variam amplamente entre os vrus das diferentes famlias. A grande maioria dos vrions possui dimenses ultramicroscpicas, com dimetro que varia entre 15 e 22 nanmetros (nm) nos circovrus; e entre 200 e 450 nm nos poxvrus; e s pode ser visualizada sob microscopia eletrnica (ME). As excees so alguns poxvrus que so maiores e podem ser visualizados sob microscopia tica (Figura 1.1).
Poxvrus Clulas animais Bactrias Vrus e ribossomos Protenas
10-2 (1cm)
10-3 (1mm)
10-4 (0,1mm)
10-5 (10m)
10-6 (1m)
10-7 (0,1m)
10-8 (10nm)
10-9 (1nm)
10-10 (1A)
Microscopia tica Microscopia eletrnica
Fonte: adaptado de Flint et al.(2000).
Figura 1.1. Escala logartmica mtrica, ilustrando as dimenses dos vrus comparativamente com clulas animais, bactrias e macromolculas. O poder de resoluo das microscopias tica e eletrnica indicado por barras.
22
Captulo 1
De acordo com a estrutura bsica das partculas, dois grupos principais de vrus podem ser reconhecidos: os vrus sem envelope e os vrus com envelope (Figura 1.2). Os vrions mais simples so compostos pelo genoma recoberto por uma camada simples de protena, denominada capsdeo. Os vrus mais complexos possuem genomas longos associados com vrias protenas, recobertos por capsdeos complexos, revestidos externamente por uma membrana lipoprotica de origem celular, denominada envelope. As camadas proticas que envolvem o genoma (capsdeo, envelope) so freqentemente denominadas de envoltrios virais. Os conceitos principais relacionados estrutura e componentes dos vrions esto apresentados no Quadro 1.1.
A
Genoma
Capsdeo
BEnvelope
condies ambientais que rapidamente inativariam o cido nuclico. Por isso, o capsdeo e o envelope so crticos para a manuteno da integridade e viabilidade do genoma, que contm as informaes essenciais para a multiplicao do vrus. Outras funes importantes dos componentes superciais das partculas vricas so o reconhecimento e interao com estruturas da membrana da clula hospedeira. Essas interaes so essenciais para a penetrao do agente na clula e incio da sua replicao. A arquitetura e modo com que as partculas vricas so construdas devem permitir o desempenho de duas funes fundamentais: a) proteo do genoma durante o transporte entre clulas e entre hospedeiros, e b) liberao do genoma ntegro e vivel aps a penetrao na clula hospedeira. A evoluo fez com que a arquitetura das partculas vricas tenha sido adequada para cumprir essas tarefas. Ou seja, os vrions so resistentes o suciente para proteger o genoma no exterior das clulas e so facilmente desintegrados ao penetrarem na clula hospedeira, para permitir a pronta liberao do genoma no seu interior. Essas duas propriedades, aparentemente opostas, que so particularmente bem evidentes em alguns vrus sem envelope, caracterizam o que se convencionou denominar de estrutura metaestvel.
VRUS - DEFINIES E CONCEITOSGenoma- O genoma constitudo por RNA ou DNA. - O capsdeo a camada protica que recobre o genoma. - Os protmeros so as unidades proticas que compe o capsdeo. - Os capsmeros so as unidades morfolgicas do capsdeo.
Capsdeo
Figura 1.2. Estrutura fundamental das partculas vricas e seus componentes. Representao esquemtica de um vrion sem envelope (A) e com envelope (B).
- O nucleocapsdeo a estrutura formada pelo genoma + capsdeo. - O envelope a membrana lipoprotica que recobre o nucleocapsdeo - O vrion a partcula vrica completa, infecciosa.
A funo primordial dos envoltrios virais (capsdeo e envelope) proteger o genoma de danos fsicos, qumicos ou enzimticos durante a transmisso entre clulas e entre hospedeiros. Nessa etapa, os vrions podem ser expostos a
Quadro 1.1. Conceitos e definies fundamentais.
Estrutura e composio dos vrus
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2.1 O genomaO genoma dos vrus constitudo por molculas de cido ribonuclico (RNA) ou desoxirribonuclico (DNA), nunca pelos dois. Por isso, esses agentes so comumente denominados de vrus RNA ou vrus DNA. Em geral, os vrus das diversas famlias contm apenas uma cpia do genoma por vrion (so haplides). Uma exceo so os retrovrus, que possuem duas cpias idnticas do genoma (so diplides). A extenso, estrutura, organizao genmica e o nmero de genes contidos no genoma variam amplamente entre os diferentes vrus. Os menores vrus animais (circovrus) possuem uma molcula de DNA com aproximadamente 1.700 nucleotdeos (1,7 quilobases, kb) como genoma; os vrus maiores possuem um genoma DNA com mais de 350 kb (poxvrus). O nmero de genes e conseqentemente o nmero de protenas codicadas tambm varia entre os diferentes vrus. Alguns vrus de plantas codicam apenas uma protena, enquanto o genoma dos poxvrus codica mais de 100. Em geral, o genoma dos vrus muito compacto e codica apenas as protenas essenciais para assegurar a sua replicao e transmisso. Resumidamente, essas funes compreendem: a) assegurar a replicao do genoma (enzimas polimerases de RNA e DNA e protenas acessrias); b) subverter funes celulares em seu benefcio (protease leader no vrus da febre aftosa [foot and mouth disease virus, FMDV]) e c) empacotar o genoma (protenas do capsdeo e envelope). Essas funes so codicadas pelo genoma de, virtualmente, todos os vrus. Alguns vrus mais complexos codicam funes adicionais que, de alguma forma, favorecem a sua multiplicao e disseminao. O tipo e estrutura do genoma de muitos vrus diferem do padro clssico observado nos cidos nuclicos de eucariotas e procariotas. Nesses organismos, o genoma constitudo por molculas de DNA de cadeia dupla (ds, double-stranded); enquanto os RNAs possuem ta simples (ss, single-stranded). Os genomas dos vrus apresentam variaes de tipo e estrutura, que incluem
desde genomas de DNA de ta simples (ssDNA) at RNA de ta dupla (dsRNA) (Tabelas 1.1 e 1.2, em anexo). A maioria dos vrus DNA possui o cido nuclico genmico como uma molcula de ta dupla. As excees so os parvovrus (cadeia simples linear), os circovrus (cadeia simples circular) e os hepadnavrus (cadeia parcialmente dupla). O termo circular refere-se continuidade da cadeia de DNA e no forma geomtrica adotada pela molcula. Ao contrrio dos genomas lineares, que apresentam as extremidades livres, os genomas circulares apresentam a cadeia contnua, sem extremidades. Os poliomavrus e papilomavrus possuem uma molcula de DNA de cadeia dupla circular. Essa molcula apresenta-se enrolada/tensionada sobre o seu eixo longitudinal (do ingls: supercoiled) e est associada com protenas celulares denominadas histonas, tanto nas clulas infectadas como nos vrions. Os parvovrus possuem uma molcula de DNA de cadeia simples, cujas extremidades possuem seqncias complementares invertidas (palindromes). Essa caracterstica permite que as extremidades do genoma se dobrem sobre si mesmas, pareando com a sua regio complementar e formando estruturas semelhantes a grampos de cabelo (hairpins). Os genomas dos adenovrus e herpesvrus so molculas de DNA de cadeia dupla linear. Nos herpesvrus, o genoma linear apenas nos vrions, pois assume a topologia circular (devido ao pareamento complementar nas extremidades) logo aps a entrada no ncleo da clula. O genoma dos hepadnavrus uma molcula de DNA de cadeia parcialmente dupla (aproximadamente 3/4), o restante possui cadeia simples. As extremidades da cadeia completa fazem um pareamento de bases entre si, conferindo molcula a topologia circular (a cadeia de DNA no contnua). Os poxvrus possuem uma molcula de DNA de cadeia dupla linear; porm as duas cadeias so contnuas, ou seja, no h extremidades livres. Uma ilustrao simplicada da morfologia das partculas e da topologia do genoma dos vrus DNA est apresentada na Figura 1.3.
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Captulo 1
Circoviridae
Parvoviridae
Polyomaviridae Papillomaviridae
Adenoviridae
Herpesviridae
Poxviridae
Hepadnaviridae
Asfarviridae
Fonte: adaptado de Gelderson, H. R. www.gsbs.utmb.edu
Figura 1.3. Ilustrao simplificada da morfologia dos vrions e da topologia do genoma dos vrus DNA.
