Os picornavirus son un grupo de virus de ARN relacionados sen envoltura clasificados na familia Picornaviridae que infectan vertebrados incluíndo peixes, mamíferos e aves. Son virus que representan unha gran familia de pequenos, virus de ARN monocatenario de sentido positivo cunha cápside icosaédrica de 30 nm. Os virus desta familia poden causar diversas doenzas, como o arrefriado común, poliomielite, meninxite, hepatite e parálise.
Os picornavirus constitúe a familia Picornaviridae, orde Picornavirales, e realm Riboviria. Hai 159 especies nesta familia, asignadas a 68 xéneros, a maioría dos cales pertencen a 5 subfamilias. Notables exemplos son os xéneros Enterovirus (incluíndo Rhinovirus e Poliovirus), Aphthovirus, Cardiovirus e Hepatovirus.
Etimoloxía O nome "picornavirus" ten unha etimoloxía dual. Por un lado, deriva de picorna, que é o acrónimo de "poliovirus, insensibilidade ao éter, coxsackievirus, virus orfo, rinovirus e ácido ribonucleico (na forma inglesa ribonucleic acid). Por outro lado, o nome tamén forma o prefixo pico-, que designa unha unidade de medida moi pequena (equivalente a 10−12), combinado con RNA (ARN en inglés) que serve para describir este grupo de virus de ARN moi pequenos.
Historia O primeiro virus animal que se descubriu (1897) foi o virus da glosopeda (FMDV). É o membro prototípico do xénero Aphthovirus da familia Picornaviridae. O ensaio de placa viral desenvolveuse usando o poliovirus; o descubrimento da replicación viral en cultivo fíxose tamén con poliovirus en 1949. Este foi a primeira vez que se produciron virus infecciosos en células cultivadas. A síntese de poliproteínas, os sitios de entrada ao ribosoma internos, e os ARNm sen carapucha descubríronse tamén estudando células infectadas por poliovirus, e un clon de poliovirus foi o primeiro clon de ADN infeccioso dun virus de ARN en animais. Xunto cos rinovirus, o poliovirus foi o primeiro virus animal do que se determinou a estrutura por cristalografía de raios X. O encima ARN polimerase dependente de ARN descubriuse en Mengovirus, un xénero de picornavirus.
Viroloxía Estrutura miniatura|Proteínas estruturais do virus da glosopeda VP1, VP2, VP3 e VP4 que forman os protómeros e a cápside icasaédrica. Os picornavirus non teñen envoltura arredor da súa cápside icosaédrica. A cápsida está formada por 60 protómeros nunha estrutura icosaédrica estreitamente encaixada. Cada protómero consta de catro polipéptidos chamados VP (viral protein/proteína viral) 1, 2, 3 e 4. Os polipéptidos VP2 e VP4 orixínanse a partir do protómero VP0 que se corta para dar lugar aos diferentes compoñentes da cápsida. A cápsida icosaédrica ten un número de triangulación de 3, isto significa que nunha estrutura icosaédrica cada un dos 60 triángulos que constitúen a cápside divídense en tres triángulos pequenos cunha subnidade na esquina.
Moitos picornaviruses teñen unha profunda fenda formada arredor de cada un dos 12 vértices do icosaedro. A superficie externa da cápside está composta de rexións de VP1, VP2 e VP3. Arredor de todos os vértices hai un canón tapizado polos C-terminais de VP1 e VP3. A supericie interior da cápside está composta por VP4 e os N-terminais de VP1. J. Esposito e Frederick A. Murphy demostraron a estrutura das fendas, os denominados canóns, usando cristalografía de raios X e microscopia crioelectrónica.
Dependendo do tipo e grao de deshidratación , a partícula viral ten uns 30–32 nm de diámetro. O xenoma viral ten uns 2500 nm de lonxitude, así que está estreitamente empaquetado dentro da cápside xunto con substancias como ións de sodio para equilibrar as cargas negativas no ARN causadas polos grupos fosfato.
Xenoma miniatura|Organización xenómica e proteínas dos enterovirus e aftovirus.
Os picornavirus clasifícanse no sistema de clasificación de Baltimore como virus do grupo IV, xa que conteñen un xenoma de ARN monocatenario de sentido positivo. Os seus xenomas van das 6,7 aos 10,1 (quilobases) de lonxitude. Como a maioría dos xenomas de ARN monocatenario de fibra positiva, o seu material xenético por si só é infectivo; aínda que son substancialmente menos virulentos que cando este se está contido dentro da partícula viral completa, o ARN pode incrementar a súa infectividade se se transfecta dentro das células. O xenoma de ARN é pouco común poque ten unha proteína no extremo 5' que se usa como cebador ou primer para a transcrición pola ARN polimerase. Este cebador chámase VPg, e ten entre 2 e 3 kb. O VPg contén un residuo de tirosina no extremo 3'. A tirosina, polo seu grupo –OH, únese covalentemente ao extremo 5' do ARN.
O xenoma destes virus non está segmentado e ten sentido positivo (o mesmo sentido que os ARNm de mamíferos, léndose de 5' a 3'). A diferenza do ARNm de mamíferos, o dos picornavirus non teñen unha carapucha 5', senón unha proteína codificada polo virus chamada VPg. Porén, igual que os ARNm de mamíferos, o xenoma ten unha cola poli(A) no extremo 3'. Unha rexión non traducida (UTR) encóntrase en ambos os etremos do xenoma dos picornavirus. O 5' UTR adoita ser máis longo, de arredor de 500–1200 nucleótidos de lonxitude, comparada co 3' UTR, que ten 30–650 nucleótidos. Pénsase que o 5' UTR é importante na tradución e o 3' na síntese da febra negativa; porén, o extremo 5' pode tamén ter un papel na virulencia do virus. O resto do xenoma codifica proteínas estruturais no extremo 5' e proteínas non estruturais no extremo 3' nunha soa poliproteína.
