CZYNNIKI DETERMINUJĄCE ZAKAŻENIA WIRUSOWE dr n. biol. Agnieszka Pawełczyk CECHY WIRUSÓW • MAŁE (10 – 300 nm) • CAŁKOWICIE ZALEŻNE OD ŻYWYCH KOMÓREK • MAJĄ JEDEN RODZAJ KWASU NUKLEINOWEGO (jedna cząsteczka lub w postaci segmentów) • MAJĄ BIAŁKO WIĄŻĄCE RECEPTOR SCHEMAT BUDOWY WIRUSA WYPUSTKI OSŁONKA NUKLEOKAPSYD KAPSOMERY KAPSYD – płaszcz białkowy NUKLEOPKAPSYD – kompleks białka ochronnego i wirusowego ZEWNĘTRZNA OSŁONKA LIPIDOWA BŁONA STABILIZUJĄCA STRUKTURA RDZENIA (BIAŁKA I GENOM) SYMETRIA WIELOŚCIANÓW I UFORMOWANIE KAPSOMERÓW TRIMERY 2 60 3 5 12 PENTAMERÓW DIMERY TRIANGULARNE PORÓWNAWCZE ROZMIARY WYBRANYCH GRUP WIRUSÓW Białka wirusowe 1. Białka strukturalne - Ochrona materiału genetycznego wirusa Utrzymanie segmentów genomu razem Udział w oddziaływaniu wirionu na komórkę gospodarza: adsorpcja, penetracja wirusa do komórki, replikacja, ekspresja 2. Białka enzymatyczne - Inicjacja procesu infekcji Metabolizm kwasów nukleinowych 3. Białka enzymatyczne powstające w fazie namnażania gdy: - Brak określonej aktywności w komórce gospodarza Brak enzymu w miejscu namnażania Nieprzystosowanie enzymów do tworzenia odpowiednich kompleksów z białkamim wirusowymi w procesie namnażania KLASYFIKACJA WIRUSÓW TYP KWASU NUKLEINOWEGO LICZBA NICI KWASU NUKLEINOWEGO POLARNOŚĆ GENOMU WIRUSOWEGO SYMETRIA NUKLEOKAPSYDU BRAK LUB OBECNOŚĆ OSŁONKI LIPIDOWEJ RODZINY (budowa kwasu nukleinowego) PODRODZINY (budowa struktury genowej) RODZAJE (budowa antygenowa i inne właściwości biologiczne Porównanie wybranych cech wirusów zapalenia wątroby GENOM RODZINA ZAKAŻENIE HAV HBV HCV HDV HEV RNA DNA RNA RNA RNA Picorna Hepadna Flavi:Pesti Viroid Calici pokarm krew krew krew pokarm SERODIAGNOSTYKA IgM anty-HAV IgM anty-HBC anty-HCV HCV-RNA IgM IgM anty-HDV anty-HEV PODSTAWOWE ELEMENTY WIRUSA STANOWIĄCE PODSTAWĘ KAŻDEGO ZAKAŻENIA WIRULENCJA (porównuje ciężkość choroby spowodowanej przez różne szczepy tego samego mikroorganizmu =liczba mikroorganizmów potrzebnych do wywołania określonego efektu) PATOGENNOŚĆ (porównuje ciężkość choroby spowodowanej przez różne mikroorganizmy) DROGI ZAKAŻEŃ WIRUSOWYCH BŁONA ŚLUZOWA OKA (ADENOWIRUSY, HERPES WIRUSY) UKŁAD ODDECHOWY URAZY SKÓRY: •BEZPOŚREDNIE - WŚCIEKLIZNA (GRYPA, ODRA, RÓŻYCZKA. OSPA WIETRZNA, PARAINFLUENZA) UKŁAD POKARMOWY (ENTEROWIRUSY, ADENOWIRUSY, ROTAWIRUSY) - HERPES SIMPLEX - PAPILLOMA •PRZEZ WEKTORY - ODKLESZCZOWE ZAPALENIE MÓZGU UKŁAD MOCZOWO – PŁCIOWY (HERPES WIRUSY, RETROWIRUSY) POSTACIE ZAKAŻEŃ: 1. MIEJSCOWE I OGÓLNE