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15.3.1: Patógenos Virais - Biologia

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15.3.1: Patógenos Virais

Patogênese Viral

Patógenos são agentes causadores de doenças e a patogênese é o estudo da doença processo . Em células cultivadas, as mudanças observadas (isto é, morte, morfologia alterada, transformação) podem ser atribuídas diretamente à infecção por vírus. No entanto, a doença é um processo mais complexo que pode resultar de efeitos diretos do vírus, respostas imunológicas à infecção ou uma combinação de ambos. Os estudos modernos da patogênese viral buscam compreender não apenas os danos a um organismo, mas também o eventos moleculares subjacentes que causam o dano observado. As doenças causadas por vírus humanos são frequentemente estudadas em modelos animais. O desenvolvimento de tais modelos pode incluir a adaptação de um vírus humano ao crescimento em animais. Ou vírus humanos podem ser usados ​​para inocular animais por vias não naturais ou em doses muito altas. Alternativamente, estudar a patogênese de um vírus animal em seu hospedeiro natural pode fornecer informações sobre a patogênese de um vírus humano relacionado. O desenvolvimento de sistemas modelo pode ser difícil e caro, mas os métodos genéticos modernos estão fornecendo novos caminhos de estudo. Freqüentemente, os resultados de vários modelos diferentes são combinados para obter uma compreensão da patogênese de um único vírus.


A aprendizagem profunda microscópica prevê infecções virais

O Deep Learning detecta células infectadas por vírus e prevê infecções agudas e graves. Crédito: Universidade de Zurique

Quando os vírus infectam uma célula, ocorrem alterações no núcleo da célula, que podem ser observadas por meio de microscopia de fluorescência. Usando imagens de fluorescência feitas em células vivas, pesquisadores da Universidade de Zurique treinaram uma rede neural artificial para reconhecer de forma confiável células infectadas por adenovírus ou vírus do herpes. O procedimento também identifica infecções agudas graves em um estágio inicial.

Em humanos, os adenovírus podem infectar as células do trato respiratório, enquanto os vírus do herpes podem infectar as células da pele e do sistema nervoso. Na maioria dos casos, isso não leva à produção de novas partículas de vírus, pois os vírus são suprimidos pelo sistema imunológico. No entanto, os adenovírus e os vírus do herpes podem causar infecções persistentes que o sistema imunológico não consegue controlar completamente e que produzem partículas virais por anos. Esses mesmos vírus também podem causar infecções repentinas e violentas, em que as células afetadas liberam grandes quantidades de vírus, de modo que a infecção se espalha rapidamente. Isso pode levar a doenças agudas graves dos pulmões ou do sistema nervoso.

Detecção automática de células infectadas por vírus

O grupo de pesquisa de Urs Greber, professor do Instituto de Ciências da Vida Molecular da Universidade de Zurique (UZH), mostrou agora pela primeira vez que um algoritmo de aprendizado de máquina pode reconhecer as células infectadas com herpes ou adenovírus com base apenas no fluorescência do núcleo da célula. "Nosso método não apenas identifica com segurança as células infectadas por vírus, mas também detecta com precisão as infecções virulentas com antecedência", diz Greber. Os autores do estudo acreditam que seu desenvolvimento tem muitas aplicações - incluindo a previsão de como as células humanas reagem a outros vírus ou microorganismos. "O método abre novas maneiras de entender melhor as infecções e descobrir novos agentes ativos contra patógenos, como vírus ou bactérias", acrescenta Greber.

O método de análise é baseado na combinação de microscopia de fluorescência em células vivas com processos de aprendizagem profunda. O herpes e os adenovírus formados dentro de uma célula infectada alteram a organização do núcleo, e essas alterações podem ser observadas ao microscópio. O grupo treinou um algoritmo de aprendizado profundo - uma rede neural artificial - para detectar automaticamente essas mudanças. A rede é treinada com um grande conjunto de imagens microscópicas por meio das quais aprende a identificar padrões característicos de células infectadas ou não infectadas. “Após a conclusão do treinamento e da validação, a rede neural detecta automaticamente as células infectadas por vírus”, explica Greber.