O cido nuclico genmico de todos os vrus RNA composto por molculas lineares. Em algumas famlias (Orthomyxoviridae e Bunyaviridae), essas molculas circularizam pelo pareamento de seqncias complementares, localizadas nas extremidades, formando estruturas que lembram cabos de panela (panhandles). A maioria dos vrus RNA possui o seu cido nuclico genmico como uma molcula de cadeia simples. As excees so os reovrus e os birnavrus, cujos genomas so formados por segmentos de RNA de cadeia dupla (10 a 12 segmentos nos reovrus, dois nos birnavrus). Os genomas dos vrus RNA de cadeia simples podem ser constitudos por uma nica molcula (no-segmentados) ou por mais de uma molcula (genomas segmentados: sete a oito molculas de RNA nos ortomixovrus, trs nos buniavrus e duas nos arenavrus). O genoma de alguns vrus RNA de cadeia simples possui o mesmo sentido do RNA mensageiro (mRNA) e pode ser diretamente traduzido pelos ribossomos da clula hospedeira. Isso
possvel porque a seqncia de nucleotdeos, que codica os aminocidos constituintes da protena, est alinhada no mesmo sentido da seqncia genmica. Esses mRNA (e os respectivos vrus) so denominados RNA de sentido ou polaridade positiva; ou simplesmente RNA+. A primeira etapa intracelular do ciclo replicativo desses vrus a traduo parcial ou total do RNA genmico, resultando na produo de protenas virais, entre as quais a enzima polimerase de RNA (replicase), que ir replicar o genoma. Outros vrus RNA de cadeia simples possuem genomas que no podem ser diretamente traduzidos, pois possuem o sentido contrrio (antissense) ao mRNA. Esses genomas (e os respectivos vrus) so denominados de RNAs de sentido ou polaridade negativa (RNA-). Esses vrus trazem a enzima polimerase de RNA nos vrions para permitir o incio da replicao do genoma. A etapa inicial da replicao a sntese de uma cpia de RNA de polaridade positiva (mRNA) a partir do RNA genmico. Ou seja, nesses vrus, a sntese protica ocorre pela traduo do mRNA, que possui sentido antigenmico. Os genomas RNA dos buniavrus e arenavrus no so diretamente traduzidos pelos ribossomos, sendo considerados RNA de sentido negativo. Esses RNAs servem de molde para a transcrio e produo de cpias de RNA de sentido positivo (RNA+ ou mRNA) de extenso parcial ou total do genoma. No entanto, em alguns desses vrus, um dos segmentos de RNA codica protenas tanto no sentido do genoma como na molcula de sentido oposto (antigenmico). Essa estratgia de expresso gnica denominada ambissense e uma caracterstica nica dessas famlias. Nos reovrus e birnavrus (genomas RNA segmentados de ta dupla), a cadeia negativa serve de molde para a transcrio e produo de mRNA (RNA- RNA+). A cadeia complementar de RNA genmico (sentido positivo) no traduzida. Essa molcula serve apenas de molde e para parear com a cadeia negativa. A Figura 1.4 apresenta uma ilustrao simplicada da morfologia dos vrions e topologia do genoma dos vrus RNA.
Estrutura e composio dos vrus
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Picornaviridae
Astroviridae
Caliciviridae
Flaviviridae
Arteriviridae
Togaviridae
Coronaviridae
Retroviridae
Reoviridae
Birnaviridae
Bunyaviridae
Orthomyxoviridae
Arenaviridae
Filoviridae
Rhabdoviridae
Paramyxoviridae
Fonte: adaptado de Gelderson, H. R. www.gsbs.utmb.edu
Figura 1.4. Ilustrao simplificada da morfologia dos vrions e da topologia do genoma dos vrus RNA.
2.2 O capsdeoO capsdeo (tambm chamado de cpsula) a camada protica que recobre externamente o genoma. Nos vrus que no possuem envelope, o capsdeo representa o nico envoltrio do cido nuclico viral. Alm dessa cobertura protica, o genoma de alguns vrus encontra-se associado com uma ou mais protenas de origem viral (p. ex.: adenovrus e reovrus) ou da clula hospedeira (poliomavrus e papilomavrus). As protenas que esto associadas ao genoma geralmente possuem carter bsico, sendo formadas predominantemente por aminocidos com carga positiva. Essa estrutura, geralmente compacta (genoma + protenas associadas), denominada core ou ncleo. O conjunto formado pelo core + capsdeo comumente denominado nucleocapsdeo. Nos vrus envelopados, o nucleocapsdeo recoberto
externamente pela membrana lipoprotica que constitui o envelope (Figura 1.2). A funo do capsdeo proteger o material gentico e proporcionar a transferncia do vrus entre clulas e entre hospedeiros. Nos vrus sem envelope, a superfcie externa do capsdeo responsvel pelas interaes iniciais dos vrions com a clula hospedeira no processo de penetrao do vrus. Nesses vrus, as protenas localizadas na superfcie do capsdeo tambm interagem com componentes do sistema imunolgico e so alvos importantes para anticorpos com atividade neutralizante. Os capsdeos so formados pela associao de subunidades proticas denominadas protmeros, que se constituem nas suas unidades estruturais. A associao dessas protenas pode formar estruturas tridimensionais bem denidas, geralmente na forma de pequenas salincias visveis na superfcie dos vrions. Essas estruturas consti-
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Captulo 1
tuem-se nas unidades morfolgicas do capsdeo, tambm denominadas capsmeros. Cada capsmero pode ser formado por uma nica protena, pela associao de molculas de uma mesma protena ou por diferentes protenas (Figura 1.5).
O icosaedro se constitui em uma estrutura quase esfrica com uma cavidade interna. Os capsdeos icosadricos (tambm denominados cbicos) so formados pela associao de 20 unidades triangulares planas idnticas, unidas entre si em 12 vrtices e arranjadas ao redor de uma esfera imaginria (Figura 1.6). Eixos imaginrios traados atravs do icosaedro do origem a trs possveis planos de simetria: bilateral (two-fold), trilateral (three-fold) e pentalateral (ve-fold). O nmero de unidades que compem cada unidade triangular varivel e d origem a variaes estruturais entre os capsdeos de diferentes vrus. O icosaedro representa a otimizao estrutural para a construo de um envoltrio resistente, compacto e com mxima capacidade de armazenamento, podendo ser composto por mltiplas cpias de uma mesma protena.
Assim, o capsdeo pode ser formado por cpias de uma mesma protena (vrus do mosaico, rabdovrus) ou por diferentes tipos de protenas (mais de dez tipos diferentes nos reovrus), e todas se encontram em mltiplas cpias e so codicadas pelo genoma viral. Os capsdeos compostos por cpias mltiplas de uma mesma protena representam um exemplo de ecincia estrutural de armazenamento e economia de espao no genoma, pois um nico gene codica a protena necessria para formar todo o envoltrio viral. Independente do nmero de protenas que compem o capsdeo, a associao entre essas protenas pode resultar em capsdeos com duas simetrias principais: icosadrica e helicoidal (Figura 1.5).
Estrutura e composio dos vrus
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Os capsdeos helicoidais so formados por mltiplas cpias de uma mesma protena. Essas protenas se associam entre si e com o cido nuclico, revestindo externamente o genoma. Essa associao resulta em uma estrutura espiralada alongada, exvel ou relativamente rgida (Figura 1.7). As dimenses dos nucleocapsdeos helicoidais variam muito, dependendo da extenso do genoma, podendo atingir at 1.800 nm nos lovrus.
A maioria dos vrus animais possui capsdeos icosadricos ou helicoidais, mas alguns (poxvrus, iridovrus e bacterifagos) possuem capsdeos com arquitetura mais complexa, denominados genericamente capsdeos complexos. Com base na arquitetura, simetria e complexidade de arquitetura, os vrions de diferentes famlias podem ser agrupados em cinco grupos estruturais (Figura 1.8):
A
B
1. Capsdeo icosadrico
1A
1B
2. Capsdeo helicoidal
2AFigura 1.7. Ilustrao esquemtica de nucleocapsdeos helicoidais. A. Nucleocapsdeo helicoidal com morfologia definida; B. Nucleocapsdeo helicoidal flexvel.
2B
Os capsdeos helicoidais de alguns vrus de plantas apresentam-se como cilindros exveis ou rgidos, no interior do qual est localizado o genoma. So todos vrus sem envelope. Os vrus animais que possuem nucleocapsdeos helicoidais possuem genoma RNA de sentido negativo e so todos envelopados. O nucleocapsdeo helicoidal desses vrus formado pela associao de cpias mltiplas da protena do capsdeo com o genoma, que adota uma forma espiralada. Nos rabdovrus, o nucleocapsdeo adota uma forma bem denida, semelhante a um projtil de arma de fogo, no interior do qual se aloja o genoma espiralado (Figura 1.7A). Na maioria dos vrus, o nucleocapsdeo helicoidal exvel e enovelase sobre si mesmo e sobre o genoma sem adotar uma forma denida (Figura 1.7 B).
3
Fonte: adaptada de Carter et al. (2005).
Figura 1.8. Os cinco principais tipos estruturais dos vrus. 1. Vrions com capsdeos icosadricos: 1A. Sem envelope; 1B. Com envelope. 2. Vrions com capsdeos helicoidais: 2A. Sem envelope; 2B. Com envelope. 3. Vrion com simetria complexa.
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Captulo 1
sem envelope, capsdeo icosadrico: ex: adenovrus, picornavrus; sem envelope, capsdeo helicoidal: ex: vrus do mosaico do tabaco; com envelope, capsdeo isosadrico: ex: togavrus, herpesvrus; com envelope, capsdeo helicoidal: ex: paramixovrus, rabdovrus; complexos: ex: bacterifagos, poxvrus.