umiejscowienie i postać kliniczna 2. OBJAWOWE I BEZOBJAWOWE 3. OSTRE I PRZEWLEKŁE 4. SZERZĄCE SIĘ DROGĄ WERTYKALNĄ I HORYZONTALNĄ 5. WYWOŁANE PRZEZ WIRUSY ZNANE I NIEZNANE 6. KONWENCJONALNE I NIEKONWENCJONALNE 7. NIOSĄCE NASTĘPSTWA BEZPOŚREDNIE I PÓŹNE WIRUSY 1. FAGOCYTOZA DO CYTOPLAZMY KOM.GOSPODARZA 2. UWOLNIENIE RNA LUB DNA (NUKLEAZY LIZOSOMALNE) 3. SYNTEZA KW. NUKLEINOWYCH WIRUSA W JĄDRZE LUB CYTOPLAZMIE KOMÓRKA JAKO GOSPODARZ WIRUSA BŁONA CYTOPLAZMATYCZNA (ADSORPCJA, UWALNIANIE) MITOCHONDRIA I AP. GOLGIEGO (METABOLIZM) LIZOSOMY (ENZYMY) RYBOSOMY (SYNTEZA PLIPEPTYDÓW) SIATECZKA ŚRÓDPLAZMATYCZNA (PRZENOSZENIE) BŁONA JĄDROWA (TRANSPORT) WODNICZKI CYTOPLAZMATYCZNE (GROMADZENIE WIRIONÓW) DNA CHROMOSOMÓW (SYNTEZA MATERIAŁU GENETYCZNEGO) CYTOSZKIELET (ROLA W MORFOGENEZIE, SYNTEZIE PODJEDNOSTEK WIRUSOWYCH, PRZEMIESZCZANIE) INTERAKCJA WIRUS - KOMÓRKA 1. USZKODZENIE FUNKCJI KOMÓRKOWYCH (ZMIANY MORFOLOGICZNE I BIOCHEMICZNE) 2. ZAKAŻENIE CYTOIDALNE Z USZKODZENIEM LUB ZNISZCZENIEM KOMÓRKI W WYNIKU DZIAŁANIA BIAŁEK WIRUSA I (LUB) ZABURZEŃ METABOLIZMU KOMÓRKOWEGO 3. UTRZYMYWANIE SIĘ ZAKAŻENIA KOMÓRKI (ZAKAŻENIA PRZEWLEKŁE, LATENTNE) 4. TRANSFORMACJA KOMÓREK PRZYKŁADY INTERAKCJI WIRUS- KOMÓRKA EFEKT CYTOPATYCZNY to zatrzymanie: ruchu komórek, mitoz, syntezy komórkowego DNA i białek. Dochodzi do dezintegracji jądra, wakuolizacji cytoplazmy i degradacji mitochondriów ZAKAŻENIE PERSYSTENTNE Powstają potomne wirusy oraz zachodzą podziały komórkowe. Po podziale komórki wirus przechodzi do komórek potomnych ADSORPCJA 1. RECEPTORY KOMÓRKOWE WIĄŻĄCE WIRUSA: - MUKOPROTEINOWE (ortomyksowirusy, paramyksowirusy) - LIPOPROTEINOWE (enterowirusy, arbowirusy, wirusy herpes) Receptory determinujące zakażenie wirusowe WIRUS RECEPTORY KOMÓRKOWE RECEPTORY WIRUSOWE -Pikorna -Ortomykowirusy -Rabdowirusy Molekuła 1 (ICAM-1) sialyoligosacharydy receptor acetyloholinowy VP-1,VP1,2,3 hemaglutynina białko G -Retrowirusy molekuła CD4 Gp120 Klasa I HLA MHC C3d receptor CD 21 H 301, gp 350 RNA DNA Herpes wirusy Hepadnawirusy Hepatocytowy receptor Pre-s PRZENIKANIE (PENETRACJA) - PINOCYTOZA = wiropeksja (wnika cały wirion poprzez opłaszczone klatryną dołki) - ENDOCYTOZA - FUZJA WIRUSOWA np. wirus odry i świnki - LIPAZY KOMÓRKOWE – UWALNIAJĄ LIPIDY Z WIRIONÓW - PROTEAZY KOMÓRKOWE – ROZBIJAJĄ HEMAGLUTYNINĘ - TRANSLOKACJA UWOLNIENIE KWASU NUKLEINOWEGO WIRUSA OKRES WYLĘGANIA OKRES POMIĘDZY ZAKAŻENIEM, A WYSTĄPIENIEM PIERWSZYCH OBJAWÓW OKRES UMIEJSCAWIANIA OKRES NARASTANIA I SZCZYTU ZDROWIENIE