Inovace studia molekulárnía buněčnébiologie

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.Investice do rozvoje vzdělávání

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Investice do rozvoje vzdělávání

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.


OBVSB/Obecná virologie




Viry



Od struktury k funkci

Doc. RNDr. Milan Navrátil, CSc.




Cílem je seznámit posluchače se strukturou a morfologií virové částice s důrazem

na její základní funkce

Klíčová slova: definice viru, virion, morfologie a anatomie virionu, chemické složení, funkce,

základy klasifikace



TŘI ETAPY VÝZKUMU VIROVÝCH CHOROB A VIRŮ

projevy chorob

objev infekční virové částice(D.J. Ivanovský, 1892; M.W. Beijerinck, 1887)

využití metod rekombinantní DNA a genových manipulací ve virologii (1950/60)


Kde jsou přirozená ohniska výskytu virů?

Za jakých podmínek dochází k jejich šíření, vzniku epidemií?

Jaký je vztah patogena a hostitele?

Jak můžeme omezit negativní vliv působení virů?

Viry jako genetický model

Aplikace v molekulární biologii a biotechnologiích

PRAKTICKÉ ASPEKTY VIROLOGIE


HISTORIE VIROLOGIE

1500 př.n.l deformované dolní končetiny byly znázorněny na egyptských reliéfech znázorňujících postavy; možné příznaky obrny vyvolané poliovirem

430 př.n.l. první zaznamenaná epidemie chřipky v Aténách1000 n.l. první epidemie pravých neštovic v Číně; využití variolace1200 n.l. popsán přenos vztekliny psem na člověka na území dnešního

Iráku1300 n.l. horečnatá choroba, která vyvolala epidemii byla podle

astrologických poznatků nazvána chřipkou (influenza/influence)

1798 n.l. objev principu vakcinace (Edward Jenner)


1892 n.l. důkaz existence infekčních částic menších než bakterie (Dimitrij Ivanovskij)

1892 n.l důkaz existence infekčních částic menších než bakterie(M.W. Beijerinck)

1884 n.l. cílená vakcinace (Luis Pasteur)1911 n.l. viry nejsou pouze infekčními původci chorob, ale u

živočichů i člověka mohou rovněž vyvolat tvorbu nádorůRous sarcoma virus (Peyton Rouse)

1918 n. l. celosvětová epidemie chřipky1920-1930 objev bakterifágů (Twort a d´Herell)1925 kultivace živočišných virů v tkáňové kultuře (Parker)

HISTORIE VIROLOGIE


1933 W.M. Stanley purifikoval TMV, virus je infekční enzym,N.W. Pirie a F.C. Bawden označili nukleovou kyselinu za základ virové částice

1939 použití transmisního elektronového mikroskopu k pozorovánívirů (Von Ardenne a Ruska)

1939 teorie o přírodních ohniscích virových nákaz (Pavlovskij)1941 aglutinace červených krvinek virem chřipky (Hirst)1946 objev genetické rekombinace bakteriofágů (Delbrűck a

Hershey)1952 plaková metoda (Dulbecco)

HISTORIE VIROLOGIE


1953 Hershey a Chase prokázali, že nukleová kyselina je nositelem genetické informace virů

1956 Fraenkel-Contrat a R.C. Williams (současně A. Gierer a G. Schramm) prokázali infekčnost nukleové kyseliny viru mozaiky tabáku

1957 Isaac a J. Lindemann prokázali spojitost tvorby interferonu s virovou infekcí

1967 Kates a McAuslan prokázali přítomnost RNA polymerázyv purifikátu viru pravých neštovic

1967 Diener, objev viroidů; v roce 1971 použit termín viroid1968 Jakobson a Baltimore, translace genomické RNA poliovirů

HISTORIE VIROLOGIE


1970 Howard Temin a David Baltimore objevili aktivitu reverznítranskriptázy retrovirů

1973 Jackson, Symons a Berg dokázali začlenit do DNA viru SV-40 geny fága lambda a galaktózový operon Escherichia coli

1977 poslední přirozený výskyt pravých neštovic1977 Sharp a Chow, objev RNA sestřihu při studiu replikace

adenovirů1979 S. Prusiner, objev prionů1982 výskyt AIDS1983 izolován původce AIDS, a to HIV-1 virus1983 publikována první úplná sekvence bakteriofága l (48 502 párů

bází)1996 objev kompetentních povrchových receptorů pro vstup HIV

do buňky

HISTORIE VIROLOGIE


Viry jsou submikroskopičtí obligátní intrabuněční parazitéobsahující ve své nukleové kyselině komplex genetickýchinformací nezbytných pro reprodukci v hostitelskýchbuňkách.

