Virusologie generala

Caractere generale ale virusurilor

Sunt considerate forme acelulare de viata fiind in afara organismelor vii, lipsite de capacitatea de crestere si multiplicare. Ele sunt replicate (multiplicate) de celula gazda pe care o paraziteaza.

Sunt lipsite de aparat enzimatic si metabolism propriu fiind obligatoriu parazite a celulelor animale, vegetale sau bacteriene.

Au o structura simpla formate din genomul viral si un invelis protector care se numeste capsida.

Genomul viral contine un singur acid nucleic ADN sau ARN si niciodata ambii acizi.

Virusurile care contin ARN pot depozita si transmite informatia genetica, caz unic in biologie, rolul de purtator al informatiei genetice fiind ADN, pentru restul vietuitoarelor.

In natura virusurile se gasesc sub trei forme biologice:

virus complet sau virion dotat cu infectiozitate si capabil de a supravietui un timp limitat in afara celulei gazda

virus vegetativ prezent numai in celula parazitara si neinfectios

virus integrat (provirus) integrat in genomul celulei gazda unde ramane un timp nelimitat replicandu-se odata cu acesta. In esenta virusurile sunt sisteme bioide care se comporta ca fiinte vii in interiorul celulei parazitate si ca o subatanta organica complexa in afara acesteia.

CONSTANTELE VIRIONULUI

Forma

Virionii pot avea forme variate. La examenul cu un microscop electronic cu o mica putere de rezolutie se pot distinge 3 tipuri principale de forme:

alungita

corpusculara

spermatozoidica

La examenul electronooptic, la un aparat cu mare putere de rezolutie care permite observarea tuturor detaliilor ultrastructurale, virionii se pot infatisa intr-o gama mai variata de forme, ca de exemplu:

bastonas drept

filament pliat

icozaedru

corpuscul sferic

caramida cu colturile rotunjite

ghiluea

spermatozoid (alti termeni de comparatie pentru aceeasi forma: cireasa cu coada, ac cu gamalie mare, mormoloc)

Determinant pentru forma vironului la majoritatea virurusirlor este tipul de simetrie al capsidei, iar la unele virusuri prezenta invelisului pericapsidal.

Dimensiunea virusurilor

Dimensiunile virusurilor variaza intre limite cuprinse intre 8-10 nm cele mai mici si pana la 300-350 nmcele mai mari. Virusurile cele mai mici, ca de exemplu Picorna si Parvovirusurile se apropie de dimensiunile unor macromolecule organice, in timp ce virusurile cele mai mari, ca de exemplu Poxvirusurile au dimensiuni identice cu cele mai mici bacterii. Volumul virusurilor reprezentative ale celor doua extreme este de 0,00001 microni pentru virusul poliomielitei (un Picornavirus) si de 0,01 microni pentru Poxvirus.

STRUCTURA VIRIONULUI

Virionul este constituit dintr-un invelis si un continut. La toate viruruile, invelisul este format din unitati proteice numite capsomere asezate dupa un tip de simetrie bine definit, constituind in ansamblul lor capsida virala. La unele virusuri, exterior capsisei, se gaseste un al doilea strat al invelisului numit pericapsida (anvelopa, peplos). Din punct de vedere al prezentei invelisului pericapsidal, virusurile se impart in doua categorii: nude si invelite in pelos. Continutul virionului este un genom format dintr-un singur tip de acid nucleic fie ADN, fie ARN. Nici un virus nu contine ambii acizi nucleici. Unitatea constituita din genom si capsida poarta si numele de nucleocapsida.

Capsida virala

Termenul de capsida deriva de la cuvantul grecesc "kapsa-cutie". El desemneaza invelisul extern al virionului prezentat in forma sa cea mai simpla de un strat unic de unitati identice numite capsomere (meros -parte) asezate in mod regulat dupa un tip de simetrie bine definit. Putine virusuri au capsida constituita din doua sau mai multe straturi concentrice.

Compozitia chimica a capsidei este exclusiv proteica. Proteinele constituiente ale capsidei sunt antigenice, fiind responsabile pentru structura antigenica specifica fiecarui virus. La majoritatea virusurilor, cu exceptia virusurilor helicoidale prevazute cu invelis pericapsidal, capsida este determinanta pentru forma virionului.

Rolul capsidei este de a proteja genomul viral de actiunea factorilor de mediu. La adapostul capsidei, acidul nucleic viral este vehiculat de la o gazda receptiva la alta. Cu toate ca, in conditii experimentale au putut fi reproduse numeroase infectii virale numai cu acizii nucleici ai virusurilor respective nu s-a semnalata inca un fenomen similar in conditii naturale, protectia capsidei fiind indispensabila conservarii si circuitului virusurilor in natura.

Subunitatile componente ale capsidei, capsomerele sunt formate din una sau mai multe molecule proteice constituite la randul lor din lanturi polipeptidice.

In functie de numarul moleculelor din care sunt formate, capsomerele pot fi de doua feluri:

monomere constituite dintr-o singura molecula proteica, avand o masa moleculara in jurul a 20 000-30 000 daltoni; ele sunt caracteristice pentru virusurile de forma alungita, iar asamblarea lor in arhitectura capsidei este dupa tipul de simetrie helicoidal

oligomere constituite din mai multe monomere, dispuse circular, formand un inel sau buton; oligomerele sunt aranjate in cadrul capsidei dupa tipul de simetrie icozaedral sau cubic. In functie de numarul monomerelor componente, oligomerele sunt de doua feluri:

hexamere sau hexoni formate din sase monomere; ele alcatuiesc fetele triunghiulare si laturile (muchiile) capsidelor icozaedrale

pentamere sau pentoni formate din 5 monomere; ele sunt asezate la colturile (varfurile) capsidelor icozaedrale.

Numarul capsomerelor este constant pentru un virus, mai ales la virusurile icozaedrale. Simetria capsomerelor poate fi de trei feluri: helicoidala, icozaedrala sau cubica, binara sau dubla.

Capsida helicoidala (helicala) are firma unui tub cilindric. Unitatile ei structurale sunt molecule identice de forma ovoida sau putin alungita. Aranjamentul lor este in forma de spirala helicoidala regulata, asemanatoare cu al unui resort in stare comprimata. Spirala capsomerelor delimiteaza pe fata interna a tubului un sant in care este asezat, tot helicoidal, intr-un perfect paralelism cu capsida, genomul (acidul nucleic) viral. Extremitatile interne ale capsomerelor nu se ating, fiind despartite de fragmentul de acid nucleici care se interpune. Numarul capsomerelor variaza in functie de lungimea virionului. Capsidele helicoidale pot fi de doua feluri: rigide si flexibile.

Capsida rigida este de regula caracteristica virusurilor fitopatogene. Un exemplu de virus care poate fi considerat de referinta, fiind studiat in cele mai mici detalii, este virusul mozaicului tutunului. El se prezinta sub forma unui bastonas rigid de 300 nm lungime, 17 nm latime cu un diametru interior de 4 nm. Genomul lui este constituit dintr-un filament de ARN, lung de 2 microni. avand masa moleculara de 2x10⁶ daltoni, asezat in santul delimitat de o spirala helicoidala formata din 130 de capsomere. Fiecare capsomera este o molecula proteica, compusa din 158 de aminoacizi. Fiecare tur de spira insumeaza 16 capsomere, iar adiacent unei capsomete se gasesc trei nucleotide din lantul de ARN.

Capsida flexibila se intalneste la unele virusuri zoopatogene. Forma ei este tot tubulara, dar se poate plia sub forma unui ghem. In aceasta stare se dispun nucleocapsidele helicoidale la interiorul invelisului pericapsidal care are o forma aproximativ sferica. Exemple de virusuri pentru care este caracteristica o astfel de structura sunt Orthomyxovirusurile, din care fac parte virusurile influentelor si Paramyxovirusurile in care se incadreaza virusul pseudopestei aviare. Ele au o forma sferica cu un diametru de 80-120 nm. La interiorul unei pericapside groase de 8-10 nm se gaseste nucleocapsida helicoidala, de lungimi varibile, cu diametrul transversal de 9-10 nm.

La Myxovirusuri exista o corelatie intre forma globala a virionului (sferica) si cea a nucleocapsidei (alungita, filamentoasa). Determinanta pentru tipul de simetrie al oricarui virus este insa nucleocapsida.

