Els Virus: Robots biològics en la frontera de la vida

I. INTRODUCCIÓ

2. Estructura i composició dels virus (i 2)

2.2. Característiques del genoma2.3. Origen i Evolució

2. Estructura

Característiques dels genomes virals

Criteris de classificació

Origen i evolució

Característiques dels genomes virals

DNA o RNA

Haploides (excepte Retrovirus)

Circulars o lineals, doble cadena o cadena senzilla

Propietats físico-químiques alterades

Genomes petits:

RNA de 3–30 Kb

DNA de 3–300 Kb

Dos tipus de gens: estructurals i no estructurals

Conceptes: polaritat, genomes infectius, diploidia, genomes multipartits i genomes segmentats

Característiques dels genomes virals

Característiques dels genomes virals

Genomes virals seqüenciats

Bacteriòfag MS2 3.56 Kb Fiers W et al., 1976BacteriòfagX174 5.38 Kb Sanger F et al., 1977 SV40 5.22 Kb Fiers W et al., 1978 Hepatitis B 3.18 Kb Galibert F et al., 1979Bacteriòfag 48.5 Kb Sanger F et al., 1982 Virus del Sarcoma Rous 9.31 Kb Schwartz DE et a., 1983 Virus d'Epstein-Barr 172.3 Kb Baer R et al., 1984 AIDS virus LAV 9.19 Kb Wain-Hobson et al., 1985 Virus Vaccinia 191.6 Kb Goebel SJ et al., 1990 Citomegalovirus (CMV) 229 Kb Bankier AT et al., 1991 Virus Verola (Variola) 186.1 Kb Massung RF et al., 1994

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/virostat.html

Característiques dels genomes virals

Bases inusuals: modificacions químiques de les bases del DNA per protegir-lo de l’atac enzimàtic de l’hoste.

Solapament de gens: al ser tant petits, molts gens estan solapats. Economia gènica. Inconvenients però!

Modificacions gèniques: Extrems cohesius, repeticions terminals, permutacions cícliques, etc.

Empaquetament: elevat grau d’empaquetament degut al poc espai dins les càpsides.

Interaccions genòmiques: Recombinacions gèniques i reordenament en el cas de genomes segmentats (Virus de la grip)

Criteris de Classificació

Propietats dels virions Morfologia Propietats físiques Característiques del genoma Tipus i diversitat de les proteïnes, lípids i carbohidrats

Organització del genoma i mecanisme de replicació

Propietats antigèniques Serotips Diversitat d’epítops

Propietats biològiques Rang d’hostes Relació amb vectors Patogènia Transmissió Distribució geogràfica

Criteris de Classificació

RNA

Criteris de Classificació

DNA

Criteris de Classificació

– Categories taxonòmiques clàssiques

ORDRE

FAMÍLIA

SUB-FAMÍLIA

GÈNERE

ESPÈCIE (?)

QUASIESPÈCIE (?)

SOCA (?)

TIPUS (?)

VARIETAT (?)

-VIRALES

-VIRIDAE

-VIRINAE

-VIRUS

- Origen evolutiu similar- Relació filogenètica

- estructura genòmica- morfologia virió- estratègia replicació- Rang d’hostes similar

- Immunologia- biologia/ecologia (vectors)

- Homologia seqüències- serologia- patogenicitat- distrib. geogràfica

Origen i Evolució

Quin és l’origen dels virus? Bastant controvertida: tres hipòtesi però cap de

definitiva

a) TEORIA REGRESSIVA: formes degenerades de paràsits intracel·lulars (origen cel·lular)

OK per Poxvirus i altres virus DNA

b) TEORIA PROGRESSIVA: àcids nucleics que han adquirit l’habilitat de replicar-se de forma autònoma.

Virus DNA: a partir de plasmidis i de transposonsVirus RNA: a partir de Retrons, Retrotransposons i de mRNA’s

c) TEORIA COEVOLUTIVA: han coevolucionat amb la vida (RNA world)

Origen i Evolució

Evolució

Mutació espontània errors en la còpia de les polimerases

DNApol (10–7–10–8 nt/ronda) RNApol (10–3–10–5 nt/ronda)

Taxa de mutació i freqüència de mutants Concepte de “Hot Spots” (punts calents)

Quasiespècies s’aplica en Virus RNA que tenen taxes de mutació tan

elevades. La seva replicació dóna una població de mutants més que no pas un clon d’individus genèticament idèntics.

Origen i Evolució

Quasiespècies Concepte introduït per Eigen (1993) per explicar la

heterogeneïtat gènica en poblacions de virus RNA

“La quasiespècie és una multitud de genomes relacionats però distints. El genoma salvatge és la seqüència consens que representa la mitjana de totes les mutacions, ponderada per reflectir la seva freqüència individual”

Aquí cal introduir una sèrie de conceptes:

Espectre de mutants Seqüència consens (promig) Seqüència mestre (master): major eficàcia biològica Equilibri poblacional o Estasi evolutiva

Origen i Evolució

Origen i Evolució

Origen i Evolució

Origen i Evolució

The median is not the message when it comes to evolution.

S. J. Gould

There is no goal but survival.S.J. Flint

Anything produced by evolution is bound to be a bit of a mess.

S. Brenner

You always get what you select, but you often don't get what you want.

The Rolling Stones

Origen i Evolució

juguem...

8×106 anys d’evolució

Poliovirus 5 dies!

Humans Primats (aprox. 2%)

HIV (RNA, 10.000 nt)

alternatives possibles combinant les 4 bases del genoma (410.000) = 106000!

10108 àtoms d’H2 en un univers

esfèric de radi 1010 anys llum

Origen i Evolució

mutació: taxes més reals...

1 mutació per cada 10.000–100.000 nt

Virus RNA (10–4–10–5)

HIV (10.000 nt) 0,1 mutacions o 1 mutació cada 10 genomes

amb un genoma de 100 Kb (100.000 nt) cada genoma és diferent!

Virus DNA (10–7–10–8)

en virus DNA que s’integren al cromosoma i utilitzen les polimerases de l’hoste de 20 a 100 vegades menys errors!

Origen i Evolució

Evolució

Mutació induïda (agents mutagènics que fan augmentar les taxes de mutació). ATENCIÓ!! Només en virus DNA, els RNA ja no la poden augmentar més!

Concepte de LLINDAR DE CATÀSTROFE

Recombinació i interaccions genòmiques (sobretot en casos de virus amb genomes segmentats)Ex: Virus de la Grip (8 segments RNA)

coinfecció 2 variants = 28 = 256 combinacions!

Efecte de l’hoste (diferents hostes representen diferents factors de pressió i selecció)

Factors de pressió (Selecció)