genomschopnost adaptacereprodukce …

virové funkce nejsou aktivované mimo buňkunejsou schopné uchovávat volnou energii

DEFINICE VIRU


MORFOLOGIE VIROVÉ ČÁSTICE

Fauquet et al (2005): Virus Taxonomy.








• VIRION je kompletní infekční virová částice..• KAPSID (PROTEINOVÝ PLÁŠŤ) je proteinový obal virové

nukleové kyseliny. Skládá se ze strukturních jednotek (nebo kapsomer).

• STRUKTURNÍ JEDNOTKY (PROTOMERY) jsou nejmenšífunkční ekvivalenty stavebních jednotek proteinového pláště.

• KAPSOMERY jsou morfologické jednotky pozorovatelné napovrhu částice a představují je shluky strukturních jednotek.

• Kapsid (proteinový plášť) společně s uzavřenou nukleovoukyselinou představuje NUKLEOKAPSID..

• Virový nukleokapsid může být obalen vnějším OBALEM(ENVELOPE), jehož základ pochází z hostitelské buňky, ale můžeobsahovat i materiál virového původu..


• Virová nukleová kyselina je nositelkou genetické informace a představuje genom viru.

• Asociované funkční proteiny se podílejí na zahájení replikaceviru. Tyto enzymy a signální proteiny nemohou být nahrazenybuněčnými proteiny.

• Strukturální proteiny vytvářejí kapsid, který obaluje virovounukleovou kyselinu a má následující funkce:

• rozpoznávací• interakce s hostitelem• mutace


TVAR VIROVÉ ČÁSTICE

• izometrický (sférický)• baciliformní• tyčkový• vláknitý (flexibilní nebo fixní)• složený• komplexní

• kubická symetrieneobalený (SV40)obalený (HSV)

• helikální symetrieneobalený (TMV)obalený (v. chřipky)

• komplexní (Poxvirus)

TYP STRUKTURY VIRU


Linda Stannard: http://web.uct.ac.za/depts/mmi/stannard/virarch.htmlBig Picture Book of Viruses:http://www.virology.net/Big_Virology/BVHomePage.htmlStructure/Microscopy Labs:Donald Caspar: http://www.sb.fsu.edu/~caspar/Stephen Harrison: http://crystal.harvard.edu/Michael Rossman: http://bilbo.bio.purdue.edu/~viruswww/Rossmann_home/index.shtmlTimothy Baker: http://bilbo.bio.purdue.edu/~baker/Electron Microscopy: http://web.uct.ac.za/depts/mmi/stannard/emimages.htmlhttp://www.vir.gla.ac.uk/staff/bhellad/imagearchive.htm


Virový druh (quasi-species) představuje polytetickouskupinu virů určenou jednotnou vývojovou (replikační) řadou, která se vyskytuje v určité ekologické nice.

Členové polytetické skupiny se obvykle vyznačují několika společnými znaky, přičemž ne všechny obecné znaky jsou přítomné v každém jedinci.

VIROVÝ DRUH


VIROVÝ DRUH


• sekvenční příbuznost genomů• přirozený okruh hostitelů• buněčný a tkáňový tropismus• patogenita a cytopatologie• způsob přenosu• fyzikálně-chemické vlastnosti virionů• antigenní vlastnosti virových proteinů• geografické rozšíření

KLASIFIKACE VIROVÉHO DRUHU


HLAVNÍ TAXONOMICKÁ KRITERIA PRO KLASIFIKACI:

řádů, čeledí a rodů

• typ a organizace virového genomu• replikační strategie viru• struktura virionu




Replikační strategie viru• Viz KBB/MBBMI0

Typ a organizace virového genomu• RNA nebo DNA • jednovláknová nebo dvouvláknová• segmentovaná – nesegmentovanmá• lineární nebo kruhová• jednovláknová RNA s funkcí mRNA• ´pseudo´ diploidní genom (retroviry)

Struktura virionu• symetrie (ikosohedrická, helikální, komplexní) • obalený nebo neobalený• počet kapsomer


• Řád je reprezentován skupinami virových čeledí stejnéobecné charakteristiky, ve které se liší od jiných řádů a čeledí.