Capsida icozaedrala (izometrica, cu simetrie cubica) rezulta din asamblarea intr-o forma geometrica regulata a unui numar fix de hexa si pentamere care alterneaza dupa un plan de organizare foarte precis. Icozaedrul este un poliedru constituit din 20 fete, fiecare avand forma unui triunghi echilateral. Ca orice structura geometrica regulata, el are trei tipuri de axe de simetrie.

Icozaedrul are 12 varfuri (unghiuri sau colturi) si 6 axe de simetrie de tip 5 care travereseaza fiecare 2 unghiuri opuse, 20 fete si 10 axe de simetrie de tip 3 care trec prin punctele centrale a 2 fete triunghiulare opuse, 30 laturi si 15 axe de simetrie de tip 2 care unesc 2 laturi opuse exact la jumatatea acestora.

Succesiunea capsomerelor in structura capsidei icozaesrale este urmatoarea: fetele si laturile sunt formate din hexamere, iar colturile sau varfurile din pentamere. Alternanta suprafetelor hexagonale cu cele pentagonale intr-o anumita succesiune in structura unei figuri geometrice care poate fi inscrisa intr-o sfera este o conditie obligatorie pentru stabilirea acestei structuri. In domeniul arhitecurii, aceasta regula s-a confirmat pentru constructia domului geodezic de catre Fuller si, mai recent, a pavilionului american de la expozitia universala de la Montreal in 1967 (dupa Zarnea, 1974). Klug si Caspar (1962) explica primii structura capsidelor virale icozaedrale pe baza indeplinirii aceluiasi deziderat.

Numarul total de capsomere (N) al unui virion icozaedral este dat de formula:

N = 10 (n-1)² + 2

In care n este egal cu numarul de capsomere al unei laturi. In tabelul nr. 2 este redat numarul capsomerelor obtinute pe baza acestei formule la 4 grupe de virusuri.

In cazul unor virusuri foarte mici, ca de exemplu virusul poliomielitei in care n=2 (o fata triunghiulara este formata din laturi a cate 2 capsomere care incadreaza o capsomera centrala) formula se modifica astfel:

N + 30 (n-1)² + 2

Capsida icozaedrala este forma cea mai economica de organizare arhitectonica a unor unitati proteice identice prin care se asigura invelisul protector genomului viral.

Numarul capsomerelor la 4 grupe de virusuri

Doua virusuri avand masele moleculare ale virionilor egale, dar cu tipuri de simetrie a capsidelor, unul helicoidal si altul icozaedral, difera sensibil si in ceea ce priveste numarul capsomerelor. Astfel, virusul mozaicului galben al napului, cu aceeasi masa moleculara, dar cu capsida icozaedrala, este alcatuit din numai 180 molecule (dupa Zarnea G., 1974).

Capsida cu simetrie binara

Capsida cu simetrie binara sau dubla este caracteristica bacteriofagilor cu cap si coada. Capsida capului este de tip icozaedral, in timp ce capsida cozii este organizata dupa tipul de simetrie helicoidal. Ea va fi descrisa mai amanuntit la virusurile bacteriofagice.

Pericapsida (anvelopa, peplosul)

Pericapsida, pentru desemnarea careia se folosesc la fel de frecvent si termenii de anvelopa sau peplos (manta in limba greaca) este un invelis suplimentar, intalnit numai la unele virusuri, asezat exterior capsidei.

In functie de prezenta sau absenta pericapsidei, corelata cu tipul de simetrie al pericapsidei, virionii sunt de 4 feluri :

virion helicoidal nud

virion icozaedral nud

virion helicoidal invelit de pericapsida

virion icozaedral invelit de pericapsida

Virionii inveliti de pericapsida au totdeauna o forma globuloasa, aproximativ sferica, indiferent de tipul de simetrie al nucleocapsdei (virionii helicoidali sunt pliati in interiorul pericapsidei sub forma unui ghem). Grosimea pericapsidei este in jur de 100-150 Å. Analog capsidei, ea este constituita din unitati structurale numite peplomere (peplos-manta). Peplomerele sunt insa putin conturate electronooptic, comparativ cu capsomerele si nu sunt aranjate dupa un tip precis de simetrie. Comparativ cu capsida, pericapsida este o forma mai putin regulata, este mai putin rigida avand un anumit grad de flexibilitate si elasticitate.

Pe suprafata pericapsidei se gasesc de obicei protuberante sub forma unor spiculi sau antene de aproximativ 100 Å lungime. Ele sunt asezate la distante de 70-80 Å una de alta.

Compozitia chimica a pericapsidei, predominant proteica, este caracterizata si prin prezenta altor compusi organici glucide, dar mai ales lipide, care impreuna cu proteinele formeaza complexe glico sau lipidoproteice. Lipidele, compusii chimici ai pericapsidei concura si ei la determinarea structurii antigenice a virusului.

Originea componentelor poate fi proprie sau derivata din membrana celulei gazda in care a fost sintetizat virionul. Partea proprie este numita si homeopeplos, iar cea provenita din componentii celulei gazda heteropeplos. Acestea sunt considerate ca facand parte din cadrul proprietatilor virusurilor caracterizate ca induse de celula gazda. Constituirea heteropeplosului are loc cu prilejul eliberarii virionilor nou formati din celuela prin procesul de inmugurire (burjeonare).

Rolul pericapsidei este de a concura, impreuna cu capsida la protejarea genomului viral la factorii de mediu si asigura fixarea virionului pe celula gazda. Prezenta ei confera insa virusurilor anumite insusiri, absente la virusurile nude. Acestea sunt sensibilitatea la eter si cloroform datorata componentelor lipidice din structura peplomerelor. Au capacitatea de absorbtie pe diferite substraturi celulare si activitate hemaglutinanta, de care sunt responsabili spiculii (antenele) de pe suprafata capsidei numiti de aceea hemaglutinine. La Myxovirisuri, pericapsida contine enzime numite neuraminidaze care inlesnesc patrunderea virusului in celula sensibilia.

Genomul viral

Genomul viral este reprezentat de acidul nucleic viral. Urmatoarele insusiri ale acidului nucleic trebuie considerate esentiale pentru caracterizarea unui virus: tipul de acid nucleic, structura, masa moleculara in stransa relatie cu capacitatea de codificare, proportia de acid nucleic raportat la masa virionului, compozitia in baze azotate, configuratia si modul de dispunere in interiorul capsidei.

Tipul de acid nucleic poate fi ARN sau ADN.

In functie de natura acidului nucleic, virusurile se impart in ribovirusuri cu ARN si dezoxiribovirusuri cu ADN. La virusurile fitopatogene, acidul nucleci este totdeauna ARN, in timp ce la virusurile zoopatogene si bacteriofagice poate fi unul sau celalalt.

Structura acidului nucleic poate fi in functie de numarul lanturilor din care este constituita molecula monocatenara sau dublucatenara. Ca regula generala, dezoxiribovirusurile au ADN dublu catenar, cu exceptia parvovirusurilor si a fagului X 174 al caror ADN este monocatenar. Ribovirusurile au ARN monocatenar, cu exceptia reovirusurilor, al caror ARN este dublu catenar.

Masa moleculara a acidului nucleic este corelata cu marimea si masa virionului. Masa moleculara este in functie de lungimea si masa virionului. Masa moleculara este in functie de lungimea lanturilor si implicit de numarul nucleotidelor componente care la randul lor sunt determinante pentru informatia genetica, respectiv capacitatea de codificare a genomului. Cel mai mic genom este acela al virusului necrozei tutunului, format dintr-o molecula de ARN constituita din aproximativ 10000 nucleotide, capabil sa codifice sinteza unui singur tip de proteina. Simplitatea genomului acestui virus ii determina defectivitatea, sinteza lui nefiind posibila in celula vegetala decat in prezenta unui virus helper al carui genom contine circa 6000 de nucleotide. Genomul celui mai mic virus ADN (virusul poliomei) are masa moleculara de 3x10⁸ si este format din aproximativ 5 000 perechi de nucleotide.