2.3 O envelopeOs vrions de vrias famlias possuem os nucleocapsdeos recobertos externamente por uma membrana lipoprotica denominada envelope. O envelope formado por uma camada lipdica dupla, derivada de membranas celulares. Nessas membranas esto inseridas um nmero varivel de protenas codicadas pelo genoma viral. Na maioria dos vrus, o envelope est justaposto externamente ao capsdeo. Nos herpesvrus, entretanto, existe um espao de espessura varivel entre o capsdeo e o envelope, que preenchido por uma substncia protica amorfa, denominada tegumento. A quantidade e a forma adotada pelo tegumento so variveis e, conseqentemente, determinam a variao da morfologia e dimenses da partcula dos herpesvrus. Como o envelope derivado de membranas celulares, e estas so uidas e exveis, a superfcie externa e a morfologia dos vrus envelopados so mais exveis e menos denidas do que nos vrus sem envelope. A estrutura de um vrion com envelope est ilustrada na Figura 1.9.
nucleocapsdeo genoma membrana lipdica envelope glicoprotenas
Adaptado de Reschke, M.; www.biographix.de
Figura 1.9. Ilustrao esquemtica da estrutura de um vrion com envelope. As aberturas no envelope e no capsdeo so meramente ilustrativas, com o fim de permitir a visualizao das estruturas internas.
Os vrions adquirem a membrana lipdica que compe o envelope pela insero/protuso do nucleocapsdeo atravs de membranas celulares, mecanismo denominado brotamento. Os lipdios que constituem o envelope so derivados das membranas da clula hospedeira, e as protenas so codicadas pelo genoma viral. A estrutura lipdica dupla dos envelopes bem semelhante entre os diferentes vrus. No entanto, a espessura e composio dessa camada variam de acordo com a membrana celular que os originou. O envelope, adquirido na membrana plasmtica, contm fosfolipdios e colesterol em determinada proporo, enquanto o envelope originado das membranas celulares internas mais delgado e contm pouco ou nenhum colesterol. Os envelopes virais praticamente no contm protenas celulares. As protenas celulares da membrana so excludas da regio do brotamento por interaes entre as protenas virais que se inserem na camada lipdica. Os envelopes dos vrus podem conter um ou mais tipos de protenas codicadas pelo genoma viral (os herpesvrus possuem entre 10 e 12; os poxvrus possuem um nmero ainda maior). A maioria das protenas do envelope contm oligossacardeos (acares) associados, constituindo-se, portanto, em glicoprotenas. Essas glicoprotenas so produzidas e modicadas no retculo endoplasmtico rugoso (RER) e no aparelho de Golgi, cando inseridas na prpria membrana do RER ou sendo enviadas para a membrana nuclear do Golgi ou para a membrana plasmtica, locais do brotamento. As glicoprotenas do envelope viral possuem dimenses e estruturas variveis e a maioria formada por protenas integrais de membrana (Figura 1.10A). Essas glicoprotenas podem estar presentes na forma de monmeros, homo ou heterodmeros, trmeros e at tetrmeros. Em geral, as glicoprotenas do envelope apresentam trs regies principais em comum: a) uma regio citoplasmtica ou interna (cauda); b) uma regio transmembrana (tm) e c) uma regio externa. A cauda geralmente pequena e interage com a superfcie externa do nucleocapsdeo no processo de morfognese e brotamento. A regio tm est inserida na camada lipdica e serve de sustentao e xao da protena. A extenso dessa re-
Estrutura e composio dos vrus
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gio varia de acordo com a espessura e origem da camada lipdica: entre 18 (vrus da febre amarela, que brota no retculo endoplasmtico) e 26 aminocidos (vrus da inuenza, que adquire o envelope na membrana plasmtica). A regio tm composta principalmente por aminocidos hidrofbicos. Algumas glicoprotenas do envelope possuem vrias regies tm e, assim, atravessam a membrana duas ou trs vezes. Outras no possuem regio tm e, portanto, no se encontram inseridas na membrana lipdica. Essas glicoprotenas encontram-se associadas ao envelope por interaes covalentes ou no-covalentes com outras glicoprotenas integrais de membrana e, por isso, so ditas protenas perifricas de membrana (Figura 1.10B). Exemplos desse tipo de protena so as glicoprotenas E0 dos pestivrus e a SU dos retrovrus. A regio externa geralmente maior; hidroflica e contm um nmero varivel de oligossacardeos associados. As glicoprotenas do envelope de alguns vrus formam projees na superfcie dos vrions, denominadas peplmeros, que podem ser visualizadas sob ME.
AE
B
TM
M
I
d) transmisso do vrus entre clulas. Nas etapas nais do ciclo replicativo, algumas glicoprotenas do envelope auxiliam no egresso das partculas recm-formadas, permitindo a sua liberao a partir da membrana celular (neuraminidase nos ortomixovrus). As glicoprotenas do envelope tambm desempenham um importante papel na interao do vrus com o sistema imunolgico e se constituem em alvos importantes para anticorpos neutralizantes. Como as glicoprotenas do envelope mediam as interaes iniciais dos vrions com as clulas, a sua integridade e conformao natural so essenciais para a infectividade do vrus. Algumas substncias qumicas (formalina e detergentes) ou agentes fsicos (calor e radiaes) alteram a conformao dessas protenas e, conseqentemente, reduzem ou eliminam a infectividade do vrus. Solventes lipdicos, como ter e clorofrmio, tambm afetam negativamente a infectividade de vrus envelopados, pois destroem a integridade da camada lipdica que compe o envelope. Os vrions adquirem o envelope por meio de um mecanismo denominado genericamente de brotamento. Nesse processo, o nucleocapsdeo inicialmente interage com as caudas das glicoprotenas previamente inseridas na membrana. Essa interao inicial seguida da protuso/insero do nucleocapsdeo atravs da membrana, resultando na formao de vrions com uma camada lipoprotica que envolve externamente o nucleocapsdeo (Figura 1.11). O local do brotamento varia entre os diferentes vrus e pode ocorrer na membrana nuclear, do RER, do aparelho de Golgi ou na membrana plasmtica.
2.4 A matrizFigura 1.10. Representao simplificada da estrutura das glicoprotenas do envelope viral. A. Protena integral de membrana com as regies interna (I), transmembrana (TM) e externa (E); M. membrana lipdica; B. Duas protenas associadas: uma integral de membrana (cinza) associada com uma protena perifrica (preto).
As glicoprotenas, principalmente por meio de sua regio extracelular, desempenham vrias funes na biologia do vrus, incluindo: a) ligao aos receptores celulares; b) fuso do envelope com a membrana celular; c) penetrao celular e
Alguns vrus envelopados possuem protenas que recobrem externamente o nucleocapsdeo, mediando a sua associao com a superfcie interna do envelope. Essas protenas, denominadas de matriz, so geralmente glicosiladas e abundantes, podendo corresponder a at 30% da massa total dos vrions (como nos retrovrus). As protenas da matriz so encontradas em vrios vrus envelopados, principalmente nos vrus RNA de polaridade negativa (exemplos: parami-
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Captulo 1
4
Meio extracelular
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Membrana plasmtica
1Citoplasma
Figura 1.11. Etapas do brotamento e aquisio do envelope por vrus envelopados. 1. Interao do nucleocapsdeo com as caudas citoplasmticas das glicoprotenas do envelope; 2-3. Insero/protuso do nucleocapsdeo atravs da membrana; 4. Egresso da partcula completa.
xovrus e ortomixovrus). As protenas da matriz desempenham importante funo estrutural e na morfognese das partculas vricas, pois interagem simultaneamente com a superfcie externa do nucleocapsdeo e com as caudas das glicoprotenas, funcionando como adaptadores entre o nucleocapsdeo e o envelope.
PA+PB1+PB2
M
NP HA
3 Protenas viraisO genoma dos vrus codica duas classes principais de protenas: estruturais e no-estruturais. As protenas estruturais so aquelas que participam da construo e arquitetura da partcula vrica (Figura 1.12), ou seja, esto presentes como componentes estruturais dos vrions. Enquadram-se nessa classe as protenas do nucleocapsdeo e do envelope. As protenas do tegumento (herpesvrus) e as protenas da matriz tambm se constituem em protenas estruturais. As protenas no-estruturais so aquelas codicadas pelo genoma viral e produzidas no interior da clula hospedeira durante o ciclo replicativo, mas que no participam da estrutura das partculas vricas. So geralmente protenas com atividades enzimticas e/ou regulatrias que participam das diversas etapas do ciclo replicativo do vrus e de sua interao com as organelas e macromolculas da clula hospedeira.
NA
M2
Figura 1.12. Ilustrao esquemtica da estrutura de um ortomixovrus (vrus da influenza), indicando a localizao das protenas na partcula vrica. Glicoprotenas do envelope: HA: hemaglutinina; NA: neuraminidase; M2: canal de ons; M: protena da matriz. Componentes do complexo ribonucleoprotena: RNA: recoberto pela NP; NP: nucleoprotena; PA: polimerase cida; PB1: polimerase bsica 1; PB2: polimerase bsica 2.