• Čeleď je reprezentována skupinami virových rodů stejnéobecné charakteristiky, ve které se liší od jiných čeledí.

Pro zařazení do řádu a čeledí jsou rozhodující morfologie virionu, typ a struktura genomu (typ nukleové kyseliny) a replikační strategie.

ŘÁD - ČELEĎ


• Kmen (strain) je definován na základě rozdílů v biologických vlastnostech (virulence, patogenita, přenos/šíření, okruh hostitelů ap.), ale i na sekvenční identitě genomické nukleovékyseliny.

• Izolát představuje populaci jednoho druhu viru, která se liší v blíže nespecifikovaných vlastnostech od jiných populací téhoždruhu.

Typ představuje populace jednoho druhu viru, která se liší od jiných populací v jedné konkrétní vlastnosti:

• sérotyp se rozlišuje na základě sérologických vlastností viru• patotyp se odlišuje průběhem patogeneze• elektroforetotypy se liší elektromigračními vlastnostmi virionů

NIŽŠÍ JEDNOTKY NEŽ DRUH


Morfologické vlastnosti (struktura virionu)• Velikost virionu• Tvar virionu• Jeden nebo více morfologických typů virionů• Přítomnost nebo absence vnějších obalů• Symetrie kapsomery a její struktura

Fyzikálně-chemické a fyzikální vlastnosti virionu• Molekulová váha virionu• Hustota virionu• Sedimentační koeficient virionu• Stabilita viru: pH stabilita, teplotní stabilita, přítomnost kationtů

(Mg2+, Mn2+), organická rozpouštědla, detergenty, radiace


Vlastnosti genomu• Typ nukleové kyseliny - RNA/DNA• Velikost genomu nebo jeho jednotlivých segmentů• Jednovláknová/dvouvláknová nukleová kyselina• Lineární/cirkulární genom• Smysl nukleové kyseliny, sense/antisense (+/- NK)• Segmentovaný genom (počet a velikost segmentů)• Sekvence nukleotidů• Přítomnost repetitivních sekvencí• Izomerizace• Poměr G+C párů bazí• Přítomnost nebo absence čepičky na 5’-konci• Přítomnost nebo absence kovalentně vázaného polypeptidu

na 5’-konci• Přítomnost nebo absence poly(A) sekvence na 3’-konci (nebo jiné

specifické sekvence)


Organizace genomu a replikační strategie

• Organizace genomu• Replikační strategie nukleové kyseliny• Počet a umístění ORF (otevřený čtecí rámec)• Charakteristika transkripce• Charakteristika translace a post-translační úpravy• Lokalizace a akumulace virových proteinů, místo skládání a

shromažďování virionů a jejich uvolnění• Cytopatologie, inkluze



Vlastnosti proteinů• Počet, velikost a funkční aktivity strukturálních

proteinů• Počet, velikost a funkční aktivity ne-strukturálních

proteinů. • Funkční aktivity proteinů (virová transkriptáza,

reverzní transkriptasa, hemaglutinin, neuraminidasa)• Sekvence aminokyselin • Glykosylace, fosforylace, metylace• Antigenní vlastnosti

Sérologické vztahy mezi viryMapování epitopů


Nukleové kyselinyProteinyTuky• Přítomnost nebo absence lipidů• Původ a charakteristika lipidů

Cukry• Přítomnost nebo absence cukrů• Původ a charakteristika cukrů

Ionty kovůDalší molekuly: H2O ….

CHEMICKÉ SLOŽENÍ VIRIONU


Biologické vlastnosti

• Okruh hostitelů, přirození a experimentální hostitelé• Patogenita, asociace s chorobou• Tkáňový tropismus, patologie, histopatologie• Přirozený způsob přenosu• Vztah k vektoru• Zeměpisné rozšíření

Date post:	10-Jan-2022
Category:	Documents
Upload:	others
View:	5 times
Download:	0 times

Inovace studia molekulárnía buněčnébiologie

Documents