Masa moleculara a ARN constituient al genomului virusului febrei aftoase, cel mai mic virus zoopatogen, este de 2,4 x10⁶ daltoni. Masa moleculara maxima a proteinelor a caror sinteza este capabil sa o codifice acest genom este de 240 000 daltoni. Virusurile complexe, ca de exemplu colifagul T, au si genomul mult mai complex. In cazul bacteriofagului amintit, genomul are in structura sa in jurul a 100 de gene ale caror responsabilitati sunt bine cunoscute in procesul complex de biosinteza si morfogeneza al acestui virus.

Proportia acidului nucleic raportat la masa virionului este un raport adoptat de mai multi ani de Comitetul International de Clasificare si Nomenclatura a Virusurilor ca si criteriu taxonomic.

Masa moleculara a genomului este, in general, mult mai mica, reprezentand 5-30% din masa totala a virionului. Astfel, in cazul virusului febrei aftoase, masa genomului este de 2,4x10⁶ daltoni, in timp ce aceea a intregului virion este de 7,2x10⁶.

Compozitia genomului in baze azotate. In cazul majoritatii virusurilor, acizii nucleici virali nu difera biochimic de restul acizilor nucleici prezenti in celula animala sau vegetala. Unii bacteriofagi au insa in compozitia genomului viral o baza azotata -5 hidroximetilcitozina - inexistenta in compozitia acizilor nucleici ai celulelor bacteriene, vegetale sau animale.

Configuratia (topologia) acizilor nucleici poate fi de 3 feluri:

lineara intalnita mai ales la acizii nucleici monocatenari si o parte din cei bicatenari

ciclica simpla sau circulara ciclica evidentiata la ADN constituient al unor Papovavirursuri (virusul poliomei si ale papilomatozelor)

ciclica superasucita (superhelicoidal) evidentiata tot la viruisurile poliomei, aceasta topologie rezulta din impletirea intre ele a doua lanturi dublu catenare de ADN.

Genomul virusului poliomei se poate de altfel prezenta in oricare din cele 3 tipuri de configuratie, in functie de viteza de turatie la ultracentrifugare. La 20 S ADN se depune prezentnd o configuratie ciclica superrasucita, la 16 S una ciclica simpla, iar la 14 S una lineara. Acest mod de comportare al genomului virusului poliomei a determinat emiterea ipotezei, deocamdata nedemonstrata, a caracterului general al configuratiei ciclice a genomurilor virale, linearitatea fiind considerata rezultatul unui artefact.

Genomurile constituite din mai multe fragmente legate intre ele prin punti de hidrogen au fost evidentiate mai ales la unele virusuri ARN, dar cu acelasi grad de incertitudine privind realitatea acestui mod de existenta.

Dispunerea acidului nucleic in interiorul capsidei difera in functie de simetria acesteia. La virusurile helicale exista un paralelism perfect intre spirala helicala a capsomerelor si dispunerea helicala intre sirurile de nucleotide a lantului de acid nucleic. La virusurile icozaedrale, acidul nucleic este pliat sub forma unui ghem. La aceste virusuri nu exista un paralelism in raporturile dintre capsida si acidul nucleic viral.

Proprietatile antigenice ale acizilor nucleici sunt slabe in comparatie cu proteinele; de aceea, genomul viral are un rol minor in detrminismul structurii antigenice a virusurilor, comparativ cu capsida si peplosul.

Genomul viral este componenta esentiala a virusului care poarta informatia genetica necesara devierii metabolsimului celulei gazda, in sensul sintezei constituientilor virali. Ribovirusurile reprezinta un unicat in biologie, in ceea ce priveste posibilitatea pastrarii informatiei genetice de catre ARN.

Particularitati structurale ale unor virusuri zoopatogene complexe

Unele virusuri zoopatogene se abat de la modelul clasic descris anterior prin structura mai complexa a invelisului particulei virale.

Poxvirusurile au urmatoarele componente structurale de la interior spre exterior:

genomul viral (inima sau smburele) unui dusc biconcav, in forma de haltere pe sectiune, este constituit din ADN cu o masa moleculara de 150x10⁶/ particula

o membrana proteica neteda cu grosimea de 50 Å, un strat compus din unitati proteice de forma cilindrica de 50 Å latime si 100 Å inaltime, analoage capsomerelor

doi corpi proteici si corpi laterali, cu diametrul de 600 -800 Å situati in depresiunile rezultate din forma biconcava a samburelui

o membrana externa formata dintr-o impletitura de structuri tubulare, asemanatoare cu niste capside helicoidale goale

Rhabdovirusurile avand ca reprezentant de referinta virusul stomatitei veziciuloase, au forma de ghiulea si urmatoarele componente structurale  de la interior spre exterior:

genomul viral constituit din ARN monocatenar, dispus helicoidal, diametral spiralelor este de150-180 Å

o capsida constituita din capsomere dispuse in dublu strat helicoidal cu diametrul spiralelor externe de 500 Å

un peplos format din peplomere de 100 Å asimetrice avand ca forma comparabila cu un buton para sau bec, regulat asezate cu extremitatea mai ingusta atasata de membrana neteda

PARTICULARITATI STRUCTURALE ALE

BACTERIOFAGILOR

Bacteriofagii (virusuri parazite pentru bacterii) au genomul constituit in majoritatea cazurilor din ADN si mai rar din ARN. Genomul viral este dispus in interiorul capsidei ca la virusurile icozaedrale. Capsida virala poate avea diferite forme si grade de complexitate structurala. Majoritatea bacteriofagilor, la examenul electronooptic, cu o putere de rezolutie mai mica, au aspect de spermatozoid, cireasa cu coada, mormoloc distingADNu-se ca parti componente ale virionului un cap si o coada.

Studiile de finete din ultimii ani au permis observarea mai multor tipuri morfologice. BRADLEY (1971) deosebeste 6 tipuri morfologice principale (fig. 14):

fagi cu coada lunga si contractila

fagi cu coada lunga necontractila

fagi cu coada scurta

fagi fara coada, cu capsomere mari la colturi

fagi fara coada, numai cu capsomere mici, la colturi

fagi filamentosi, fara cap

Fagii cu coada lunga si contractila reprezinta tipul cel mai complex al carui reprezentat cunoscut si descris in cele mai fine detalii este colifagul T₂. Partile lui structurale sunt urmatoarele:

- capul fagului constituit dintr-un poliedru hexagonal, bipiramidal cu o lungime de 950-1050 Å si o masa moleculara de 8,5x10⁶ este format din:

- genomul viral reprezentat de o molecula de ADN dublu catenar cu masa moleculara de 120x10⁶ format din 200 perechi de nucleotide avADN o lungime de 49± 4 microni

- capsida capului este un icozaedru alungit format din doua piramide de cate 5 fete triunghiulare intre care se interpun doua benzi ecuatoriale constituite fiecare din 10 fete triunghiulare

- structura capsomerelor nu difera de cea a virusurilor icozaedrale zoopatogene

- coada fagului, formata la rADNul ei din:

- samburele cozii sau cilindrul axial cu o compozitie proteica si diametrul de 70 Å

- teaca cozii formata dintr-un cilindru cu o lungime de 800 Å in stare necontractata, diametrul tecii este de 160 Å, structura tecii cozii este identica cu cea a capsidelor helicoidale, in timpul contractiei, coada se scurteaza cu 50% prin alunecarea una peste alta a spiralelor constituiente ale capsidei helicoidale a acesteia

- gulerul fagului, interpus intre cap si coada, de forma unui disc hexagonal subtire cu diametrul de 306 Å

- placa terminala este un disc hexagonal similar gulerului la extremitatea cozii

- crosetele sunt in numar de 6, asezate la unghiurile placii terminale

- fibrilele cozii sunt formatiuni filamentoase proteice cu lungimea de 1300 Å diametrul de 20 Å si masa moleculara 400 000, formADN o retea in jurul tecii cozii

Placa terminala, impreuna cu crosetele si fibrele cozii formeaza aparatul de fixare al bacteriofagului la nivelul caruia se gaseste enzima numita lizozim fagic, capabila sa permeabilizeze peretele celulei gazda.

TROPISMUL VIRUSURILOR

Tropismul virusurilor consta in afinitatea acestora fata de gazda, tesut, celula.