PRZETRWANIE PATOGENU W USTROJU REPLIKACJA ZAKAŻENIE = ODTWARZANIE GENOMU WIRUSOWEGO + EKSPRESJA REPLIKACJA WIRUSÓW KOMÓRKA GOSPODARZA: 1. ADSORPCJA NA POWIERZCHNI 2. ZAPOCZĄTKOWANIE CYKLU REPLIKACJ RECEPTORY FAZA CYKLU KOMÓRKOWEGO REPLIKACJA WIRUSÓW 1. Zdolność komórki do przyjęcia wirusa Receptory determinujące zakażenie wirusowe STRATEGIA REPLIKACJI WIRUSÓW DNA DNA TRANSKRYPCJA DNA ZALEŻNA POLIMERAZA RNA mRNA BIAŁKA WCZESNE I PÓŹNE GRUPY WIRUSÓW W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU REPLIKACJI I TRANSKRYPCJI 1. WIRUSY Z DWUNICIOWYM DNA 2. WIRUSY Z DWUNICIOWYM DNA I ODWRÓCONĄ 3. 4. 5. 6. 7. TRNSKRYPCJĄ WIRUSY Z JEDNONICIOWYM DNA WIRUSY Z DWUNICIOWYM RNA WIRUSY Z JEDNONICIOWYM RNA O (-) POLARNOŚCI WIRUSY Z JEDNONICIOWYM RNA I ODWRÓCONĄ TRNSKRYPCJĄ WIRUSY Z JEDNONICIOWYM RNA O (+)POLARNOŚCI GRUPY WIRUSÓW W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU REPLIKACJI I TRANSKRYPCJI 1. WIRUSY Z DWUNICIOWYM DNA (=)DNA – (=)DNA REPLIKACJA: W JĄDRZE KOMÓRKI (herpeswirusy, adenowirusy, papowawirusy ) W CYTOPLAZMIE (pokswirusy) 2. WIRUSY Z DWUNICIOWYM DNA I ODWRÓCONĄ TRNSKRYPCJĄ Hepadnawiridae REPLIKACJA HBV 1. HBV HEPATOCYT (receptor albuminowy) 2. HBV wnika do jądra komórki 3. TRANSKRYPCJA NA WIRUSOWE mRNA (kooperacja sekwencji DNA – HBV z komórkowymi czynnikami transkrypcyjnymi = PODŁOŻE TROPIZMU HBV do komórki) 4. mRNA pregenom 5. TRANSLACJA (białka rdzeniowe,polimeraza, niedojrzały rdzeń, odwrotna transkrypcja) 6. NIĆ DNA (L-) – powstaje hybryda RNA/DNA ROZSZCZEPIENIE RNA/DNA RNA PREGENOMU ZOSTAJE PRZENIESIONE DO DR1 I DR2 ODWROTNA TRANSKRYPCJA NA MATRYCY RNA ZOSTAJE ZBUDOWANA KRÓTSZA NIĆ DNA HBVS+ UWOLNIONA POJEDYNCZA NIĆ DNA GRUPY WIRUSÓW W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU REPLIKACJI I TRANSKRYPCJI 3. WIRUSY Z JEDNONICIOWYM DNA (+)DNA KOMÓRKOWA POLIMERAZA DNA DWUNICIOWA FORMA POŚREDNIA DNA (+-) KOMÓRKOWA POLIMERAZA DNA NAMNAŻANIE KOMÓRKOWA POLIMERAZA RNA ASYMETRYCZNA TRANSKRYPCJA mRNA GRUPY WIRUSÓW W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU REPLIKACJI I TRANSKRYPCJI 4. WIRUSY Z DWUNICIOWYM RNA Reoviridae (+-) RNA (+)RNA AKTYWNOŚĆ RNA TRANSKRYPTAZY W WIRIONACH (+-) RNA GRUPY WIRUSÓW W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU REPLIKACJI I TRANSKRYPCJI 5. WIRUSY Z JEDNONICIOWYM RNA O (-)POLARNOŚCI (-)RNA (+)RNA BRAK ZDOLNOŚCI DZIAŁANIA mRNA OBDARZONY INFORMACJĄ DO KODOWANIA BIAŁEK TRANSKRYPTAZA RNA GRUPY WIRUSÓW W ZALEŻNOŚCI OD SPOSOBU REPLIKACJI I TRANSKRYPCJI 6. WIRUSY Z