So exemplos de protenas no-estruturais as enzimas polimerases de DNA (DNA polimerase) e RNA (RNA polimerase), enzimas envolvidas no metabolismo de nucleotdeos (timidina quinase, ribonucleotdeo redutase etc.), fatores de transcrio e regulao da expresso gnica (ICP0 nos herpesvrus, protena E1A dos adenovrus,
Estrutura e composio dos vrus
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antgeno T dos poliomavrus), entre outras. O nmero de protenas no-estruturais (e tambm estruturais) codicadas pelo genoma varia com a complexidade dos vrus. Os vrus mais simples codicam uma ou poucas protenas noestruturais, enquanto os poxvrus e herpesvrus codicam dezenas de protenas com atividades enzimticas e regulatrias, que desempenham funes diversas no seu ciclo replicativo. Embora estejam presentes nas partculas vricas de vrias famlias, protenas com atividade enzimtica so consideradas protenas no-estruturais.
4.2 Outras protenasProtenas sem atividade enzimtica, mas que possuem participao no ciclo replicativo, tambm esto presentes nos vrions de algumas famlias. Os herpesvrus possuem, como parte do tegumento, a VP-16 (ou -TIF), que um transativador dos genes iniciais, e a VHS, uma protena que degrada os mRNA da clula hospedeira.
4.3 LipdiosOs lipdios presentes nos envelopes virais so tipicamente os mesmos das membranas celulares, onde os vrions adquirem o seu envoltrio externo. Os envelopes originados da membrana plasmtica contm principalmente fosfolipdios (50-70%) e colesterol, enquanto os envelopes adquiridos em membranas celulares internas (nuclear, Golgi, RER) possuem pouco ou nenhum colesterol. Os lipdios constituem entre 20 e 35% da massa dos vrus envelopados.
4 Outros componentes dos vrions4.1 EnzimasProtenas com atividade enzimtica esto presentes nas partculas vricas de membros de vrias famlias de vrus DNA e RNA. Essas enzimas so necessrias para a sntese do cido nuclico viral e/ou para a biossntese de nucleotdeos e, geralmente, catalisam reaes nicas dos vrus, que no encontram fatores com funes similares nas clulas hospedeiras. Os vrus RNA de sentido negativo, por exemplo, trazem a enzima RNA polimerase (polimerase de RNA dependente de RNA) nos vrions. Os retrovrus trazem, nos vrions, a enzima transcriptase reversa (polimerase de DNA dependente de RNA; tambm polimerase de DNA dependente de DNA). Os hepadnavrus tambm trazem a enzima polimerase (polimerase de DNA dependente de DNA e tambm de RNA) nos vrions. Os poxvrus trazem, em seus vrions, enzimas RNA polimerases (com atividade equivalente s do hospedeiro), alm de enzimas que modicam o mRNA. Essas enzimas so necessrias para a realizao dessas funes no citoplasma, onde ocorre a replicao viral. Endonucleases (ortomixovrus), proteases (vrios vrus), quinases (hepadnavrus), integrase e ribonuclease (retrovrus) so exemplos de atividades enzimticas presentes em partculas virais. Os retrovrus complexos (exemplo: vrus da imunodecincia humana HIV) possuem protenas adicionais nos vrions, VPR e VIF, que so importantes para a replicao eciente em alguns tipos de clulas.
4.4 CarboidratosOs carboidratos podem estar presentes em vrions como componentes de glicoprotenas, glicolipdios e mucopolissacardeos. Esses carboidratos esto presentes principalmente no envelope, mas os vrus complexos (poxvrus) tambm possuem carboidratos associados com protenas internas e/ou do capsdeo.
4.5 cidos nuclicos celularesAlguns vrus podem ocasionalmente encapsidar em seus vrions, fragmentos de DNA cromossmico da clula hospedeira (poliomavrus). Os vrions dos retrovrus contm molculas de RNA transportador (tRNA) adquiridos da clula infectada. Esse tRNA desempenha um papel importante no incio do ciclo replicativo do vrus, pois serve de iniciador (primer) para a sntese da cadeia de DNA a partir do RNA genmico viral. Os vrions da famlia Arenaviridae contm ribossomos da clula hospedeira, o que lhes confere uma aparncia granular quando examinados sob
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Captulo 1
ME (da a denominao da famlia, arena = areia). Os vrions dos ortomixovrus podem conter RNA ribossmico derivado das clulas hospedeiras.
4.6 Protenas celularesNo ncleo da clula hospedeira, o genoma DNA recm-replicado dos poliomavrus e papilomavrus associa-se com protenas celulares denominadas histonas (H), formando estruturas semelhantes cromatina celular. Essas estruturas, chamadas de minicromossomas, que contm o DNA viral, conjugado com as histonas H2A, H2B, H3 e H4, so encapsidadas durante a morfognese das partculas virais. Cabe ressaltar que cada vrion dos papilomavrus e poliomavrus contm uma cpia do genoma, ou seja, um minicromossoma. Os vrions dessas famlias, portanto, contm certa quantidade de protenas celulares.
os picornavrus podem ocasionalmente apresentar capsdeos vazios em razo da degradao do genoma; clulas infectadas com os hepadnavrus (vrus da hepatite B) produzem vrions completos (Dane particles) e tambm duas formas de partculas incompletas (partculas esfricas de 20 nm e partculas lamentosas) (Figura 1.13). As partculas incompletas so formadas por molculas da glicoprotena de superfcie (HbsAg), associadas com segmentos de membranas celulares. Para cada vrion completo, so produzidas entre 10.000 e 1.000.000 partculas esfricas. A abundncia dessas partculas no sangue de pessoas infectadas cronicamente tem sido utilizada como ferramenta para o diagnstico e, durante muitos anos, foi utilizada para a produo de vacinas.
5 Partculas vricas anmalasAlm de partculas vricas completas e infectivas, a replicao de alguns vrus pode resultar na produo de uma quantidade varivel de partculas vricas anmalas, geralmente no-infecciosas. A freqncia e abundncia dessas partculas em relao aos vrions completos e infecciosos variam amplamente de acordo com o vrus. So muitas as causas da ausncia de infectividade nessas partculas, incluindo: ausncia do genoma viral. Clulas infectadas por poliomavrus podem produzir capsdeos vazios, sem o DNA genmico; outros capsdeos podem conter fragmentos de DNA celular. Essas partculas so denominadas pseudovrions; clulas infectadas por vrus de genoma RNA segmentado (ortomixovrus, por exemplo) podem produzir vrions com o conjunto incompleto dos segmentos genmicos; vrios vrus podem encapsidar genomas com delees em um ou mais genes. Os vrions que contm esses genomas defectivos so denominados partculas defectivas. Esses vrions no replicam autonomamente e somente so capazes de replicar quando ocorre uma co-infeco com um vrus homlogo infeccioso (denominado de vrus helper);
A
B
A. Fonte: adaptada de Flint et al. (2000). B. Fonte: Dr. Linda Stannard, www.uct.ac.za.
Figura 1.13. Partculas produzidas por clulas infectadas pelo vrus da hepatite B (hepadnavrus). A. Ilustrao esquemtica e B. fotografia de microscopia eletrnica. As partculas esfricas maiores com parede dupla so as partculas infecciosas (dane particles); as esfricas menores e as filamentosas so partculas defectivas, compostas por protenas de superfcie e pores de membranas celulares.
Estrutura e composio dos vrus
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6 Propriedades fsico-qumicasVrios agentes fsicos e qumicos podem afetar a integridade funcional e infectividade dos vrions, incluindo a temperatura e o pH. A ao deletria da temperatura sobre a viabilidade dos vrus possui importncia durante a manipulao e remessa de material clnico para o diagnstico, como tambm para a preservao de estoques virais na rotina laboratorial. Alm disso, pode ser um fator limitante para a sua disseminao entre hospedeiros. Temperaturas de 55 a 60C desnaturam as protenas de superfcie, sobretudo as do envelope, em poucos minutos, tornando os vrions incapazes de interagir produtivamente com receptores celulares e iniciar a infeco. Temperaturas ambientais altas tambm afetam negativamente a infectividade dos vrus. Os vrus envelopados so geralmente muito mais sensveis ao deletria de altas temperaturas sobre a infectividade. Alguns vrus, como os paramixovrus, so particularmente susceptveis a temperaturas ambientais e tambm perdem a infectividade quando submetidos a congelamento e descongelamento. A conservao de vrus em suspenso lquida por longos perodos deve ser realizada a temperaturas de -70C ou em nitrognio lquido (-196C). Outra forma segura e eciente de armazenar vrus por longos perodos sem perder infectividade por meio de liolizao (dessecao a temperaturas de congelamento) e conservao do material liolizado (p) a 4C ou -20C. Para vrus em suspenso, temperaturas de 4 a 6C so compatveis com a preservao da infectividade apenas por horas ou poucos dias; temperaturas de 4 ou -20C no so indicadas para conservao por longos perodos. A resistncia a diferentes condies de pH varia amplamente; alguns vrus sem envelope (rotavrus, alguns picornavrus) mantm a infectividade mesmo em condies de pH cido e so chamados de cidoresistentes; outros, sobretudo os envelopados, so inativados j em pH um pouco abaixo do neutro (5 a 6) e so chamados de cido-lbeis. Agentes qumicos que possuem ao desnaturante sobre protenas e/ou solventes e detergentes lipdicos possuem ao deletria sobre a infectividade dos
vrus e muitos so utilizados como desinfetantes de materiais, equipamentos e ambientes. Em geral, os vrus sem envelope so muito mais resistentes a agentes qumicos e condies ambientais do que os vrus com envelope.