Genotropismul sau afinitatea pentru specia biologica pe care o paraziteaza permite impartirea virusurilor, in functie de numarul speciilor receptive in monopatogene si patogene pentru 2,3 sau mai multe specii (virusuri cu spectru larg), dupa apartenenta de regn a speciilor receptive, se impart in zoopatogene, fitopatogene, bacteriofagi si micofagi.

Histotropismul sau afinitatea pentru anumite tesuturi permite impartirea virusurilor in urmatoarele categorii:

virusuri epiteliotrope (dermotrope) cu afinitate pentru celulele epiteliale ale pielii si mucoaselor ex. virusurile din grupa Pox, virusul febrei aftoase etc.

virusuri neurotrope cu afinitate pentru celula nervoasa ex. virusul rabic, virusul poliomeileitei, alte virusuri encefalitice etc.

virusuri organotrope (viscerotrope) cu afinitate pentru anumite organe interne, la randul lor acestea pot fi clasificate, dupa organul afectat, in:

- pneumotrope ex. virusul jigodiei, virusurile influentelor

- enterotrope ex. virusurile enterocitopatogene, virusul diareei virotice, bolii mucoaselor etc.

- virusuri mezenchimotrope (pantrope) cu afinitate pentru celula mezenchimala, indiferent de locul ei in organism ex. virusurile pestelor la diferite specii animale

Histotropismul nu se manifesta totdeauna foarte strict, unul si acelasi virus avand posibiulitatea ca in decursul infectiei sa se localizeze in tesuturi diferite. In astfel de situatii, se ia in considerare tropismul pentru tesutul in care virusul se localizeaza in faza initiala si din partea caruia se produc simptomele si leziunile cele mai caracteristice ale bolii.

Citotropismul reprezinta afinitatea virusurilor pentru anumite tipuri de celule din cadrul aceluiasi tesut. Ex. virusul ravic este neurotrop, dar se multiplica de preferinta in celulele piramidale de tip Betz din coarnele lui Ammon, virusul poliomielitei, tot neurotrop, are afinitate pentru neuronii motori din coarnele anterioare ale maduvei.

Tropismul virusurilor este determinat pe de o parte de complementaritatile de ordin stereochimic, electronostatic si geometric dintre invelisul particulei virale si membrana celulei gazda, complementaritati datorita carora are loc fixarea (adsorbtia) virusului pe celula, iar pe de alta parte de capacitatea genomului viral de a substitui informatia genetica a genomului celular si de a determina astfel biosinteza de material viral in locul compusilor specifici celulei.

MULTIPLICAREA VIRUSURILOR

Pentru virusuri, termenul de multiplicare nu reflecta de fapt realitatea fenomenelor care au loc in celula gazda, in interiorul careia virusurile nu se multiplica, ci sunt sintetizate de celula prin activitatea metabolica a acesteia, deviata de la normal in urma substituirii informatiei genetice a celulei cu cea a virusului. Tinand seama de faptul ca nu s-a gasit un termen cu o semnificatie semantica mai adecvata pentru reflectarea realitatii fenomenelor care au loc in cursul producerii de catre celula a materialului viral se mentine deocamdata in uz termenul de multiplicare.

Multiplicarea virusurilor implica patru etapoe principale:

adsorbtia sau fixarea virionului pe celula gazda

patrunderea in celula a virionului (la virusurile zoopatogene) sau numai a genomului viral (la virusurile bacteriofagice)

multiplicarea intracelulara propriu-zisa a virusului in cadrul careia se pot deosebi trei categorii de procese:

- replicarea aicidului nucleic viral

- biosinteza materialului viral

- asamblarea (morfogeneza) noilor virioni

4. eliberarea virionilor nou formati din celula

In desfasurarea acestor etape se constata unele diferente intre virusurile zoopatogene si bacteriofagi care se refera mai ales la primele doua si la ultima, multiplicarea intracelulara prorpiu-zisa realizandu-se in esenta identic la toate categoriile de virusuri.

MULTIPLICAREA VIRUSURILOR ZOOPATOGENE

Prima etapa a multiplicarii virusurilor se caracterizeaza printr-un grad relativ redus de specificitate. Responsabilitatea fixarii o poarta complementaritatile de tip stereo, de natura chimica, electrostatica si geometrica dintre capsida sau pericapsida virionului si membrana celulei gazda. Gruparile chimice de pe suprafata membranei celulare care intervin in determinismul afinitatii dintre celula si virion, poarta numele de receptori. In general, receptorii actioneaza complementar fata de gruparile aminice ale capsidei virale. La unele virusuri, ca de exemplu virusurile gripale, au fost identificate cu precizie proteinele receptor de pe suprafata celulelor. Acestea sunt de natura glicoproteica, complementare neuraminidazei - enzima din pericapsida virusurilor gripale care, din punct de vedere al activitatii ei biologice este o glucidaza.

Datorita specificitatii relativ reduse a atractiei dintre majoritatea virusurilor zoopatogene si celulele animale, fixarea virionilor este de cele mai multe ori precedata de un numar mai mic sau mai mare de ciocniri intamplatoare dintre virus si celula. De aceea, dintr-o multitudine de particule virale care patrund in organism, un numar mult mai redus ajung sa se fixeze si apoi sa strabata invelisul celulei gazda. Rata de fixare a fost stabilita in cazxul unor virusuri zoopatogene, ca fiind 3-5x10⁹.

Patrunderea virionilor in celula

In cazul virusurilor zoopatogene, spre deosebire de bacteriofagi, virionul patrunde in intregime in celula sensibila printr-un proces activ intrucatva asemanator cu fenomelor de fagocitoza sau pinocitoza. Membrana celulara se invagineaza si se adanceste progresiv in dreptul virionului pana cand acesta este complet inglobat in celula. Fenomenul poarta si numele de viropexie. Dupa inglobare, marginile opuse ale membranei celulare invaginate fuzioneaza, restabilindu-se astfel integritatea suprafetei celulare. Virusul patruns in celula este inclus intr-o vacuola ai carei pereti se dezintegreaza treptat.

Decapsidarea

Decapsidarea este un proces specific numai virusurilor zoo si fitopatogene, absent la bacteriofagii a caror capsida nu patrunde in celula. Ea consta in liza capsidei sub actiunea enzimelor de tip lizozomal numite decapsidaze produse de celula gazda. Pentru desemnarea fenomenului de decapsidare mai sunt utilizati si termenii deproteinare sau dezbracare, acesta din urma imprumutat din literatura engleza de specialitate (uncoating). Sinteza decapsidazelor este sub determinismul genetic al genomului viral.

La poxvirusuri s-a emis ipoteza ca ADN viral, chiar inainte de decapsidare, este capabil sa codifice si sa transcrie pe ARN_m o secventa responsabila de sinteza decapsidazei. Aceasta ipoteza isi gaseste confirmarea intr-o experienta cunoscuta sub numele de fenomenul Berry-Dedrick:

in celulele infectate cu un poxvirus A incalzit la 56⁰C nu are loc sinteza materialului viral

acelasi lucru este valabil si pentru o populatie de celule infectate cu un virus B iradiat cu ultraviolete

in celulele infectate insa, simultan cu virusul incalzit A si virusul iradiat B, se constata sinteza de material viral

Explicatia fenomenului este urmatoarea: virusul A, a carui ARN polimeraza este inactivata nu este decapsidat, in timp ce genomul virusului B decapsidat nu se poate replica datorita alterarilor produse de radiatiile ultraviolete; daca cele doua virusuri se amesteca, ATN polimeraza eliberata din virusul B nealterata cu ultraviolete va determina sinteza ARN_m precoce, din care un segment este responsabil de sinteza decapsidazei, acesta va decapsida virusul B care se va replica declansand multiplicarea normala a virusului.

Momentul decapsidarii difera la diferitele grupe de virusuri . In cazul virusurilor picorna, el incepe din momentul contactului cu membrana celulara. La altele, decapsidarea poate sa nu aibe loc, fara ca aceasta sa impiedice replicarea acidului nucleici si transcrierea informatiei genetice.

Cu privire la dinamica procesului decapsidarii s-a putut stabili, in cazul adenovirusurilor, ca ruperea capsidei are loc la nivelul pentamerelor constituiente ale colturilor icozaedrului care reprezinta punctele cele mai fragile ale acestuia.