Previsão confiável de infecções agudas graves

A equipe de pesquisa também demonstrou que o algoritmo é capaz de identificar infecções agudas e graves com 95 por cento de precisão e até 24 horas de antecedência. Imagens de células vivas de infecções líticas, nas quais as partículas virais se multiplicam rapidamente e as células se dissolvem, assim como imagens de infecções persistentes, nas quais os vírus são produzidos continuamente, mas apenas em pequenas quantidades, serviram como material de treinamento. Apesar da grande precisão do método, ainda não está claro quais características dos núcleos de células infectadas a rede neural artificial realmente reconhece para distinguir as duas fases da infecção. No entanto, mesmo sem esse conhecimento, os pesquisadores agora são capazes de estudar a biologia das células infectadas com mais detalhes.

O grupo já descobriu algumas diferenças: A pressão interna do núcleo é maior durante as infecções virulentas do que nas fases persistentes. Além disso, em uma célula com infecção lítica, as proteínas virais se acumulam mais rapidamente no núcleo. "Suspeitamos que processos celulares distintos determinam se uma célula se desintegra ou não após ser infectada. Agora podemos investigar essas e outras questões", diz Greber.


Argonaute 18 indutível por vírus confere resistência a vírus de amplo espectro em arroz sequestrando um microRNA hospedeiro

Os patógenos virais são uma grande ameaça à produção de arroz em todo o mundo. Embora a interferência de RNA (RNAi) seja conhecida por mediar a imunidade antiviral em modelos de plantas e animais, o mecanismo de RNAi antiviral em arroz e outras culturas economicamente importantes é pouco compreendido. Aqui, relatamos que a resistência do arroz a vírus evolutivamente diversos requer Argonaute18 (AGO18). Estudos genéticos revelam que a função antiviral do AGO18 depende de sua atividade em sequestrar microRNA168 (miR168) para aliviar a repressão do AGO1 do arroz, essencial para o RNAi antiviral. A expressão de AGO1a resistente a miR168 em background ago18 resgata ou aumenta a atividade antiviral do arroz. Notavelmente, a expressão transgênica estável de AGO18 confere resistência a vírus de amplo espectro em arroz. Nossos resultados revelam uma nova atividade antiviral cooperativa de duas proteínas AGO distintas e sugerem uma nova estratégia para o controle de doenças virais em arroz.

Palavras-chave: Microbiologia de doenças infecciosas de RNAi biologia vegetal vírus de doenças virais de arroz.

Declaração de conflito de interesse

Os autores declaram que não existem interesses conflitantes.

Bonecos

Figura 1 .. AGO1 participa da imunidade antiviral ...

Figura 1. AGO1 participa da imunidade antiviral em arroz.

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Figura 1 - suplemento da figura 1. Caracterização do arroz ago1 Linhas de RNAi e perfis de expressão de arroz ...

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Figura 2. AGO18 é induzido por infecção viral e confere imunidade antiviral em arroz.

Figura 2 — figura suplemento 1 .. Análise filogenética de ...

Figura 2 — figura do suplemento 1. Análise filogenética de proteínas da família AGO em plantas.

Árvore não enraizada, juntando-se ao vizinho ...

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Figura 2 — figura suplemento 2. RSV CP dispara a expressão de AGO18.

Detecção de CP, P2, pC4, P4, ...

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Figura 2 - suplemento da figura 3 .. Identificação do ago18 mutante.

( UMA ) Um diagrama mostrando ...

Figura 2 — figura suplemento 4 .. AGO18 é necessário ...

Figura 2 — figura suplemento 4 .. AGO18 é necessário para a resistência do arroz à infecção por RDV.

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Figura 3 .. AGO18 improvável funciona como um efetor de vsiRNAs.

Figura 4 .. AGO18 compete com AGO1 por ...

Figura 4. AGO18 compete com AGO1 por miR168 para suprarregular AGO1 após infecção viral.