7 Bibliograa consultadaBAKER, T.S.; JOHNSON, J.E. Principles of virus structure determination. In: CHIU, W.; BURNETT, R.M.; GARCEA, R.L. (ed). Structural biology of viruses. New York, NY: Oxford University Press, 1997. p.38-79. CANN, A.J. Principles of molecular virology. 2. ed. San Diego, CA: Academic Press, 1997. 310p. CASPAR, D.L.D.; KLUG, A. Physical principles in the construction of regular viruses. Cold spring harbor symposium on quantitative biology, v.27, p.1-24, 1962. CHAPMAN, M.S.; GIRANDA, V.L.; ROSSMANN, M.G. The structures of human rhinovirus and mengo virus: relevance to function and drug design. Seminars in virology, v.1, p.413-427, 1990. DULBECCO, R.; GINSBERG, H.S. Microbiologia de Davis: virologia. 2. ed. So Paulo: Harbra, 1980. v.4, 1763p. FLINT, S.J. et al. Principles of virology: molecular biology, pathogenesis and control. Washington, DC: ASM Press, 2000. 804p. GARCEA, R.L.; LIDDINGTON, R.C. Structural biology of polyomaviruses. In: CHIU, W.; BURNETT, R.M.; GARCEA, R.L. (eds). Structural biology of viruses. New York, NY: Oxford University Press, 1997. p.157-187. HARRISON, S.C. Principles of virus structure. In: KNIPE, D.M.; HOWLEY, P.M. (Eds.). Fields virology. 4. ed. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins, 2001. Cap.3, p.53-85. HUNTER, E. Virus assembly. In: KNIPE, D.M.; HOWLEY, P.M. (Eds). Fields virology. 4.ed. Philadelphia, PA: Lippincott Williams & Wilkins, 2001. Cap.8, p.171-197. MURPHY, F.A. et al. Veterinary virology. 3. ed. San Diego, CA: Academic Press, 1999. 629p. MURRAY, P.R. et al. Medical microbiology. 2. ed. St. Louis: Mosby Year Book, 1994, p.573. QUINN, P.J. et al. Clinical microbiology. London: Wolfe, 1994. 648p. RIXON, F.J. Structure and assembly of herpesviruses. Seminars in virology, v.4, p.135-144, 1993. ROSSMANN, M.G. et al. Structure of a human cold virus and structural relationship to other picornaviruses. Nature, v.317, p.145-153, 1985.
34RYAN, K.J. Sherris medical microbiology: an introduction to infectious diseases. 3. ed. Norwalk, CT: Appleton & Lange, 1994. 890 p. STEWART, P.L.; BURNETT, R.M. The structure of adenovirus. Seminars in virology, v.1, p.477-487, 1990. WHITE, D.O.; FENNER, F. Medical virology. 4. ed. San Diego, CA: Academic Press, 1994. 603 p. WILSON, J.A.T.; SKEHEL, T.S.; WILEY, D.C. Structure of the hemagglutinin membrane glycoprotein of inuenza virus at 3A resolution. Nature, v.289, p.366-373, 1981.
Captulo 1
WIMMER, E. Cellular receptors for animal viruses. New York, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. 526p. WISE, D.J.; CARTER, G.R.; FLORES, E.F. General characteristics, structure and taxonomy of viruses. In: CARTER, G.R., WISE, D. J.; FLORES; E.F. (Eds.). A concise review of veterinary virology. Ithaca, NY: International Veterinary Information Service. Disponvel em: . Acesso em: 20 set. 2006.
AnexosTabela 1.1. Caractersticas morfolgico-estruturais dos vrions e do genoma dos vrus DNAFamlia Capsdeo Envelope Dimenses e morfologia do vrions Caractersticas do genoma
FITA SIMPLES
Circoviridae
Icosadrico
No
15-22 nm, esfrico-icosadricos
DNA de cadeia simples, circular, 1.7-2,2kb
Parvoviridae
Icosadrico
No
25nm, icosadricos
DNA de cadeia simples, linear, seqncias complementares nas extremidades, flexionadas sobre si (hairpins), 5 kb DNA de cadeia dupla, circular, superenrolada, 5 kb
Polyomaviridae
Icosadrico
No
45nm, esfrico-icosadricos
Papillomaviridae
Icosadrico
No
55nm, esfrico-icosadricos
DNA de cadeia dupla, circular, superenrolada, 8 kb
Adenoviridae
Icosadrico
No
80-110nm, icosadricos
DNA de cadeia dupla, linear, com uma protena nas extremidades, 30-44 kb
FITA DUPLA
Herpesviridae
Icosadrico
Sim
120-200 nm, pleomrficos ou aproximadamente esfricos
DNA de cadeia dupla, linear, 120-235 kb
Poxviridae
Complexo
Sim
170- 200 x 300-450nm, ovides/retangulares
DNA de cadeia dupla, linear e contnua, 130-375 kb
Iridoviridae/ Asfaviridae
Complexo
Sim
175-215nm, quase esfricos ou com aspecto de prismas hexagonais
DNA de cadeia dupla, linear e contnua, 170-190kb DNA de cadeia parcialmente dupla (3/4), com as extremidades pareando entre si (pseudo-circular), 3.2 kb
Hepadnaviridae
Icosadrico
Sim
40-48nm, esfricos, ocasionalmente pleomrficos, partculas subvirais em excesso
Estrutura e composio dos vrus
35
Tabela 1.2. Caractersticas morfolgico-estruturais dos vrions e do genoma dos vrus RNAFamlia Capsdeo Envelope Dimenses e morfologia do vrions Caractersticas do genomaduas cpias idnticas de RNA, cadeia simples (+), linear, 7-11kb RNA de cadeia simples (+), linear, 5'IRES, 3'polyA, 7.2 8.5kb RNA de cadeia simples (+), linear, protena na ext. 5, 3'polyA, 7.4 -7.7kb RNA de cadeia simples (+), linear, 3'polyA, 7.2-7.9kb RNA de cadeia simples (+), linear, 5'cap, 3'polyA, 20-32kb
Retroviridae
Icosadrico
Sim
80-100nm, esfricos
Picornaviridae
Icosadrico
No
28-30nm, esfrico-icosadricos 30-38nm, esfrico-icosadricos
Caliciviridae
Icosadrico
No
POLARIDADE POSITIVA
Astroviridae
Icosadrico
No
28-30nm, esfricos
Coronaviridae
Helicoidal
Sim
80-220nm, pleomrficos ou aproximadamente esfricos
Arteriviridae
Icosadrico
Sim
50-70nm, aproximadamente esfricos
RNA de cadeia simples (+), linear ,5'cap, 3' polyA, 15kb RNA de cadeia simples (+), linear, 5'cap, 3'polyA, 9.711.8kb RNA de cadeia simples (+), linear, 5'cap/IRES, 3'polyA/poliC, 9.5-12.5kb RNA de cadeia simples (-), linear, 15-16kb
Togaviridae
Icosadrico
Sim
70nm, esfricos
Flaviviridae
Icosadrico
Sim
45-60nm, esfrico
FITA SIMPLES
Paramyxoviridae
Helicoidal
Sim
150-300nm, pleomrficos, aproximadamente esfricos, filamentosos
Rhabdoviridae
Helicoidal
Sim
70-85 x 130-380 nm, forma de projtil
RNA de cadeia simples (-), linear, 13-16kb
POLARIDADE NEGATIVA
Filoviridae
Helicoidal
Sim
80 x 780-970nm (at 14.000), pleomrficos (filamentosos, forma de U ou 6
RNA de cadeia simples (-), linear, 19.1kb
?
Bornaviridae
?
Sim
90nm, esfricos (?)
RNA de cadeia simples (-), linear, 8.9kb 6 a 8 segmentos de RNA de cadeia simples, (-), lineares, extremidades complementares permitem circularizao, 10-13.6kb 3 segmentos de RNA de cadeia simples (-), lineares, extremidades complementares permitem circularizao, 11-21kb 2 segmentos de RNA de cadeia simples (-), lineares, 10-14kb 2 segmentos de RNA de cadeia dupla, lineares, 5.7-5.9kb 10, 11 ou 12 segmentos de RNA de cadeia dupla, lineares, 16-27kb
Orthomyxoviridae
Helicoidal
Sim
80-120nm, ovides, filamentosos, aproximadamente esfricos, pleomrficos
Bunyaviridae
Helicoidal
Sim
80-120nm, pleomrficos ou esfricos.