O data cu decapsidarea, virusul pierde infectivitatea in conditii naturale si trece din forma de virion in cea de virus vegetativ, dependenta sa de celula devenind totala.

Multiplicarea propriu-zisa

Multiplicarea propriu-zisa este un proces complex bazat pe substituirea informatiei genetice a genomului celular cu cea a genomului viral. Acesta prin mecanisme care inca nu sunt pe deplin clarificate, scoate din functie ADN celular in momentul copierii informatiei de pe ADN pe ARN_m de o calitate noua transcris de pe genomul viral care va transmite la nivelul ribozomilor un mesaj genetic nou care va obliga celula ca in locul enzimelor si a celorlalte proteine proprii sa sintetizeze material viral.

Paralel cu replicarea acidului nucleic viral are loc inhibarea sintezei proteinelor celulare. In cazul mai multor virusuri ARN se constata incetinirea sintezei proteinelor celulare in proportie de 70-90% inca din prima oara de la patrunderea virusului in celula. Un alt fenomen caracteristic celulelor infectate cu virus consta in inlocuireea treptata a polirobozomilor celulari de tip 200 S cu poliribozomi virali de tip 350 S.

Acestia din urma sunt incapabili sa receptioneze informatia genetica de la ARN_m celulari receptionand informatia genetica numai de la ARN viral.

In transmiterea informatiei genetice inscrise in programul viral se pot deosebi mecanisme diferite determinate de acidul nucleic, constituient al genomului viral (ADN sau ARN) structura acestuia (mono sau dublu catenara) capacitatea si modul de codificare al diferitilor acizi ribonucleici si de unele particularitati ale complexului virus- celula. In functie de acesti factori au putut fi identificate pana in prezent, la virusurile animalelor, mai multe scheme sau strategii de multiplicare. Indiferent de detaliile schemei de multiplicare, acesta implica totdeauna trei procese:

replicarea genomului viral

biosinteza materiualului viral

asamblarea sau morfogeneza noilor virioni

Replicarea genomului viral

Acest proces are loc in mod diferit, in functie de structura mono sau bicatenara a acidului nucleic, dupa cum urmeaza:

ADN dublu catenar prezent la majoritatea virusurilor ADN se replica semiconservativ, cele doua catene despletindu-se dupa modelul clasic al fermoarului (literei Y). La Adenovirusuri s-a demonstrat ca replicarea incepe de regula la extremitatea catenei care este mai bogata in perechi de baze Adenina-Timina.

ADN monocatenar caracteristic Parvovirusurilor isi construieste sub actiunea unei enzime (replicaza) lantul complementar, devine astfel ADN dublu catenar replicativ, dupa care se replica conform modelului mentionat mai sus, caracteristic pentru ADN dublu catenar. Unele Parvovirusuri sunt defective, genomul fiind incapabil de replicare. Ele se multiplica numai cu ajutorul unui Adenovirus helper al carui genom este ADN dublu catenar din replicarea careia rezulta si lanturile necesare Parvovirusurilor adenoasociate.

ARN monocatenar care constituie genomul majoritatii virusurilor ARN determina prin enzime (replicaze) sinteza de noi lanturi de ARN prin doua feluri (tipruri) de mecanisme de replicare:

Tipul semisonservativ, precedat de transformarea ARN monocatenar in bicatenar prin sinteza unei catene complementare. Transformat in bicatenar, ARN devine replicativ si se replica dupa modelul semisconservativ clasic prin despletirea celor doua catene in forma de fermoar sau litera Y. Cele doua catene fiice sunt una + si alta -.

Tipul asimetric caracterizat prin replicarea de pe aceeasi catena paralela devenita matrice a mai multor catene complementare; catenelor noi care se formeaza treptat pe masura deplasarii catenei parentale raman atasate catva timp de aceasta. In acest fel se formeaza o molecula mare numita intermediar de replicare, ramificata in forma de brad, cu un numar de ramuri care variaza de la 1 la 7 si sunt catene +. Formarea intermediarilor de replicare este totdeauna precedata de replicarea de tip semiconservativ.

Indiferent de tipul de replicarea, catenele + devin viitoare genomuri virale sau dirijeaza sinteza de material viral, in timp ce catenele, dupa ce si-au indeplinit rolul de suport (matrice) pentru procesul de replicare, se dezintegreaza.

ARN bicatenar constituie o exceptie in cadrul virusurilor ARN, fiind prezent numai la Reovirusuri. In celulele infectate cu Reovirusuri au putut fi evidentiate trei categorii de ARN monocatenari: mari de 24 S, mijlocii de 18 S si mici de 14 S. Fiecare ARN monocatenar este o copie fidel transcrisa de pe un ARN bicatenar. In multiplicarea reovirusurilor intervin doua feluri de enzime: una responsabila de transcrierea ARN monocatenar de pe ARN bicatenar, iar a doua respondabila de replicarea ARN bicatenar. Prima este o proteina virus specifica, fiind identificata in interiorul capsidei virionilor. Aceasta enzima este activata in cursul decapsidarii. In nucleocapsida Reovirusurilor au fost identificate si lanturi de ARN monocatenar, reprezentand a 10-a parte din genom, dar rolul acestuia n-a putut fi stabilit.

In cursul replicarii semiconservative a acidului nucleic viral se produce substituirea totala sau partiala a ADN din genomul celular, incepand transcrierea informatiei genetice inscrise in genomul viral de ARN mesager care urmeaza sa transmita informatia pentru sinteza constitientilor virali la nivelul ribozomilor celulei gazda. In acest fel se initiaza cel de-al doilea proces esential al multiplicarii virusurilor - biosinteza de material viral.

Biosinteza materialului viral

In biosinteza materialului viral se disting doua faze. Studiul acestora la virusurile ARN a permis stabilirea urmatoarei dinamici de desfasurare a urmatoarelor caracteristici pentru fiecare faza:

Faza exponentiala de sinteza incepe la 30 minute de la patrunderea virusului in celula si dureaza 2,5-3 ore, timpul de dublare a cantitatii de ARN din celula este de aproximativ 15 minute

Faza lineara de sinteza se caracterizeaza printr-un ritm constant de acumulare de ARN viral; in celula se sintetizeaza in jur de 3000 molecule de ARN pe minut, mentinandu-se in stare activa 500-800 de matrici. O molecula de ARN se sintetizeaza in 50 secunde, ritmul de polimerizare al nucleotidelor fiind de 130 pe secunda. In aceasta faza incepe si se desfasoara cu o viteza crescanda morfogeneza noilor virioni prin incapsidarea genomurilor. Biosinteza materialului viral decurge la diferitele grupe de virusuri dupa urmatoarea schema:

Virusurile ADN sunt sintetizate de celula gazda in doua faze:

Faza precoce: ADN viral determina, in cursul replicarii, prin intermediul unei ARN polimeraze ADN dependente sinteza unui ARN_m precoce. Originea ARN polimerazelor variaza de la o grupa (familie) de virusuri la alta. La unele grupe de virusuri ARN polimeraza preexista in interiorul virionului, fiind o proteina virus specifica. Majoritatea virusurilor ADN codifica insa utilizand ARN polimeraze celulare. In virionul Poxvirusurilor, pe langa ARN polimeraza, se gaseste si o dezoxiribonucleaza si o nucleotidfosfohidrolaza. Acestea intervin in biosinteza materialului viral ca enzime tardive. ARN_m precoce codifica sinteza de genomuri virale progene si de proteine virale precoce, majoritatea de natura enzimatica. Genomurile progene au aceeasi capacitate de codificare ca genomul viral parental. Proteinele precoce produc inhibarea replicarii ADN, ARN si a proteinelor specifice celulei gazda si catalizeaza sinteza unor precursori ai proteinelor virale structurale.

Faza tardiva. In momentul cand in urma replicarii ADN viral s-a ajuns la un anumit numar de genomuri virale patogene este inhibata sinteza proteinelor precoce, declansandu-se prin intermediul unui ARN_m tardiv sinteza proteinelor tardive in marea lor majoritate proteine structurale, virus specifice care urmeaza sa fie asamblate in procesul de morfogeneza a noilor virioni.