JEDNONICIOWYM RNA I ODWRÓCONĄ TRNSKRYPCJĄ Retroviridae 7. WIRUSY Z JEDNONICIOWYM RNA O (+) POLARNOŚCI Pikornaviridae, Flaviviridae GROMADZENIE SKŁADNIKÓW NIEZBĘDNYCH DO UFORMOWANIA WIRIONU PROCES ZALEŻNY OD: MIEJSCA REPLIKACJI WEWNĄTRZ KOMÓRKI MECHANIZMU UWALNIANIA WIRUSÓW POTOMNYCH DOJRZEWANIE PRZECHODZENIE W STAN ZAKAŹNY: - WIRUSY DNA - WIRUSY RNA (Z OSŁONKĄ) - ORTOMYKSOWIRUSY, PARAMYKSOWIRUSY, RETROWIRUSY, RABDOWIRUSY, TOGAWIRUSY,FLAWIWIRUSY (pączkowanie + szkielet kom.) - KORONAWIRUSY, BUNYAWIRUSY (pączkowanie z siat.plazmat. I ap. Golg.) UWOLNIENIE Z KOMÓRKI PĄCZKOWANIE KANALIKI KOMÓRKOWE W WODNICZKACH USZKODZENIE STRUKTURY KOMÓRKOWEJ PRZEGLĄD SYSTEMATYCZNY WIRUSÓW DNA-containing viruses Adenoviridae ZAWIERAJĄ DWUNICIOWY DNA WIRIONY NIE MAJĄ OSŁONKI ZAKAŻENIE KOMÓRKI: endocytoza – odpłaszczenie, doprowadzenie jądra wirusa do jądra komórki, mRNA, transkrypcja, odtworzenie wirusowego DNA, odbudowa wirionów potomnych SYNTEZA WIRIONÓW W JĄDRZE KOMÓRKI WYIZOLOWANY DNA – ZAKAŹNY Procesy chorobowe umiejscowione głównie w układzie oddchowym i pokarmowym Przebieg zakażeń bezobjawowy lub nieznaczne objawy kliniczne Dotyczy zwykle dzieci (główny rezerwuar) 47 serotypów DNA-containing viruses Adenoviridae Adenovirus A colorized electron micrograph from the Center for Cell Imaging at the Yale University School of Medicine. DNA-containing viruses Adenoviridae DIAGNOSTYKA WIRUSOLOGICZNA 2. 3. 4. IZOLACJA Z WYMAZÓW GARDŁA,WYDZIELIN SPOJÓWEK, PLWOCINY,KAŁU DODANIE DO WYIZOLOWANEGO MATERIAŁU ANTYBIOTYKÓW ZAKAŻANIE KOMÓREK (HeLa, KOM. ZARODKA LUDZKIEGO) OBSERWACJA ZMIAN CYTOPATYCNYCH PO 2 – 21 DNIACH 1. 2. 3. 4. 5. IDENTYFIKACJA WIRUSA ODCZYN WIĄZANIA DOPEŁNIACZA ODCZYN ZOBOJĘTNIANIA ELEKTROFOREZA HYBRYDYZACJA IFA 1. ADENOVIRUS DNA-containing viruses Papovaviridae MAŁE WIRIONY Z DWUNICIOWYM DNA BRAK OSŁONKI ZAKAŻENIEPROWADZI DO NISZCZENIA KOMÓRKI LUB ZAKAŻENIE CIĄGŁE PROWADZI DO TRANSFORMACJI KOMÓREK I ROZWOJU PROCESU NOWOTWOROWEGO REPLIKACJA DNA I DOJRZEWANIE ZACHODZI W JĄDRZE OGRANICZONY ZAKRES GOSPODARZY Papovaviridae: Porównanie wirusów z rodzajów Polyomavirus i Papillomavirus Papovaviridae Papillomawirusy: swoistość gatunkowa żywicieli znanych 100 typów ludzkich wirusów komórkami docelowymi są kom. warstw rozrodczych skóry i błon śluzowych (efektem są brodawki) Poliomawirusy (SV 40, Py, BKV, JCV): wirusy powiązane z etiologią nowotworów DNA-containing viruses Human poliovirus Papovaviridae Papillomavirus particles are approximately 55nm in diameter. The