Arenaviridae
Helicoidal
Sim
50 x 300nm , esfricos ou pleomrficos
FITA DUPLA
Birnaviridae
Icosadrica
No
60nm, icosadricos
Reoviridae
Icosadrica
No
60-80nm, aproximadamente esfricos
CLASSIFICAO E NOMENCLATURA DOS VRUSLuciane Teresinha Lovato
239 39 41 41 4242 42 43 44 44 45 46 46 47 47 48 48 49 49 50 50 51 51 52 52 52 53 54
1 Introduo 2 Taxonomia dos vrus 3 Nomenclatura dos vrus 4 Critrios utilizados para a classicao dos vrus 5 Famlias de vrus5.1 Vrus com genoma DNA 5.1.1 Poxviridae 5.1.2 Asfarviridae 5.1.3 Herpesviridae 5.1.4 Adenoviridae 5.1.5 Papillomaviridae 5.1.6 Polyomaviridae 5.1.7 Parvoviridae 5.1.8 Circoviridae 5.1.9 Hepadnaviridae 5.2 Vrus com genoma RNA de sentido positivo 5.2.1 Picornaviridae 5.2.2 Caliciviridae 5.2.3 Astroviridae 5.2.4 Togaviridae 5.2.5 Flaviviridae 5.2.6 Coronaviridae 5.2.7 Arteriviridae 5.3 Vrus com genoma RNA de sentido negativo no-segmentado 5.3.1 Paramyxoviridae 5.3.2 Rhabdoviridae 5.3.3 Filoviridae 5.3.4 Bornaviridae
5.4 Vrus com genoma RNA de sentido negativo segmentado 5.4.1 Orthomyxoviridae 5.4.2 Bunyaviridae 5.4.3 Arenaviridae 5.5 Vrus com genoma RNA de ta dupla 5.5.1 Reoviridae 5.5.2 Birnaviridae 5.6 Vrus com genoma RNA que realizam transcrio reversa 5.6.1 Retroviridae
54 54 54 55 56 56 56 57 57
6 Bibliograa consultada
57
1 IntroduoExiste um nmero muito grande de vrus circulando nas diferentes espcies de seres vivos, desde vrus que infectam bactrias at aqueles que infectam organismos superiores, como os mamferos e plantas. Dentre estes, existem vrus altamente patognicos e outros que no causam doena nos seus hospedeiros, passando despercebidos. Atualmente, so reconhecidas mais de 1.500 espcies de vrus, que abrangem mais de 30.000 cepas, isoladas ou variantes. A classicao e nomenclatura dos vrus no seguem as regras determinadas para os demais microorganismos. medida que foram sendo identicados, os vrus foram sendo agrupados de forma aleatria, de acordo com os aspectos considerados mais importantes pelos grupos que os identicavam. Nas dcadas de 1950 e 1960, houve um grande avano na Virologia, resultando na identicao de um grande nmero de novos vrus. Com o intuito de determinar regras bsicas para classicar esses vrus, vrios comits foram formados, o que acabou gerando uma grande confuso taxonmica. Durante o Congresso Internacional de Microbiologia, realizado em Moscou, em 1966, foi criado o Comit Internacional para Nomenclatura de Vrus (ICTV). Esse comit teve a incumbncia de desenvolver um sistema nico de classicao e nomenclatura para todos os vrus. At hoje, o ICTV o rgo que determina as regras a serem seguidas para a classicao dos vrus at o nvel de espcie. Esse comit se rene periodicamente, com o m de revisar e atualizar os critrios de classicao, de modo que as novas descobertas biolgicas e moleculares possam ser incorporadas aos critrios taxonmicos j existentes. Com isso, a classicao dos vrus nas diversas hierarquias tornou-se dinmica e pode ser alterada medida que novas informaes biolgicas ou moleculares assim o justiquem. A classicao apresentada neste texto est de acordo com a ltima reviso do ICTV, datada de 07 de julho de 2007.
2 Taxonomia dos vrusDe acordo com os vrios critrios adotados, os vrus so classicados hierarquicamente em ordens, famlias, subfamlias, gneros e espcies. O suxo virales utilizado para designar a ordem. Para a denominao de famlia, utiliza-se o suxo viridae; para subfamlia, utiliza-se virinae; e para gnero, o suxo virus. Por exemplo, o vrus da cinomose canina est classicado na ordem Mononegavirales, famlia Paramyxoviridae, subfamlia Paramyxovirinae, gnero Morbillivirus e, nalmente, espcie, como vrus da cinomose canina (canine distemper virus, CDV). As famlias so os agrupamentos fundamentais dos vrus, agrupando agentes que possuem caractersticas estruturais, morfolgicas, genticas e biolgicas em comum. Algumas famlias a minoria so agrupadas em nveis hierrquicos superiores: as ordens. Da mesma forma, nem todas as famlias so divididas em subfamlias; algumas delas apresentam o gnero como nvel hierrquico imediatamente inferior, ou seja, nem todos os vrus so classicados em todos os nveis hierrquicos possveis, possuindo complexidades de classicao diferentes entre si. Os vrus que apresentam algumas caractersticas biolgicas, estruturais e moleculares em comum so agrupados em uma mesma famlia. Por exemplo, todos os membros da famlia Herpesviridae possuem vrions grandes, com envelope contendo vrias glicoprotenas, capsdeo icosadrico, uma camada protica denominada tegumento entre o capsdeo e o envelope. O genoma composto por uma molcula de DNA de ta dupla linear. Esses vrus so capazes de estabelecer infeces latentes em seus hospedeiros. Os vrus que apresentam essas caractersticas (e que por isso compem a famlia Herpesviridae) podem ser subdivididos em subfamlias, de acordo com algumas caractersticas que possuem em comum e que so diferentes dos outros vrus da famlia. Os membros da subfamlia Alphaherpesvirinae possuem um amplo espectro de hospedeiros, apresentam um ciclo rpido e ltico em clu-
40
Captulo 2
las de cultivo e estabelecem infeces latentes em neurnios sensoriais e autonmicos. Essas caractersticas diferem dos membros das outras subfamlias: Betaherpesvirinae e Gammaherpesvirinae. Os vrus de uma famlia ou de uma subfamlia podem ser divididos em gneros, de acordo com propriedades biolgicas, e, principalmente, moleculares, como a estrutura e organizao genmica: a subfamlia Alphaherpesvirinae possui dois gneros, o Simplexvirus e o Varicellovirus. Dentro de cada gnero se encontram as espcies, que so grupos de vrus muito semelhantes entre si (a exemplo de espcies de animais), mas que apresentam algumas diferenas que justicam a sua classicao como vrus diferentes (e tambm diferentes dos vrus do outro gnero). Por exemplo, no gnero Varicellovirus, encontram-se classicados os herpesvrus bovinos tipos 1 e 5 (BoHV-1 e BoHV-5), o herpesvrus suno (SuHV1) ou vrus da doena de Aujeszky (PRV), entre outros. A classicao dos vrus em espcies no consensual entre os virologistas. A denio de espcie aceita pelo ICTV foi estabelecida em 1991 e diz o seguinte: espcie de vrus uma classe polythetic1 de vrus que constitui uma linhagem replicativa e ocupa um nicho ecolgico particular. Uma classe polythetic denida em termos de um amplo grupo de critrios sendo que nenhum dos critrios isoladamente necessrio ou suciente. Dessa forma, cada membro da classe deve possuir um nmero mnimo de caractersticas, mas nenhum dos aspectos necessita ser encontrado em todos os membros de uma classe. Assim, diferentes caractersticas podem ser usadas em diferentes grupos de vrus. A classicao em subespcies, cepas, variantes e isolados no existe de forma ocial, embora seja reconhecida a sua importncia para o diagnstico, para estudos biolgicos e moleculares e tambm para a produo de vacinas. A seguir so apresentadas algumas denies desses termos. O termo isolado (ou amostra) refere-se a um vrus que foi obtido por isolamento de uma determinada fonte de infeco (animal infectado),A traduo para o termo polythetic no consta em dicionrios ociais; por esta razo o termo foi escrito na sua forma original e a denio colocada logo em seguida no texto.1
por exemplo: o SV-299/04 um BoHV-5 isolado do crebro de um bovino que desenvolveu meningoencefalite no estado do Rio Grande do Sul. A denominao SV-299/04 foi dada pelo laboratrio que realizou o isolamento do vrus e referese ao nmero do protocolo. Qualquer vrus que tenha sido isolado de material clnico e sobre o qual se conhea pouco, alm de sua identidade, constitui-se em um isolado ou amostra. O termo cepa utilizado para designar amostras de vrus que j foram bem caracterizadas e sobre as quais j se possui certo conhecimento. A denominao cepa tambm pode ser utilizada para se referir a isolados de um vrus que podem apresentar pequenas variaes sem deixar de pertencer s mesmas categorias taxonmicas. Por exemplo, o vrus da doena de Newcastle (NDV) pode apresentar diferentes nveis de virulncia, dependendo da cepa do vrus que est causando a doena. Existem trs cepas desse vrus em ordem crescente de virulncia: as lentognicas, as mesognicas e as velognicas. Assim, aqueles isolados do vrus que apresentam alta virulncia pertencem cepa velognica, os que apresentam virulncia moderada so mesognicos, e os de baixa virulncia so os lentognicos. Cepas de referncia so cepas amplamente caracterizadas e reconhecidas nacional ou internacionalmente, que so utilizadas como referncia para determinado vrus em testes de diagnstico, pesquisa e para a produo de vacinas. Por exemplo, a cepa Cooper do BoHV-1 serve de referncia para comparaes de isolados desse vrus e amplamente utilizada em diagnstico e na produo de vacinas. A terminologia wild-type refere-se cepa original do vrus que circula na natureza. No caso da existncia de mutantes, o wild-type a cepa que deu origem aos mutantes. Em portugus, utilizam-se os termos cepa de campo (ou vrus de campo), no caso dos vrus circulantes na populao; e cepa original ou parental no caso da produo e/ou comparao com mutantes. Variantes ou mutantes so vrus que diferem do wild-type em alguma caracterstica fenotpica, como, por exemplo, o vrus da vacina contra a doena de Aujeszky um mutante de deleo que foi produzido a partir da cepa Bartha do herpesvrus suno tipo 1 (SuHV-1).