Figura 5 .. AGO18 compete com AGO1 por ...

Figura 5 .. AGO18 compete com AGO1 por miR168 in vitro.

A interação específica AGO18-miR168 foi confirmada ...

Figura 6 .. Pequeno RNA de ligação, mas não fatiando ...

Figura 6 .. Pequena ligação de RNA, mas não atividade de fatiamento de AGO18 é necessária para seu antiviral ...

Figura 7 .. Expressão transgênica de AGO1a resistente a miR168 ...

Figura 7 .. A expressão transgênica de AGO1a resistente a miR168 salvou a deficiência de ago18 para resistência viral.


Bactérias

As bactérias são minúsculos organismos unicelulares encontrados em quase todos os lugares. Existem bactérias na sua mesa, na sua pele, dentro de você e até mesmo na tela do computador. A maioria das bactérias não são patógenos. Isso significa que, na maioria das vezes, eles não causam doenças.

Esta imagem mostra bactérias (rosa) atacando algumas células da pele (amarelo). As bactérias são consideradas células simples porque não têm núcleo. Imagem do NIAID.


A caracterização estrutural in vivo do genoma do RNA SARS-CoV-2 identifica proteínas do hospedeiro vulneráveis ​​a drogas reaproveitadas

A síndrome respiratória aguda grave do coronavírus 2 (SARS-CoV-2) é a causa da pandemia de doença coronavírus em curso em 2019 (COVID-19). A compreensão do vírus RNA e suas interações com as proteínas do hospedeiro podem melhorar as intervenções terapêuticas para COVID-19. Usando o icSHAPE, determinamos a paisagem estrutural do RNA do SARS-CoV-2 em células humanas infectadas e de RNAs redobrados, bem como as regiões regulatórias não traduzidas do SARS-CoV-2 e seis outros coronavírus. Validamos vários elementos estruturais previstos in silico e descobrimos características estruturais que afetam a tradução e abundância de RNAs virais subgenômicos nas células. Os dados estruturais informaram uma ferramenta de aprendizado profundo para prever 42 proteínas do hospedeiro que se ligam ao RNA SARS-CoV-2. Surpreendentemente, os oligonucleotídeos antisense direcionados aos elementos estruturais e drogas aprovadas pela FDA que inibem as proteínas de ligação ao RNA da SARS-CoV-2 reduziram drasticamente a infecção por SARS-CoV-2 em células derivadas de tumores de fígado e pulmão humanos. Nossos resultados, portanto, lançam luz sobre o coronavírus e revelam vários candidatos terapêuticos para o tratamento com COVID-19.

Palavras-chave: Predição de ligação de RBP Estrutura secundária de RNA SARS-CoV-2 droga fator hospedeiro de reproposta.


Avanço

Resumo

Nosso conhecimento sobre a patogênese viral é baseado em dados experimentais gerados por muitos investigadores ao longo do último século. Além disso, a pesquisa em andamento constantemente revisa e expande nosso entendimento. Para dar aos leitores uma noção da base experimental da patogênese viral, dedicamos este capítulo a exemplos de avanços importantes neste campo. Como havia muitos prêmios Nobel para pesquisas relevantes para a patogênese viral, decidimos usar alguns deles como ilustrações. Em cada caso, nós descrevemos os dados experimentais originais, explicamos sua relevância para a patogênese viral e fornecemos um breve esboço biográfico de um dos ganhadores do Nobel. Os exemplos que selecionamos abrangem muitos aspectos da patogênese, incluindo virologia, imunologia, respostas do hospedeiro e vacinas. Muitas dessas informações são baseadas em palestras e outras informações geradas como parte das cerimônias do Nobel e apresentadas no site oficial da Fundação Nobel (Nobelprize.org). Os documentos originais disponíveis online são uma leitura fascinante, e as vídeo-aulas são uma ótima introdução aos assuntos. Esperamos que essas histórias individuais inspirem alguns de nossos leitores a considerar as oportunidades de pesquisas futuras na patogênese viral.