Echipamentul enzimatic evidentiat in celulele in care are loc biosinteza virusurilor ADN este reprezentat cu precadere de enzime corelate cu metabolismul ADN. Astfel, in celule care multiplica un Herpesvirus au fost identificate urmatoarele enzime: timidinkinaza, timidinmonofosfatkinaza, ADN polimeraza si deoxiribonucleaza. Timpul in care decurg cele doua etape ale biosintezei este in functie de grupa (familia) de virusuri. La Adenovirusuri, faza precoce dureaza 6-8 ore, sinteza proteinelor tardive incepand din a 8-a ora.

Virusurile ARN determina biosinteza metabolismului viral de catre celula gazda prin mecanisme variate, dar incadrabile in trei scheme (strategii) mai importnate.
a) ARN viral indeplineste direct rolul de ARN_m precoce si poate transmite informatia genetica direct la nivelul ribozomilor printr-un proces de substituire directa sau scurtcircuitare a ARN_m celular, acest mecanism este caracteristic pentru Picornavirusuri

b)ARN viral nu poate fi citit la nivelul ribozomilor celulei si nu poate deci transmite direct informatia inscrisa in genomul viral. De aceea, el va determina sinteza unui ARN_m precoce de neoformatie care va declansa sinteza proteinelor virale precoce, dupa care procesul continua ca la celelalte grupe de virusuri. Unele virusuri ARN care se multiplica in acest mod pot contine in virion transcriptaze structurale. Dupa aceasta schema se sintetizeaza Mixo si Rhabdovirusurile.

c) ARN viral, printr-un proces de transcriere inversa cu ajutorul unor enzime numite invers sau reverstranscriptaze determina formarea unui ADN proviral. Invers transcriptaza pare a nu fi o singura enzima, ci un complex format din 3 enzime: o ADN polimeraza ARN instruita, o ADN polimeraza hibrid instruita si o ADN polimeraza ADN instruita. Separarea celor trei enzime nu a reusit pana in prezent. Transcrierea inversa este un fenomen unic in biologie. Prin acest proces enzimatic se formeaza un ADN proviral care preia conducerea sintezelor celulare dupa modelul descris la virusurile ADN. Prin intermediul unui ARN polimeraze ADN dependente el determina sinteza proteinelor virale precoce, restul proceselor fiind aproximativ identice cu ale celorlalte scheme de biosinteza. ADN proviral se poate, in unele cazuri, integra in genomul celular sub forma de provirus. Multiplicarea dupa acest mecanism a fost identificata la unele virusuri tumorale ARN.

Asamblarea (morfogeneza) virionului

La sfarsitul fazei de biosinteza, dupa ce in celula s-au acumulat cantitati mari de acid nucleic si proteine virale, are loc asamblarea noilor virioni.

La virusurile mici, asezarea componentelor in jurul genomurilor virale, fenomen numit si incapsidare, se petrece spontan printr-un proces de autoasmblare. La cele mai multe virusuri, asamblarea implica insa interventia unor enzime. La virusurile complexe intervin si gene morfogenetice care codifica arhitectura proteinelor structurale ale virionului.

Incapsidarea se realizeaza prin asocierea unor proteine precursoare in unitati formate mai intai din 3 subunitati, constituind o proteina 5 S, iar apoi din subunitati rezultand o pentamera 14 S.

Din asamblarea a 12 pentamere rezulta o procapsida 80 S constituita din 60 subunitati aranjate dupa tipul de simetrie icozaedral. Asamblarea capsidelor are loc independent de prezenta genomurilor virale, fenomenul demonstrat prin experienta lui Jacobson si Baltimore (1967) care, in urma inhibarii replicarii ARN a virusului poliomielitei in prezenta guanidinei au constata acumularea in celula de capside goale.

Incorporarea acidului nucleic are loc prin sciziunea intr-un anumit punct a unei proteine gigante precapsidale. Proteina gigant are masa moleculara 40x10³, iar proteinele care rezulta din scindarea ei in momentul aditionarii ARN au masele moleculare de 28x10³ si respectiv 12x10³.

Timpul de incapsidare a unui genom ARN este de doua minute. Intre sinteza proteinelor capsidale si aparitia lor in structura virionilor nou formati exista insa un interval de 20 minute. Aceasta pledeaza pentru admiterea formarii unui depozit (Pool) intracelular de proteine capsidale care creste cu timpul in volum, depozit din care emisia de proteine capsidale pare a avea loc la intamplare pe parcursul morfogenezei virionilor.

Morfogeneza, ca regula generala, are loc pentru virusurile ARN intracitoplasmatic, iar pentru virusurile ADN intranuclear. Materialul viral, dupa sinteza lui in citoplasma, migreaza in cazul virusurilor ADN in nucleul celulei gazda asamblandu-se aici. Exceptii de la aceasta caracteristica generala o reprezinta poxvirusurile care, fiind virusuri ADN, se asambleaza in citoplasma si myxovirusurile care, fiind virusuri ARN, se incapsideaza in nucleu. Diferente intre grupele (familiile) de virusuri exista si in ce priveste locul si structurile intracelulare din citoplasma si nucleu unde are loc asamblarea lor. Astfel, poxvirusurile si picornavirusurile se pot asambla in diverse zone ale citoplasmei, rhabdovirusurile de obicei pe membranele marginale ale vacuolelor intracitoplasmatice, iar myxovirusurile dupa incapsidarea lor in nucleu isi desavarsesc faza de maturare la periferia celulei, limitrof membranei.

Eliberarea virionilor din celula

Virionii nou formati pot fi eliberati din celula prin mai multe procese dupa cum urmeaza:

Inmugurirea sau burjonarea este modul cel mai frecvent de eliberare a virusurilor din celula. El a fost observat si studiat mai intai la virusurile a caror maturare are loc curent in apropierea membranei celulare, mai tarziu s-a constatat ca este in realitate mult mai extins.

Modelul general se caracterizeaza prin includerea intr-o prima faza a virionilor nou asamblati in vezicule (cisterne) care se ataseaza de fata interna a membranei celulare la suprafata careia proemina si o bombeaza asemanator unor muguri. Apoi, acestia se detaseaza de celula prin mici aperturi care apar in membrana.

Intensitatea fenomenului si aspectul poate imbraca o gama destul de variata de forme. Uneori, eliberarea virionilor are loc exploziv sub forma de vacuole care se degaja la suprafata celulei simultan si asincron.

Alteori, la suprafata celulelor se formeaza niste vilozitati, iar virionii ies in mediul extracelular prin extremitatile acestora. In urma procesului de inmugurire virusul pastreaza in componenta invelisului sau mai ales al pericapsidei anumiti compusi specific celulei care l-a sintetizat, provenind din membrana interna a cisternei (veziculei) in care fusese inclus in cursul inmuguririi, fapt care determina prezenta la acesti virioni a doua categorii de proteine:

proteine virus specifice elaborate de celula conform informatiei genetice a acidului nucleic viral

proteine cu specificitate de gazda care fac parte din compusii obisnuiti ai celulei si care sunt antrenati in structura invelisului particulei virale (a pericapsidei) in cursul eliberarii virusului din celula

Liza celulei gazda sub actiunea unor enzime produse in celula in ultima faza a morfogenezei, acest mecanism caracteristic bacteriofagilor se intalneste rar la virusurile animale.

Eliberarea virionilor consecutiv mortii celulei si dezintegrarii acesteia, aceste virusuri apar cel mai tarziu, iar punerea lor in libertate se caracterizeaza printr-o frecventa moderata.

Trecerea virionilor direct la celula adiacenta celei in care a avut loc multiplicarea prin porii membranei celulare.

CARACTERIZAREA TIPURILOR DE COMPLEX VIRUS CELULA

Din toate posibilitatile de interactiune virus celula prezentate anterior rezulta urmatoarele tipuri de stari sau complexe virus celula.