Classicao e nomenclatura dos vrus
41
3 Nomenclatura dos vrusNo uso formal, as palavras que designam as famlias, subfamlias e gneros devem iniciar com letra maiscula e devem ser escritas em itlico ou sublinhadas. O nome da espcie do vrus no deve iniciar com letra maiscula (a no ser que este nome corresponda a um nome prprio de regio, cidade etc.) e deve ser escrito com fonte normal, sem itlico. No uso formal, a hierarquia (txon) deve preceder a unidade taxonmica. Exemplo: a famlia Parvoviridae; o gnero Parvovirus. No uso informal (ou vernacular) os termos referentes famlia, subfamlia, gnero e espcie devem ser escritos com letras minsculas, sem itlico ou sublinhado. Neste caso, o suxo formal no includo e o nome do txon segue o termo usado para denir a unidade taxonmica. Escreve-se ento: a famlia dos poxvrus, o gnero parapoxvirus. O uso informal em portugus deve suprimir letras que no existam no alfabeto da lngua portuguesa. Exemplo: para se referir de forma vernacular aos membros da subfamlia Alphaherpesvirinae, deve-se escrever: os alfaherpesvirus. Os membros da famlia Orthomyxoviridae devem ser tratados como os ortomixovrus. No uso informal, o nome do txon , muitas vezes, suprimido, o que pode resultar em confuses. Isto se deve raiz comum das palavras utilizadas para denir as unidades taxonmicas nos diferentes nveis. Dessa forma, dependendo do contexto, a palavra avivrus pode estar sendo usada para referir-se tanto famlia Flaviviridae como ao gnero Flavivirus. Para evitar essa ambigidade, aconselha-se o uso do txon precedendo o termo usado. Exemplo: vrus do gnero Flavivirus. A nomenclatura ocial dos vrus utiliza abreviaturas, que so constitudas pelas iniciais do nome da espcie viral. No presente texto, sero utilizadas as abreviaturas derivadas da nomenclatura na lngua inglesa, por exemplo, herpesvrus bovino tipo 1 (do ingls bovine herpesvirus type 1, BoHV-1). No uso informal, muitos vrus podem ser denominados de duas ou trs formas diferentes,
de acordo com a sua denominao original e com a nomenclatura ocial preconizada pelo ICTV. As recomendaes do ICTV so de que a sua nomenclatura substitua as anteriores, embora alguns deles continuem a ser denominados pela nomenclatura tradicional. Citam-se como exemplos o SuHV-1, que tambm conhecido como vrus da doena de Aujeszky (ADV) ou vrus da pseudoraiva (PRV), e o BoHV-1, que tambm conhecido como vrus da rinotraquete infecciosa bovina (IBRV). Exemplos de nomenclatura de vrus: a) Formal: famlia: Picornaviridae; gnero: Aphtovirus; espcie: vrus da febre aftosa (foot and mouth disease vrus, FMDV); Vernacular: Os aftovrus so sensveis ao pH baixo [...]. b) Formal: famlia: Herpesviridae, subfamlia: Alphaherpesvirinae, gnero: Alphaherpesvirus, espcie: herpesvrus suno tipo 1 (vrus da doena de Aujezsky); Vernacular: O vrus da doena de Aujeszky um alfaherpesvrus [...]. c) Formal: ordem: Mononegavirales; famlia: Paramyxoviridae; subfamlia: Pneumovirinae; gnero: Pneumovirus, espcie: vrus sincicial respiratrio bovino (BRSV); Vernacular: Os pneumovrus causam doena respiratria [...]. d) Formal: famlia: Flaviviridae; gnero: Flavivirus; espcie: vrus da febre amarela (YFV); Vernacular: O vrus da febre amarela um avivrus transmitido por mosquitos.
4 Critrios utilizados para a classicao dos vrusA evoluo nos mtodos de deteco e caracterizao dos vrus determinou uma evoluo nos critrios utilizados para a sua classicao. A diferenciao entre vrus e os demais microorganismos foi o primeiro passo na classicao dos agentes virais e essa diferena foi determinada, inicialmente, pela ltrabilidade dos vrus. Enquanto as bactrias eram retidas no ltro, os vrus passavam por ele, surgindo a denominao de agentes ltrveis.
42
Captulo 2
No incio, as caractersticas ecolgicas e de transmisso, sinais clnicos da doena e tropismo por determinado rgo ou tecido foram os critrios utilizados na classicao dos vrus. O desenvolvimento da microscopia eletrnica possibilitou a classicao de acordo com a morfologia das partculas virais. Ao longo dessa evoluo, outras caractersticas foram sendo mais conhecidas e consideradas para descrever os vrus. Aspectos como a composio qumica, o tipo de genoma, distribuio geogrca, vetores, estabilidade e antigenicidade dos vrus foram adquirindo importncia. Atualmente as tcnicas de biologia molecular tm sido utilizadas para renar e detalhar a classicao dos vrus, especialmente o seqenciamento e comparao entre seqncias do genoma. Estratgias de expresso gnica, homologia de nucleotdeos entre seqncias correspondentes, estrutura e funes de protenas virais tambm foram incorporadas aos critrios de classicao dos vrus. De acordo com o ICTV, as seguintes caractersticas so atualmente levadas em considerao para classicar os vrus em ordem, famlias, subfamlias e gneros: tipo de cido nuclico e organizao do genoma, estratgia de replicao e estrutura do vrion. A classicao em espcies, embora no regulamentada pelo ICTV, segue os seguintes critrios: a) homologia da seqncia do genoma; b) hospedeiros naturais; c) tropismo de tecido e clulas; d) patogenicidade e citopatologia; e) forma de transmisso; f) propriedades fsico-qumicas; g) propriedades antignicas. Uma outra classicao prtica, no ocial, regularmente usada entre os virologistas. Nesse caso, so levados em considerao os critrios epidemiolgicos e/ou clnico-patolgicos para agrupar os vrus. De acordo com esse critrio, os vrus so classicados em: a) respiratrios: vrus que penetram no hospedeiro por inalao e produzem infeco e doena primariamente no trato respiratrio. Ex: rinovrus, calicivrus;
b) entricos: vrus que penetram pela via oral e replicam no trato intestinal. Ex: coronavrus, rotavrus; c) arbovrus: vrus que replicam e so transmitidos por vetores artrpodos. Ex: vrus da encefalites eqinas leste e oeste; d) vrus oncognicos: vrus com potencial para induzir transformao celular e tumores nos hospedeiros. Ex: retrovrus, papilomavrus.
5 Famlias de vrusA seguir sero apresentadas as famlias de vrus que contm patgenos de animais (Figuras 2.1 a 2.25). Em cada gnero, sero mencionados os principais vrus que causam doenas em animais de interesse para a medicina veterinria, ou seja, animais de produo e animais de companhia. Tambm sero citados os principais patgenos humanos. Cabe ressaltar, por essa razo, que esta lista no se constitui na relao completa dos vrus de cada famlia.
5.1 Vrus com genoma DNA 5.1.1 Famlia: PoxviridaeSubfamlia: Chordopoxvirinae (infectam vertebrados) Gneros: Orthopoxvirus: vrus da vaccinia (VACV), poxvrus bovino (varola bovina), vrus da ectromelia (camundongos); Parapoxvirus: vrus do ectima contagioso dos ovinos (ORFV), vrus da estomatite papular bovina (BPSV); Avipoxvirus: vrus da bouba aviria (FWPV), poxvrus do canrio (CNPV); Capripoxvirus: poxvrus dos caprinos (GTPV), poxvrus dos ovinos (SPPV), vrus da doena Lumpy Skin (LSDV); Leporipoxvirus: vrus do mixoma de coelhos (MYXV), vrus do broma de coelhos (RFV); Suipoxvirus: poxvrus suno (SWPV); Molluscipoxvirus: vrus do molusco contagioso (MOCV); Yatapoxvirus: vrus Tanapox (TANV) e Yatapox dos macacos (YMTV).
