Genomul viral. Organizare fizica

Genomul viral. Organizare fizica

Genomul viral este alcatuit dintr-o molecula de acid nucleic - ADN sau ARN. Niciodata virionii nu contin ambele tipuri de acizi nucleici. Virusurile al caror genom este alcatuit dintr-o molecula de ADN apartin grupului dezoxiribovirusuri, iar cele care au ca genom o molecula de ARN formeaza grupul larg al ribovirusurilor.

Unele virusuri, in diferite stadii ale ciclului de multiplicare, au alternativ, genom ADN sau ARN (retra-, hepadna, caulimovirusuri).

Genomul viral poate avea o structura unitara sau informatia genetica este distribuita in mai multe segmente genomice legate prin interactiuni specifice.

Moleculele de acid nucleic viral pot fi monocatenare sau dublu catenare, lineare sau circulare. Faptul ca genomul unor virusuri este format dintr-o singura catena de ADN s-a dedus din observatia ca determinarile cantitative ale adeninei nu sunt echivalente cu ale timinei, iar cantitatea de guanina nu este egala cu cea de citozina.

In functie de structura moleculara a materialului genetic, virusurile cu genom ADN se impart in trei clase:

virusuri cu genom dublu catenar, linear (adeno, herpes etc.);

virusuri cu genom dublu catenar, circular (papova);

virusuri cu genom monocatenar, linear (parvovirusuri).

Toate genomurile ADN lineare, mono- sau dublu catenare au secvente repetate invers, fie la extremitati (adeno-), fie atat la extremitati, cat si in interior.

Moleculele genomice monocatenare, lineare(parvovirusuri) sau circulare (fagul fi x 174), au o tendinta foarte accentuata de a se plia, formand bucle dublu catenare in ac de par, ori de cate ori secventele de baze permit formarea unui numar semnificativ de perechi, reunite prin intermediul puntilor de H. Circa jumatate din bazele de ADN monocatenar sunt legate prin punti de H, astfel incat molecula este foarte compacta. Odata cu formarea partiala a unei catene duble, molecula se pliaza. Starea pliata este favorabila unei impachetari optime, deoarece permite o stivuire mai eficienta a suprafetelor hidrofobe ale bazelor.

Genomul viral dublu catenar, din punct de vedere topologic (al configuratiei spatiale) poate fi linear cu extremitati libere (adeno, herpes) sau cu extremitatile legate covalent prin punti fosfodiesterice (poxvirusuri), circular inchis (papovavirusuri), cu diferite grade de supraspiralizare si corespunzator, cu un grad mai mare sau mai mic de condensare.

La fagul l, genomul este dublu catenar linear, cu cozi monocatenare complementare adezive la cele doua capete 5'(sticky ends).

Genomul viral are sarcina neta negativa (este policationic) si este asociat cu doua tipuri de molecule care favorizeaza plierea (condensarea) si impachetarea: poliamine (oligocationice) si proteine(policationice). Dintre poliamine, spermina si spermidina s-au identificat in virionii mixo-, herpes-, adeno-, poxvirusurilor, iar la fagul T₄ - putrescina si spermidina. Efectul de impachetare este favorizat de legaturile ionice intre gruparile cationice ale poliaminelor si proteinelor si de gruparile polianionice ale acizilor nucleici.

Proteinele asociate genomului sunt bazice de tipul protaminelor si histonelor si sunt cunoscute sub denumirea generica de nucleoproteine. Unele proteine asociate genomului sunt ARN-polimeraze.

La unele virusuri ADN, la capatul 5' al fiecarei catene este asociata o proteina, care-i confera stabilitate, dar are si rol in initierea replicarii genomului. Genomul viral si proteinele asociate formeaza regiunea centrala, electrono-densa a virionului.

In mediul celular, dupa ce genomul viral este eliberat, poliaminele induc modificari conformationale ale moleculei genomice: relaxeaza si extind catenele genomice, favorizand procesele de replicare si transcriere in celula infectata.