- Starea independenta (complex virus celula independenta) care corespunde situatiei in care virusul se multiplica rezultand in final noi virioni (ciclul productiv). Termenul de "independent" nu reflecta intocmai realitatea intrucat insasi existenta virusurilor este indisolubil legata de dependenta acestora de celula vie. El corespunde realitatii numai in sensul ca pentru un timp limitat virusul poate fi conservat si vehiculat inafara celulei pana in momentul cand reuseste sa infecteze o noua celula sensibilia. Starea independenta poate fi la randul ei de doua feluri, in functie de procesele pe care le sufera gazda:

starea independenta cu efect citocid caracterizata prin moartea celulei consecutiv producerii virusului; in acest caz, biosinteza de material viral duce la blocarea totala a sintezei proteinelor celulare

starea independenta echilibrata corespunzand infectiei endosimbiotice in care procesele de biosinteza a materialului viral nu deranjeaza sintezele compusilor celulari proprii, iar productia si eliberarea noilor virioni este compatibila cu continuarea vietii celulei gazde

- Starea dependenta (complexul dependent) care corespunde formei de virus integrat (ciclul reductiv).

In functie de starea virusului din celula, celulele se impart in doua categorii:

celule permisive in care se desfasoara ciclul productiv finalizat prin eliberarea de noi virioni

celule nepermisive in care nu are loc productia de noi virioni (ciclul reductiv)

Modificarile morfologice ale celulelor infectate cu virusuri

Multiplicarea virusurilor intr-o celula provoaca o gama larga de modificari morfologice si fiziologice ale acesteia.

Efectul citopatic

Termenul de efect citopatic este utilizat in virusologie cu doua semnificatii semantice:

in sens larg, efectul citopatic este orice modificare morfologica a unei celule datorita prezentei unui virus

intr-un sens mai ingust care vizeaza in mod concret practica cultivarii virusurilor in culturi celulare, prin efect citopatic se intelege dezorganizarea si modificarea morfologica pe care o sufera celulele dintr-o cultura, consecutiv multiplicarii virusului. Efectul citopatic este cel mai usor de observat in cazul cultivarii virusurilor prin tehnica Dulbecco a monostratului (monolayer). In cazul relatiei virus-celula cu efect citopatic se constata de obicei pierderea continuitatii monostratului, tendinta celulelor de a devia de la forma lor normala spre forme sferice, stergerea treptata in mase amorfe. In unele cazuri, efectul citopatic este caracteristic pentru un virus intr-o cultura cu un anumit tip de celule si poate constitui un criteriu pentru identificarea virusului respectiv.

Potentarea efectului citopatic consta in aparitia mai rapida si mai accentuata a efectului citopatic in cazul unor asociatii virale. De exemplu, virusulu pseudopestei aviare produce un efect citopatic in 5-6 zile, virusul pestei porcine nu produce efect citopatic. Daca o cultura celulara cu virusul pestei porcine se suprainfecteaza cu virusul pseudopestei aviare, efectul citopatic apare mult mai rapid.

Efectul litic

Este o forma particulara a efectului citopatic caracterizat prin liza celulelor. Zonele de liza produse de virusurile zoopatogene in monostraturile de celule animale, cat si cele produse de bacteriofagi in culturi bacteriene pe medii solide poarta numele de plaje. Ele sunt produse de nu virus cu efect litic, plajele sunt foarte dese, se intrepatrund rezultand o liza confluenta.

La virusurile animaler producatoare de plaje in monostraturi si la bacteriofagi se pot face aprecieri cantitative asupra numarului de virioni dintr-un material ce contine virus pe baza determinarii unitatilor formatoare de plaje notate prescurtat PFU (plaque forming units). Intrucatva, analog cu numaratoarea coloniilor bacteriene, determinarea cantitativa a virionilor pe baza numarului de PFU se bazeaza pe premiza ca o plaja este generata de prezenta initiala a unui singur virion.

Fuziunea celulara

Unele paramyxovirusuri produc in culturile celulare in care se cultiva sincitii rezultate din fuzionarea celulelor care contin virusul. Fuziunea poate avea loc intre celule de acelasi fel si in unele cazuri si intre celule din tesuturi cu origini diferite (heterocarioni). Astfel, in urma cultivarii virusului parainfluentei s-a putut determina aparitia unor sincitii hibride rezultate din fuzionarea de celule umane cu celule de soarece.

Fuziunea celulara poate fi provocata si cu virusuri iradiate (ex. virusul Sendai). Mecanismul fuziunii pare a se realiza sub actiunea concomitenta a neuraminidazei aceluiasi virion fixat la nivelul zonei de contact intre cele doua alaturate creandu-se astfel o punte celulara intre ele.

Fuziunea celulara sub actiunea virusurilor este utilia experimentelor de biologie celulara oferind posibilitatea unor studii de hibridare intracelulara in cele mai diverse combinatii.

Hemaglutinarea si hemadsorbtia

Unele virusuri, mai ales cele invelite de pericapsida, au capacitatea de a aglutina globulele rosii ale diferitelor specii animale. Acest fenomen a fost observat prim aoara de Hirst (1940) si ii poarta numele. Actiunea hemaglutinanta este conditionata de prezenta pe suprafata virionului a unor protuberante cu aspect de spiculi sau antene numite hemaglutinante.

Hemaglutinarea este consecinta adsorbtiei virionilor pe suprafata hematiilor sau a eritrocitelor la nivelul careia se produc modificari de natura electrostatica.

Proprietatile hemaglutinante constituie un criteriu de evidentiere a virusurilor. Hemaglutinarea nu este un fenomen specific, neexisteand deosebiri nici de aspect al reactiei si nici de mecanism intre diferitele virusuri hemaglutinante.

Reactia poate fi utilizata in schimb pentru determinarea cantitativa a concentratiei de virioni dintr-un material prin executarea ei in dilutii seriate in tuburi sau placi cu godeuri. Concentratia de virus se deduce dupa dilutia maxima la care are loc hemaglutinarea.

Hemaglutinarea poate fi utilizata ca reactie indicatoare in cadrul unei reactii serologice cu grad inalt de specificitate si anume inhibarea hemaglutinarii. Aceasta se bazeaza pe pierderea capacitatii hemaglutinante a virusului dupa neutralizarea acestuia cu anticorpi specific. Anticorpii fixati pe virioni impiedica adsorbtia acestora pe suprafata globulelor rosii.

Hemadsorbtia este o varianta a hemaglutinarii aplicata in cazul cultivarii virusurilor in monostraturi celulare. Ea se bazeaza pe aglutinarea si adsorbtia hematiilor sau eritrocitelor pe suprafata celulelor din monostrat in care s-a multiplicat virusul.

Efectul incluziogen

In celulele in care se multiplica virusul, apar frecvent structuri corpusculare de dimensiuni variabile intre 1-30 microni diametru cu afinitati tinstoriale in majoritatea cazurilor, oxifile numite incluzii virale.

Ca leziune microscopica, incluziile au fost descrise cu mult inainte de descoperirea virusurilor. Ele poarta numele diferitilor autori care le-au observat si descris pentru prima oara. De exemplu, incluziile Babes Negri in turbare, Bollinger in variola aviara, Guarnieri in infectiile cu virusul vaccinal. Mult mai tarziu s-a stabilit relatia constanta intre prezenta acestor leziuni celulare microscopice si infectia virala.

Sediul incluziilor este in general in citopalsma, in cazul virusurilor ARN si in nucleu in cazul virusurilor ADN. Poxvirusurile constituie o exceptie, in sensul localizarii in citoplasma a incluziilor Bollinger.

Incluziile la diferite virusuri pot avea o natura si un mecanism de formare diferit:

la adenovirusuri, incluziile sunt constituite din material viral in diferite faze ale procesului de biosinteza sau morfogeneza

la reovirusuri sunt modificari la nivelul unor organite celulare provocate de multiplicarea viurusului

la herpesvirusuri ele reprezinta locul unde a fost sintetizat materialul viral inlocuit ulterior cu o substanta oxifila

Incluziile virale pot fi puse in evidenta in amprente sau sectiuni histiologice prin diferite metode, dintre care cele mai importante sunt:

colorarea prin metode speciale (Sellers pentru amprente, Mann, Lentz pentru sectiuni)

imunofluorescenta cu seruri specifice fata de virusul respectiv, marcate cu substante fluorocrome

autoradiograma cu izotopi radioactivi

Punerea in evidenta a incluziilor reprezinta o metoda frecvent utilizata in practica diagnosticului intr-un numar mare de viroze. Specificitatea lor pentru un anumit virus este detrminata de prezenta lor in tesutul pentru care virusul manifesta histotropism si de pozitia lor in celula, citoplasma sau nucleu. La noi in tara, la nivelul laboratoarelor veterinare judetene evidentierea incluziilor Babes Negri in neuronii piramidali din cormul lui Ammon constituie o metoda curenta pentru diagnosticul turbarii.