capsid is composed of 72 morphological units, or capsomers, arranged on the surface of a T=7 icosahedron. The capsomers located at each of the 12 vertices, are pentavalent (i.e. each is surrounded by five adjacent capsomers), and the other 60 capsomers are hexavalent (each adjacent to six capsomers). DNA-containing viruses PAPILLOMAVIRUS DNA-containing viruses Papillomavirus Many types of papillomavirus cause benign skin tumours (warts) in their natural hosts. These warts often regress spontaneously, but human genital warts (tumours caused by specific types of papillomavirus, particularly types 16 and 18) regularly become malignant if they persist for a sufficiently long time . HUMAN PAPILLOMAVIRUS MULTIPLE HUMAN PAPILLOMAVIRUSES DNA-containing viruses Bovine papilloma DNA-containing viruses Herpesviridae JEDNA CZĄSTECZKA LINIOWEGO, DWUNICIOWEGO DNA OSŁONKA Z PODWÓJNEJ WARSTWY LIPIDOWEJ I GLIKOPROTEINOWEJ POMIĘDZY OSŁONKĄ, A KAPSOMEREM JEST WARSTWA BIAŁKOWA OSŁONKA ZAWIERA ANTYGENY WIĄŻĄCE SWOISTE PRZECIWCIAŁA NEUTRALIZUJĄCE WIRUSA I RECEPTOR DLA Fc FRAGMENTU IMMUNOGLOBULIN Wirus Herpes simlex typu 1 i 2, wirus ospy wietrznej, wirus małpiB Wirus cytomegalii, wirus herpes typu 6 Wirus Epstaina – Barr,wirusy herpes typu 7 i 8 DNA-containing viruses HERPESVIRUS DNA-containing viruses Hepadnaviridae DNA-containing viruses HBV is the prototype member of the family Hepadnaviridae HEPATITIS B VIRUS DNA-containing viruses Parvoviridae Podrodziny: Parvovirinae Wirusy kręgowców zależne od adenowirusów (defektywne)) najmniejsze DNA wirusy liniowy jednoniciowy DNA (+) DNA-containing viruses Densovirinae Wirusy bezkręgowców Parvoviridae Wywołują liczne choroby u zwierząt,związane z niszczeniem kom.proliferujących, prowdzące do uskodzeń płodu i noworodków. U ludzi wiąże się etiologicznie rozwój rumienia zakaźnego typu B 19 oraz stany podbiegunkowe o niewyjaśnionej etiologii. DNA-containing viruses FAMILIAE: Parvoviridae DNA-containing viruses PARVO VIRUS DNA-containing viruses RNA-containing viruses RNA-containing viruses Orthomyxoviridae Zakażenia oddechowe Wirusy A mogą zakażać zwierzęta i ludzi, wirusy B zakażają tylko ludzi RNA-containing viruses WIRUS GRYPY Reoviridae RNA-containing viruses DWUNICIOWY, LINIOWY RNA BRAK OSŁONKI WYSTĘPUJE 6 – 10 GŁÓWNYCH POLIPEPTYDÓW STRUKTURALNYCH, TRANSKRYPTAZA I INNE ENZYMY REPLIKACJA W CYTOPLAZMIE WIRUSY WYWOŁUJĄCE LIZĘ Reoviridae RNA-containing viruses Zakażenia niemowląt i małych dzieci (do 2 roku życia) – wiele