Majoritatea virusurilor infectioase pentru om si animale au ca genom o molecula de ARN monocatenar. Numai membrii familiei Reoviridae au ca genom o molecula de ARN dublu catenar. Peste 90% dintre virusurile infectioase pentru plante, apartin ribovirusurilor, genomul lor fiind alcatuit dintr-o molecula ARN mono- sau dublu catenar.

Dimensiunile genomului ribovirusurilor sunt relativ uniforme, variatiile fiind in limita a 30 de ori: genomul virusului hepatitei delta are gr. mol. de 500 kDa (l678 nucleotide). Este cel mai mic genom viral si in ciclul multiplicarii este dependent de virusul hepatitei B. Cel mai mare genom ARN este acela al reovirusurilor (l5000 kDa).

Genomul dezoxiribovirusurilor are o scara de variatie dimensionala mai larga, de la 1 la l85. Cel mai mic genom este al virusului hepatitei B (l000 kDa^* - 3 200 nucleotide), iar cel mai mare este al unui avipoxvirus (l85 000 kDa).

Uneori, virionii unui preparat prezinta variatii ale cantitatii de ARN genomic. De exemplu, la paramixovirusuri, un virion poate sa contina mai multe copii ale genomului viral. Alteori, particulele virale pot fi "goale"(lipsite de genom), sau includ numai un fragment de genom. Din genom lipsesc diferite secvente genice, uneori chiar cele care conditioneaza multiplicarea virala. Acestia sunt virioni defectivi si in ciclul multiplicarii sunt dependenti de prezenta in celula, a unor virusuri "helper"(ajutatoare), care suplinesc defectele genetice ale virionilor defectivi.

^*Un Dalton este egal cu masa atomului de hidrogen, adica 1,672649 x 10^-24 g. 1 kDa =1 000 D.

Genomuri virale ARN segmentate (divizate, multipartite

Unele ribovirusuri, infectioase pentru organismul animal, precum si altele infectioase pentru plante au genomul alcatuit din mai multe segmente. Ribovirusurile cu genom segmentat, infectioase pentru om si animale (virusurile gripale, reo- si arenavirusurile) se caracterizeaza prin faptul ca toate segmentele genomului sunt incorporate intr-o capsida comuna.

Virusurile gripale au genomul alcatuit din 8 si respectiv 7 segmente de ARN monocatenar. La Arenaviridae, genomul este format din doua segmente inegale (L = Large = 2 x l0⁶ D si S = Small = l0⁶ D). La reovirusuri, genomul are caracter de unicitate, fiind format din l0 segmente de ARN dublu catenare. La toate cele trei familii de virusuri, segmentele de ARN sunt distincte, adica se deosebesc prin secventa nucleotidelor si nu provin prin fragmentarea unei molecule mari. Dovada caracterului lor distinct este ca moleculele nu hibrideaza unele cu altele, fiecare fiind transcrisa in ARNm specific si codifica sinteza unei proteine.

Ribovirusurile cu genom segmentat, infectioase pentru plante (Tobra-, Bromo-, Como-, Nepo-, Cucumovirus) au o particularitate distincta: segmentele genomului lor nu sunt incorporate in aceiasi capsida virala, ci sunt distribuite individual in capside separate. Pentru desfasurarea ciclului de multiplicare virala este necesara infectia simultana cu toate particulele virale care constituie complementul genomic. Virusul mozaicului lucernei (alfalfavirus) are genomul alcatuit din 5 segmente, repartizate in 4 tipuri de virioni: trei au forma de bastonas, fiecare avand cate o molecula de ARN, iar al IV-lea, de forma elipsoidala contine doua segmente de ARN.

Genomul segmentat pare a fi avantajos, deoarece mesajele genetice mai mici sunt mai usor replicate si transmise in celula eucariota animala sau vegetala. Pentru virusurile cu genom segmentat repartizat in mai multe capside, faptul pare dezavantajos pentru initierea replicarii, dependenta de toate segmentele genomice incapsidate separat, dar in realitate, in procesul infectios se elibereaza cantitati imense de particule virale, care asigura sansa transmiterii tuturor particulelor ce contin un complement genomic.