Producerea de aberatii cromozomiale

Diferite virusuri din grupurile paramyxo, adeno, papova sunt capabile sa produca in celulele in care se multiplica aberatii cromozomiale. Acestea pot fi: fragmentari de cromozomi ajungand la pulverizari, translocari (mutarea unor segmente de ADN de pe un cromozom pe altul) si fuzionari de cromozomi.

Consecintele cele mai grave ave acestor efecte ale virusurilor se manifesta la femelele gestante, cu umari pentru viitorii produsi. Asemenea situatii fac ca intreruperea sarcinii sa fie permisa la femei care in cursul graviditatii au suferit de unele viroze.

Efectul transformant (oncogen)

Din aproximativ 600 virusuri identificate pana in prezent la animale, la aproximativ ¼ (150) s-a demonstrat un potential oncogen.

Tranformarea tumorala este caracteristica pentru unele virusuri la specia natural receptiva in conditiile infectiei naturale. Prezenta tumorilor este, in astfel de cazuri, si principala manifestare anatomoclinica din virozele respective. Asa este cazul leucozelor aviare, a leucozei taurinelor, al sarcomului lui Rous la pasari etc.

O alta categorie de virusuri nu produc transformarea tumorala la speciile natural receptive, ci numai in conditiile experimentale pe animale de laborator; asa este cazul virusului SV 40 (Simlan vacuolizant 40) care, in conditii naturale se gaseste in stare latenta in rinichiul de maimuta unde nu produce nici o infectie aparenta, dar inoculat la hamster are prorpietati oncogene.

Efectul oncolitic

Unele virusuri, consecutiv multiplicarii lor in celulele tumorale sunt capabile sa opreasca evolutia sau chiar sa provoace regresul si liza tumorii. Efectul oncolitic s-ar explica prin necesitatea pentru biosinteza virala a unor compusi celulari, indispensabili in acelasi timp si pentru dezvoltarea celulelor tumorale. Degradarea celulelor tumorale le face accesibile fagocitozei, ceea ce creaza premizele ramolismentului tumorii.

Utilizarea virusurilor oncolitice in terapia anticanceroasa nu s-a putut realiza datorita faptului ca aceste virusuri, pe lanfa efectul lor antitumoral, au si actiune nociva pentru sistemul nervos.

VIROIZII

O forma acelulara de viata, mai simpla decat virusurile si de dimensiuni incomparabil mai mici, este reprezentata de viroizi. Denumirea lor arata inrudirea cu virusurile, ei fiind in esenta molecule mici de acid nucleic neprotejat de invelisul proteic denumit capsida si nici de invelisul exterior ce contine lipide si proteine, cum este cazul la virusuri.

In 1971 au fost evidentiate pentru prima oara niste maladii ale plantelor provocate de un tip special de agenti patogeni subvirali denumiti viroizi. Printre aceste maladii ale plantelor pot fi citate: boala stelarii tuberculilor de cartof, nanismul si patarea clorotica a crizantemelor, cloroza castravetilor, boala cadang-cadang a palmierilor de cocos etc.

Primul viroid a fost descoperit de catre cercetatorul american T.O Dienner la Beltsville (SUA) in urma unor cercetari efectuate in perioada 1967-1971 la cartof. Viroizii sunt un tip special de agenti patogeni, similari virusurilor, dar cu o organizare mai simpla si de dimensiuni mult mai mici.

Viroizii sunt forme acelulare de viata, alcatuite din molecule de ARN de talie mica, neprotejate de proteine. De pilda, viroidul cartofului care provoaca deformarea tuberculilor are un genom reprezentat de o molecula circulara de ARN cu regiuni mono- si dublu catenare, alcatuita dintr-o secventa de 359 de nucleotide. Este pentru prima oara ca se identifica o astfel de structura formata din ARN monocatenar.

In general, s-a constatat ca viroizii sunt localizati in nucleul celulelor unde se replica cu ajutorul unei enzime de tipul replicazelor din celula gazda. La plante s-au identificat secvente de nucleotide din ADN-ul nuclear complementare cu ARN-ul viroizilor, dar se pare ca replicatia viroizilor nu se realizeaza prin intermediul ADN. Cercetari noi arata ca, in celulele vegetale exista o multitudine de enzime care pot replica moleculele de ARN folosind ca matrita chiar moleculele de ARN ale virionului.

Originea viroizilor nu este prea bine cunoscuta. Pornindu-se de la observatia ca genele plantelor si animalelor sunt alcatuite din regiuni informationale denumite exoni si regiuni non-informationale denumite introni care sunt eliminati in procesul de activare al genelor s-a emis ipoteza ca viroizii ar proveni din introni nedegradati.

Capacitatea patogena a viroizilor se datoreaza interreactiei lor cu genomul celulei gazda, probabil prin perturbarea mecanismelor de reglaj genetic ale acesteia. Ca urmare, se considera ca viroizii sunt la limita inferioara a vietii, fiind sisteme genetice autoreplicative care poseda un program genetic redus la minim.

Recent s-a demonstrat ca si unele maladii umane sunt provocate de viroizi. Astfel, la un trib din Noua Guinee a fost identificata maladia Kuru, care provoaca degenerescenta creierului. O alta maladie similara denumita Kreutzfeld-Jacob provoaca degenerarea progresiva a tesuturilor cerebrale, iar la oi este cunoscuta capiala, care afecteaza sistemul nervos. Pana acum. Aceste maladii erau considerate ca fiind provocate de asa numitele virusuri lente, cu o evolutie indelungata. Cercetari mai noi arata ca unele sunt provocate de viroizi. Investigatiile efectuate in Anglia, la Institutul de Cercetari asupra Bolilor Animalelor au demonstrat prezenta unei mici molecule de acid nucleic in tesuturile cerebrale de la oile bolnave de capiala. In acest caz se pare ca este vorba de un viroid alcatuit dintr-o molecula mica de acid nucleic, autoreplicativ neprotejat de proteine sau de anvelopa in care este inchisa uneori capsida virala.

In concluzie, viroizii pot fi considerati o noua clasa de agenti patogeni subvirali alcatuiti exclusiv dintr-o molecula de acid nucleic, cei mai mici cunoscuti pana in prezent. Ei sunt forme inrudite cu virusurile, dar foarte primitive. Caracteristicile lor denota existenta unei distante filogenetice apreciabile fata de virusuri.

PRIONII

Prionii sunt agenti patogeni care genereaza un grup de boli neurovegetative printr-un mecanism complet nou. Bolile prionice se pot caracteriza ca dereglari genetice, sporadice sau infectioase cauzate de dereglari ale proteinei prionice (PrP). (de la acronomul si anagrama din limba engleza Proteinaceous infectious particle). Prionul este o particula infectioasa proteica care rezista la tratamente draconice (formol, sterilizare clasica, iradiatii). Americanul Stanley Prusiner (premiant Nobel in medicina, 1997) a descoperit in 1997 acest germene "neconventional" care provoaca encefalopatii spongiforme transmisibile (EST), boli cunoscute la oaie inca din 1732 (scrapie) .

Encefalopatiile spongiforme transmisibile (EST) sunt boli ale omului si ale mamiferelor caracterizate prin:

perioada de incubatie lunga, de ordinul anilor

simptomatologie exclusiv nervoasa si evolutie clinica lenta ce dureaza saptamani, cel mai adesea luni, uneori ani, intotdeauna cu sfarsit letal

transmisibilitatea pe cale parenterala sau digestiva la aceeasi specie sau la alte specii, atunci cand se foloseste ca material infectant tesutul nervos, uneori si alte tesuturi recoltate din cazuri de boala

absenta oricarui raspuns imun fata de agentul transmisibil, desi gazda isi pastreaza nealterata competenta imunologica fata de alte antigene

leziuni degenerative ale encefaului, reprezentate prin vacuolizari ale pericarionilor si ale neuropilului, necrobioza neuronala, proliferari gliale (astrocitoza) si uneori formarea de placi amiloide, frecventa si localizarea acestor modificari variaza in mare masura in functie de specia si rasa animalului gazda si de tulpina agentului transmisibil