jest zakażeń bezobjawowych. W zakażeniach objawowych okres unkubacji 1 – 3 dni. Charakterystyczne są wymioty, biegunka, podwyższenie temperatury i ból brzucha. U dorosłych zaburzenia jelitowe RNA-containing viruses RNA-containing viruses Reoviridae ROTAVIRUS Human rotavirus RNA-containing viruses Reoviridae An animal reovirus Mammalian reovirus virion Note the wheel-like appearance of some of the rotavirus particles. The observance of such particles gave the virus its name ('rota' being the Latin word meaning wheel). Bar = 100 nanometers. Source: Cell culture. Method: Negative-stain Transmission Electron Microscopy By F.P. Williams, U.S. Environmental Protection Agen RNA-containing viruses Parmyxoviridae DUŻE WIRUSY (150 nm) PLEOMORFIZM JEDNA CZĄSTECZKA RNA (-) MAJA OSŁONKĘ WIRIONY MAJĄ 5 – 7 GŁÓWNYCH POLIPEPTYDÓW REPLIKACJA W CYTOPLAZMIE UWALNIANIE PRZEZ PĄCZKOWANIE SWOISTOŚĆ GATUNKOWA RNA-containing viruses Parmyxoviridae Wirus parainfluezy Wirus odry Wirus nagminnego zapalenia ślinianek przyusznych RNA-containing viruses PARAMYXOVIRIDAE Newcastle disease virus Genus: Rubulavirus Family: Paramyxoviridae Virion: pleomorphic round forms 100-500 nm in diameter, filamentous forms 100150 nm across. Nucleocapsid: herringbone pattern of subunits, 18 nm across pitch 5.5 nm. ssRNA, 15,156 nucleotides. Envelope: lipoprotein bilayer contains projections of F and the larger HN (8 nm). RNA-containing viruses PARAMYXOVIRUSES RNA-containing viruses Picornaviride RNA (+), JEDNOPASMOWY BRAK OSŁONEK SYNTEZA WIRIONÓW W CYTOPLAZMIE RNA-containing viruses Picornaviride Enterowirusy (poliowirusy, wirusy Coxackie typu A i B, wirusy ECHO) Hepatowirusy (HAV) Rhinovirus Cardiovirus Aphtovirus RNA-containing viruses ENTEROVIRUSES Picornaviridae RNA-containing viruses Viral particles seen by transmission electron microscopy (TEM) at a magnification of 350,000x). This image is from Dennis Kunkel's excellent Microscopy Science and Photography Through a Microscope web site. An animal picornavirus Human hepatitis A virus Retroviridae RNA-containing viruses Representation of the Human Immunodeficiency Virus HIV RNA-containing viruses Flaviviridae RNA (+) JEDNOPASMOWY LIPIDOWA OSŁONKA 2 – 3 BIAŁKA ZWIĄZANE Z OSŁONKĄ W WIRIONACH DUŻO LIPIDÓW POCHODZENIA KOMÓRKOWEGO SĄ GLIKOPROTEINY I GLIKOLIPIDY REPLIKACJA W CYTOPLAZMIE DOJRZEWANIE W WODNICZKACH I SIATECZCE ŚRÓDPLAZMATYCZNEJ ROZPRZESTRZENIANIE PRZY UDZIALE WEKTORÓW RNA-containing viruses Flaviviridae FLAVIVIRUS PESTIVIRUS