A poliproteína organízase como: L-1ABCD-2ABC-3ABCD con cada letra representando unha proteína, pero existen variacións desta disposición. As proteínas 1A, 1B, 1C e 1D son as proteínas da cápside VP4, VP2, VP3 e VP1, respectivamente. As proteases codificados por virus realizan os cortes, algúns dos cales son intramoleculares. Primeiramente córtase a poliproteína para dar lugar a P1, P2 e P3. A P1 queda miristilada no N-terminal antes de ser cortada orixinando VP0, VP3 e VP1, as proteínas que formarán a procápside; VP0 córtase despois para producir VP2 e VP4. Outros produtos dos cortes proteolíticos son 3B (VPg), 2C (unha ATPase) e 3D (a ARN polimerase).
Replicación
Elementos do ARN miniatura|Xenoma do virus da glosopeda e elementos estruturais do ARN.
Os ARNs xenómicos dos picornavirus posúen múltiples elementos do ARN, e estes son necesarios para a síntese do ARN de febra positiva ou negativa. O elemento de replicación que actúa en cis (CRE) é necesaria para a replicación. A estrutura de talo-bucle que contén o CRE é independente da posición, pero cambia de localización entre tipos de virus. Ademais, os elementos do extremo 3' do ARN viral son significativos na eficiencia da replicación do ARN dos picornavirus. O extremo 3' dos picornavirus contén un tracto poli(A), que cómpre para a infectividade. Porén, hipotetízase que a síntese de ARN ocorre nesta rexión. O extremo 3'-NCR dos poliovirus non é necesario para a síntese da febra negativa, mais é un elemento importante para a síntese da febra positiva. Adicionalmente, o extremo 5'-NCR que contén elementos estruturais secundarios é necesario para a replicación do ARN e o inicio da tradución en poliovirus. Os sitios de entrada ao ribosoma internos son estruturas do ARN que permiten o inicio da tradución independentemente da carapucha, e son capaces de iniciar a tradución no medio dun ARN mensaxeiro.
Ciclo vital miniatura|Ciclo vital dos picornavirus. A partícula viral únese a receptores da superficie celular, os cales caracterizáronse para cada serotipo de picornavirus. Por exemplo, o receptor do poliovirus é a glicoproteína CD155, que é un receptor especial de humanos e algúns outros primates. Por esta razón, os poliovirus non se puideron replicar en laboratorios ata que se desenvolveron os ratos transxénicos que tiñan o receptor CD155 na superficie celular na década de 1990. Estes animais poden ser infectados polo virus e usados para estudos da replicación e patoxénese. A unión ao receptor causa un cambio conformacional nas proteínas da cápside do virus, e libérase o ácido mirístico. O ácido forma un poro na membrana celular a través do cal se inxecta o ARN.
Unha vez dentro da célula, o ARN íspese e o xenoma de ARN de febra positiva replícase a través dun intermediario de ARN bicatenario que se forma usando a ARN polimerase dependente de ARN. A tradución polos ribosomas da células hóspede non se inicia por unha carapucha 5' G como é o habitual, senón por un sitio de entrada ao ribosoma interno. O ciclo vital viral é moi rápido, e todo o proceso de replicación está completo como media en 8 horas. Porén, só 30 minutos despois da infección inicial, a síntese de proteínas na célula declina a case un rendemento cero (a síntese de proteínas celulares detense). Nas seguintes 1–2 horas, hai unha perda de marxinación da cromatina e aparece homoxeneidade no núcleo, antes de que as proteínas virais empecen a sintetizarse e aparece un vacúolo no citoplasma preto do núcleo que gradualmente empeza a estenderse ás 3 horas despois da infección. Despois, a membrana plasmática da célula faise permeable; ás 4–6 horas, as partículas do virus ensámblanse, e poden ás veces verse no citoplasma. Arredor das 8 horas desde a infección, a célula xa está morta e a súa lise libera as partículas virais.
Os datos de experimentos similares a unha curva de crecemento dun só paso permitiron a observación da replicación dos picornaviruses con gran detalle. Toda a replicación ocorre dentro do citoplasma da célula hóspede e a infección pode mesmo acontecer en células que non teñen núcleo (foron enucleadas) e nas tratadas con actinomicina D (este antibiótico inhibiría a replicación viral se esta se producise no núcleo).
A tradución ten lugar por un corremento do marco de lectura ribosómico de -1, iniciación viral e salto ribosómico (skipping). O virus sae da célula hóspede por lise e por viroporinas. Os vertebrados son os hóspedes naturais. As rutas de transmisión son a fecal-oral, o contacto a inxestión e polo aire.
Proteína viral (VPg)
Os picornavirus teñen unha proteína viral (VPg) ligada covalentemente ao extremo 5' dos seus xenomas en vez de ter a carapucha de 7-metilguanosina propia dos ARNm celulares. A ARN polimerase do virus usa a VPg como cebador. A VPg como cebador úsase tanto a síntese de febra positiva coma negativa. A replicación dos picornavirus iníciase pola uridililación de VPg no grupo hidroxilo dun residuo de tirosina. Un mecanismo de cebador VPg utilízano os picornavirus (entero- afto- e outros), pero tamén outros grupos (poti-, como-, calici- e outros) e o supergrupo de virus de ARN similares a picornavirus (coronavirus, notavirus etc.). O mecanismo estudouse mellor en enterovirus (que inclúen patóxenos humanos, como poliovirus e virus coxsackie), así como en aftovirus, un patóxeno animal causante da glosopeda.