Estrutura e função

Os vírus são inertes fora da célula hospedeira. Vírus pequenos, por exemplo, poliomielite e vírus do mosaico do tabaco, podem até ser cristalizados. Os vírus são incapazes de gerar energia. Como parasitas intracelulares obrigatórios, durante a replicação, eles dependem totalmente da complicada maquinaria bioquímica das células eucarióticas ou procarióticas. O principal objetivo de um vírus é entregar seu genoma na célula hospedeira para permitir sua expressão (transcrição e tradução) pela célula hospedeira.

Um vírus infeccioso totalmente formado é chamado de vírion. Os vírions mais simples consistem em dois componentes básicos: ácido nucleico (RNA ou DNA de fita simples ou dupla) e um revestimento de proteína, o capsídeo, que funciona como uma casca para proteger o genoma viral de nucleases e que durante a infecção anexa o vírion a receptores específicos expostos na célula hospedeira em perspectiva. As proteínas da cápside são codificadas pelo genoma do vírus. Devido ao seu tamanho limitado (Tabela 41-1), o genoma codifica apenas algumas proteínas estruturais (além das proteínas regulatórias não estruturais envolvidas na replicação do vírus). Os capsídeos são formados como cascas de proteínas simples ou duplas e consistem em apenas uma ou algumas espécies de proteínas estruturais. Portanto, várias cópias de proteínas devem se automontar para formar a estrutura tridimensional contínua do capsídeo. A automontagem dos capsídeos do vírus segue dois padrões básicos: simetria helicoidal, em que as subunidades da proteína e o ácido nucleico são arranjados em uma hélice, e simetria icosaédrica, na qual as subunidades da proteína se reúnem em uma camada simétrica que cobre o núcleo contendo o ácido nucleico .

Tabela 41-1

Propriedades químicas e morfológicas de famílias de vírus animais relevantes para doenças humanas.

Algumas famílias de vírus têm uma cobertura adicional, chamada de envelope, que geralmente é derivada em parte das membranas modificadas das células hospedeiras. Os envelopes virais consistem em uma bicamada lipídica que envolve de perto uma camada de proteínas associadas à membrana codificadas por vírus. O exterior da bicamada é cravejado de proteínas de membrana glicosiladas (trans-) codificadas por vírus. Portanto, os vírus com envelope geralmente exibem uma faixa de picos ou botões de glicoproteína, também chamados de peplômeros. Em vírus que adquirem seu envelope por brotamento através do plasma ou de outra membrana celular intracelular, a composição lipídica do envelope viral reflete de perto aquela da membrana particular do hospedeiro. O capsídeo externo e as proteínas do envelope dos vírus são glicosiladas e importantes na determinação da faixa de hospedeiros e da composição antigênica do vírion. Além das proteínas do envelope especificadas pelo vírus, os vírus em formação também carregam certas proteínas da célula hospedeira como constituintes integrais do envelope viral. Os envelopes de vírus podem ser considerados uma camada protetora adicional. Os vírus maiores costumam ter uma arquitetura complexa que consiste em simetrias helicoidais e isométricas confinadas a diferentes componentes estruturais. Os vírus pequenos, por exemplo, o vírus da hepatite B ou os membros da família dos picornavírus ou parvovírus, são ordens de magnitude mais resistentes do que os vírus complexos maiores, por exemplo, membros das famílias de herpes ou retrovírus.


Principais áreas de pesquisa

  • Entrada viral nas células
  • Regulação da expressão viral e do gene hospedeiro
  • Mecanismos de replicação do DNA viral
  • Biogênese de proteínas e partículas virais
  • Ações de fatores de crescimento viral e moléculas de defesa imunológica
  • Determinantes da virulência viral e patogenicidade
  • Geração de peptídeos MHC classe I
  • Especificidade e função dos anticorpos antivirais
  • Desenvolvimento de vetores de expressão recombinantes, vacinas candidatas e agentes antivirais
  • Grande variedade de vírus de DNA e RNA, incluindo vírus da imunodeficiência humana / símia, poxvírus, herpesvírus, papilomavírus, coronavírus, vírus influenza, alfavírus e flavivírus
  • Vasta gama de conhecimentos, incluindo biologia molecular, biologia celular, imunologia celular, imunologia humoral, carcinogênese, vírus recombinantes, vacinas, patogênese viral e o microbioma