Classicao e nomenclatura dos vrus
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Subfamlia: Entomopoxvirinae (infectam insetos) Gneros: Alphaentomopoxvirus; Betaentomopoxvirus; Gammaentomopoxvirus. Os poxvrus so os maiores vrus de animais. Os vrions possuem uma forma retangular ou ovide, com simetria complexa e, geralmente, possuem envelope lipdico (algumas partculas podem no possuir). As dimenses das partculas virais podem variar de 220 a 450 nm de extenso x 140 a 260 nm de largura x 140 a 260 nm de espessura. O genoma consiste de uma nica molcula de DNA, linear, cadeia dupla, com 130 a 375 kbp. Esses vrus trazem, nos vrions, um nmero considervel de enzimas e fatores auxiliares; e realizam o ciclo replicativo inteiramente no citoplasma das clulas hospedeiras. A maioria das doenas produzidas por esses vrus caracteriza-se pela formao de leses vesiculares e crostosas na pele e/ou mucosas dos animais. O vrus da varola humana (smallpox) o mais importante vrus dessa famlia. Dentre os patgenos de animais domsticos, o mais comum em nosso meio o ORFV, uma doena caracterizada por leses vesiculares e pustulares na regio dos lbios, narinas e cascos.
5.1.2 Famlia: AsfarviridaeGnero: Asvirus Espcie: vrus da peste suna africana (AFSV).
Fonte: Dra Sharon Brookes, Pirbright, UK (ICTVdB).
Figura 2.2. Fotografia de microscopia eletrnica de um vrion da famlia Asfarviridae(ASFV).
Fonte: Dr Stewart McNulty (web.qub.ac.uk).
Figura 2.1. Fotografia de microscopia eletrnica de vrions da famlia Poxviridae.
O ASFV o nico vrus classicado nessa famlia. Os vrions do ASFV possuem envelope lipoprotico e um capsdeo icosadrico formado por 1.892 a 2.172 unidades estruturais. O dimetro das partculas virais varia entre 175 e 215 nm. O genoma consiste de uma molcula de DNA de cadeia dupla linear, com 170 a 190 kb. O vrus replica no citoplasma da clula hospedeira. O ASFV transmitido por carrapatos do gnero Ornithodoros, constituindo-se no nico arbovrus entre os vrus DNA. Esse vrus mantido na natureza em sudeos selvagens e, ocasionalmente, transmitido aos sunos domsticos. O vrus encontrado na frica, mas j foi esporadicamente introduzido na Europa, onde causou doena em sunos de alguns pases. A peste suna africana caracterizada pela produo de hemorragias, principalmente nos rgos linfides. O nico relato da doena no Brasil ocorreu em 1978, no Rio de Janeiro. Atualmente o ASFV considerado extico no Pas.
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Captulo 2
5.1.3 Famlia: HerpesviridaeSubfamlia: Alphaherpesvirinae Gneros: Simplexvirus: herpesvrus bovino tipo 2 (BoHV-2) ou vrus da mamilite herptica (BMH), herpesvrus B (macacos), vrus do herpes simplex humano (HSV-1, HSV-2); Varicellovirus: BoHV-1 ou vrus da rinotraquete (IBRV), BoHV-5, SHV-1 ou PRV, herpesvrus eqino tipos 1, 3 e 4 (EHV-1, EHV-3, EHV-4), herpesvrus canino 1 (CaHV-1), herpesvrus felino tipo 1 (vrus da rinotraquete felina, FeHV-1), herpesvrus caprino tipo 1 (CpHV-1); Mardivirus: vrus da doena de Marek; Iltovirus: vrus da laringotraquete infecciosa das galinhas (ILTV); Subfamlia: Betaherpesvirinae Gneros: Cytomegalovirus: citomegalovrus suno; Muromegalovirus: citomegalovrus do camundongo 1; Roseolovirus: herpesvrus humano 6 (HHV6). Vrios betaherpesvrus animais ainda no foram classicados em gneros. Subfamlia: Gammaherpesvirinae Gneros: Linphocriptovirus: vrus Epstein-Barr (EBV) humano; Rhadinovirus: vrus da febre catarral maligna (MCFV); Ictalurivirus: herpesvrus do catsh de canal. A famlia Herpesviridae abriga um grupo grande e diverso de vrus encontrados em virtualmente todas as espcies de vertebrados. Os vrions contm envelope, capsdeo icosadrico e o dimetro pode variar entre 120 e 300 nm. Entre o capsdeo e o envelope, existe uma camada protica denominada tegumento. O genoma consiste de uma molcula de DNA de cadeia dupla linear, com 120 a 250 kb. Os vrus dessa famlia possuem uma importante propriedade biolgica em comum, que a capacidade de estabelecer infeces latentes nos seus hospedeiros. Embora todos os herpesvrus apresentem algumas caractersticas em comum, os vrus das trs subfamlias apresen-
tam diferenas biolgicas e moleculares. Os vrus da subfamlia Alphaherpesvirinae apresentam um ciclo replicativo rpido e ltico em cultivo celular, estabelecem infeces latentes em neurnios e produzem leses vesiculares em membranas mucosas. Vrios vrus animais so classicados nessa subfamlia, cujo prottipo o HSV-1. Os vrus da subfamlia Betaherpesvirinae apresentam uma replicao lenta em cultivo celular e estabelecem infeces latentes em glndulas secretrias e no tecido linforeticular. O herpesvrus humano tipo 5 (HHV-5) ou citomegalovrus humano (CMV) o prottipo dessa subfamlia. Os vrus da subfamlia Gammaherpesvirinae infectam linfcitos de forma ltica ou latente e alguns deles possuem potencial oncognico. Nesta subfamlia, est classicado apenas um patgeno de animais, o MCFV, uma doena sistmica de bovinos. O EBV, agente de mononucleose e tumores em humanos, o prottipo dessa subfamlia.
Fonte: Dra Linda Stannard (web.uct.ac.za).
Figura 2.3. Fotografia de microscopia eletrnica de um vrion da famlia Herpesviridae (HSV-1).
5.1.4 Famlia: AdenoviridaeGneros: Mastadenovirus: vrus da hepatite infecciosa canina (CAdV-1), vrus da traqueobronquite infecciosa canina (CAdV-2), adenovrus sunos (SAV-1-9), adenovrus bovinos (BAV-1-9), adenovrus eqino (EAV-1 e 2); Aviadenovirus: vrus da sndrome da queda de postura; Atadenovirus: adenovrus ovino D; Siadenovirus: adenovrus dos perus B.
Classicao e nomenclatura dos vrus
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Fonte: Dra Cornelia Bchen-Osmond (ICTVdB).
Figura 2.4. Fotografia de microscopia eletrnica de vrions da famlia Adenoviridae.
Os adenovrus possuem vrions icosadricos grandes (dimetro de 80 a 100 nm), sem envelope e apresentam bras de 9 a 35 nm nos vrtices. O capsdeo envolve uma nica molcula de DNA de cadeia dupla linear, com 36 a 44 kb. Os adenovrus replicam no ncleo das clulas hospedeiras e, como alguns outros vrus DNA, a transcrio dos genes realizada pela maquinaria clula e ocorre de forma ordenada. Alguns produtos dos genes virais interferem com o controle do ciclo celular, e alguns adenovrus possuem potencial oncognico. O vrus tambm codica produtos que antagonizam os mecanismos inatos da resposta imunolgica. Os adenovrus so encontrados em humanos, diversas espcies de mamferos e aves e, em geral, so pouco patognicos. Quando associados com manifestaes clnicas, geralmente esto envolvidos em sinais respiratrios leves em animais e humanos. A doena de maior repercusso causada por esses vrus em animais provavelmente seja a hepatite infecciosa canina. Os adenovrus tm sido intensivamente estudados como vetores para terapia gentica e vacinas.
Deltapapillomavirus: papilomavrus do alce europeu (EEPV), papilomavrus de cervdeos (DPV), papilomavrus bovino (BPV-1 e BPV-2) e papilomavrus ovino (OvPV-1 e OvPV-2); Epsilonpapillomavirus: papilomavrus bovino tipo 5 (BPV-5); Zetapapillomavirus: papilomavrus eqino 1 (EcPV-1); Etapapillomavirus: papilomavrus de aves (FcPV); Thetapapillomavirus: papilomavrus dos psitacdeos (PePV); Iotapapillomavirus: papilomavrus dos Mastomys natalensis (MNPV); Kappapapillomavirus: papilomavrus dos coelhos (CRPV e ROPV); Lambdapapillomavirus: papilomavrus oral canino (COPV), papilomavrus felino (FDPV); Mupapillomavirus: papilomavrus humano (HPV-1 e HPV-63); Nupapillomavirus: papilomavrus humano 41 (HPV-41); Pipapillomavirus: papilomavrus oral do hamster (HaOPV); Xipapillomavirus: papilomavrus bovinos (BPV-3, BPV-4 e BPV-6)