Genomas Virais: A Elegância do Sistema de Classificação de Baltimore

Viral Genomes and the Baltimore Classification System

Key Concepts: Baltimore classification, viral genomes, DNA viruses, RNA viruses, positive-sense RNA, negative-sense RNA, reverse transcriptase, genome organization, viral replication, viral enzymes, RNA polymerase, DNA polymerase, transcriptase reversa.

Baltimore Classification System

O sistema de classificação de Baltimore é um sistema para entender a funcionalidade dos diferentes genomas virais durante a infecção celular. Ele se concentra na necessidade comum a todos os vírus de produzir RNA mensageiro (mRNA) a partir do genoma viral após a infecção. A produção de mRNA é essencial porque os vírus utilizam a maquinaria celular para produzir seus componentes, e o mRNA é necessário para a tradução em proteínas virais.

O fluxo informacional dentro da célula segue o dogma central da biologia: DNA é transcrito em RNA mensageiro, que é traduzido em proteína. A forma como um genoma viral entra nesse fluxo informacional depende de suas características.

Atualmente, existem sete classes de genomas virais distintos, o que permite classificar todos os vírus em uma dessas categorias.

Seven Classes of Viral Genomes

1. dsDNA (DNA dupla fita): Vírus com genomas de DNA de fita dupla.
2. dsDNA parcial (DNA dupla fita parcial): Vírus com genomas de DNA de fita dupla, onde uma fita é contínua e a outra é fragmentada.
3. ssDNA (DNA fita simples): Vírus com genomas de DNA de fita simples.
4. dsRNA (RNA dupla fita): Vírus com genomas de RNA de fita dupla.
5. (+)ssRNA (RNA fita simples polaridade positiva): Vírus com genomas de RNA de fita simples que têm a mesma sequência do RNA mensageiro.
6. (-)ssRNA (RNA fita simples polaridade negativa): Vírus com genomas de RNA de fita simples que são complementares ao RNA mensageiro.
7. (+)ssRNA-RT (RNA fita simples polaridade positiva com intermediário de DNA): Vírus de RNA que transformam sua informação em um intermediário de DNA durante a infecção.

Polaridade: A polaridade se refere à convenção de nomear uma molécula com a mesma sequência do RNA mensageiro como polaridade positiva. O complemento dessa sequência é chamado de polaridade negativa.

Genome Composition and Spatial Organization

A composição do genoma (DNA ou RNA, fita simples ou dupla) não é suficiente para descrever completamente a organização do genoma viral. A organização espacial também é importante.

• Formato: Os genomas podem ser lineares ou circulares.
• Proteínas: Podem estar associados a proteínas ou não.
• Estruturas: Podem ter estruturas semelhantes a um cap ou não.
• Polaridade: A mesma molécula pode ter regiões de polaridade positiva e negativa (ambisense).
• Ligações cruzadas: As extremidades das fitas duplas podem estar unidas para aumentar a estabilidade.
• Fragmentos de RNA: Vírus de DNA podem ter fragmentos de RNA covalentemente associados.

Genomas Lineares: Genomas lineares podem ter regiões de auto complementariedade, formando estruturas de grampo (herpin).

Examples of Viruses in Each Category

• dsDNA: Adenovírus (resfriados, conjuntivites), Herpes simplex vírus (lesões na pele e mucosas).
• ssDNA: Parvovírus (parvovirose canina).
• dsRNA: Reovírus (Rotavírus - gastroenterite).
• (+)ssRNA: Poliovírus (poliomielite), SARS-CoV-2 (COVID-19).
• (-)ssRNA: Vírus influenza (gripe). Genoma segmentado.
• (+)ssRNA-RT: Retrovírus (HIV, HTLV).
• dsDNA parcial: Vírus da Hepatite B.

Viral Zone: Uma base de dados atualizada sobre genética e genoma viral.

Information Encoded by Viral Genomes

Os genomas virais codificam para:

• Elementos de replicação do genoma viral: Polimerases virais.
• Elementos de processamento e empacotamento do genoma: Proteínas que interagem com o genoma para organização dentro do capsídeo.
• Elementos que alteram o ciclo celular: Desregulação ou regulação do ciclo celular para aumentar a produção de moléculas virais.
• Elementos envolvidos na modulação da resposta imunológica: Citocinas-like com ação anti-inflamatória.
• Elementos que facilitam a disseminação para outras células: Moléculas adesivas que ajudam na agregação viral.

Replication Strategies by Viral Class

dsDNA Viruses

1. O genoma viral é direcionado para o núcleo da célula.
2. A RNA polimerase celular transcreve o DNA viral em mRNA.
3. O mRNA é exportado para o citoplasma para tradução em proteínas virais.
4. A replicação do genoma viral ocorre no núcleo, utilizando DNA polimerases (virais ou do hospedeiro).

DNA Polimerases: DNA polimerases virais geralmente não possuem sítio de edição, resultando em uma maior taxa de mutação.

dsDNA Parcial Viruses (Hepatite B)

1. Reparo da fita incompleta do DNA.
2. Transcrição em mRNA.
3. Tradução em proteínas virais.
4. Uso de transcriptase reversa para gerar uma cópia de RNA do genoma.
5. O RNA serve de molde para a síntese de DNA.

ssDNA Viruses

1. Síntese de uma fita complementar para formar DNA de fita dupla.
2. Transcrição, tradução e replicação seguem o mesmo processo dos vírus de DNA de fita dupla.

dsRNA Viruses

1. A RNA polimerase dependente de RNA (RdRp) viral transcreve o genoma de RNA de fita dupla em mRNA.
2. O mRNA é traduzido em proteínas virais.
3. A RdRp replica o RNA de fita simples para gerar novos RNAs de fita dupla.

RNA Polimerase Dependente de RNA (RdRp): Enzima viral essencial para a replicação de genomas de RNA.

(+)ssRNA Viruses

1. O genoma viral pode ser imediatamente traduzido em proteínas virais.
2. A RdRp viral gera um molde de polaridade negativa.
3. O molde de polaridade negativa serve de base para a síntese de muitas cópias de polaridade positiva.

(+)ssRNA-RT Viruses (HIV)

1. A transcriptase reversa usa o RNA para produzir DNA de fita simples.
2. O DNA de fita simples é duplicado em DNA de fita dupla.
3. A integrase viral insere o DNA de fita dupla no genoma da célula infectada.
4. A transcrição e tradução ocorrem usando as enzimas celulares.

(-)ssRNA Viruses

1. A RdRp viral transcreve o genoma de RNA de polaridade negativa em mRNA de polaridade positiva.
2. O mRNA é traduzido em proteínas virais.
3. A RdRp sintetiza novas cópias do genoma viral de polaridade negativa.

Conclusion

O sistema de classificação de Baltimore fornece uma estrutura para entender a diversidade dos genomas virais e suas estratégias de replicação. A compreensão das características específicas de cada classe de vírus, incluindo a composição do genoma, a organização espacial e as enzimas virais envolvidas na replicação, é fundamental para o desenvolvimento de terapias antivirais eficazes. A dependência de enzimas virais específicas, como a RdRp e a transcriptase reversa, representa alvos farmacológicos promissores.