O Laboratório de Doenças Virais inclui os seguintes investigadores principais, cientistas da equipe e / ou médicos da equipe:

O Laboratório de Doenças Virais inclui as seguintes seções e unidades:


Desvendando o mistério que torna os vírus infecciosos

Pentâmeros da proteína do capsídeo (subunidades codificadas por cores) sendo recrutados para a casca da proteína em crescimento (marrom) durante a montagem do vírion pela formação de contatos específicos de sequência entre o genoma (sinais de empacotamento mostrados como modelos preenchidos com espaço laranja) e o capsídeo do Enterovírus-E. Crédito: University of Leeds

Os pesquisadores identificaram pela primeira vez a maneira como vírus como o poliovírus e o vírus do resfriado comum 'empacotam' seu código genético, permitindo que infectem as células.

Os resultados, publicados hoje na revista PLOS Pathogens por uma equipe das Universidades de Leeds e York, abre a possibilidade de que drogas ou agentes antivirais possam ser desenvolvidos para impedir essas infecções.

Depois que uma célula é infectada, o vírus precisa espalhar seu material genético para outras células. Este é um processo complexo que envolve a criação do que é conhecido como vírions - cópias infecciosas recém-formadas do vírus. Cada vírion é uma casca de proteína que contém uma cópia completa do código genético do vírus. Os vírions podem então infectar outras células e causar doenças.

O que tem sido um mistério até agora é uma compreensão detalhada de como o vírus monta esses virions filhos.

O professor Peter Stockley, ex-diretor do Astbury Center for Structural Molecular Biology em Leeds, que supervisionou a pesquisa com o professor Reidun Twarock de York, disse: "Este estudo é extremamente importante por causa da maneira como muda nosso pensamento sobre como podemos controlar algumas doenças virais. Se pudermos interromper o mecanismo de formação do vírion, então haverá o potencial de interromper uma infecção em seu caminho. "

"Nossa análise sugere que as características moleculares que controlam o processo de formação do vírion são geneticamente conservadas, o que significa que não sofrem mutações facilmente - reduzindo o risco de que o vírus possa mudar e tornar qualquer nova droga ineficaz."

A pesquisa em Leeds e York reúne especialistas em estrutura molecular de vírus, microscopia eletrônica e biologia matemática.

O estudo se concentra em um vírus bovino inofensivo que não é infeccioso em pessoas, o Enterovírus-E, que é o substituto universalmente adotado para o poliovírus. O poliovírus é um vírus perigoso que infecta as pessoas, causando a poliomielite e é alvo de uma iniciativa de erradicação do vírus da Organização Mundial de Saúde.

O grupo dos enterovírus também inclui o rinovírus humano, causador do resfriado comum.

O estudo publicado hoje detalha o papel dos chamados sinais de empacotamento de RNA, regiões curtas da molécula de RNA que, juntamente com as proteínas do invólucro do vírus, garantem a formação precisa e eficiente de um vírion infeccioso.

Usando uma combinação de biologia molecular e matemática, os pesquisadores foram capazes de identificar possíveis locais na molécula de RNA que poderiam atuar como sinais de empacotamento. Usando microscópios eletrônicos avançados no Astbury Biostructure Laboratory da University of Leeds, os cientistas foram capazes de visualizar diretamente esse processo - a primeira vez que foi possível com qualquer vírus desse tipo.

O professor Twarock acrescentou: "Entender em detalhes como esse processo funciona, e o fato de que parece conservado em uma família inteira de patógenos virais, permitirá que a indústria farmacêutica desenvolva agentes antivirais que podem bloquear essas interações importantes e prevenir doenças."


Assista o vídeo: Doenças virais (Agosto 2022).