Vírus do mosaico do tabaco -Tobacco mosaic virus

Vírus do mosaico do tabaco
Micrografia eletrônica de transmissão de partículas de TMV com coloração negativa para melhorar a visibilidade com ampliação de 160.000 ×
Micrografia eletrônica de transmissão de partículas de TMV com coloração negativa para melhorar a visibilidade com ampliação de 160.000 ×
Classificação de vírus e
(não classificado): Vírus
Reino : Riboviria
Reino: Orthornavirae
Filo: Kitrinoviricota
Classe: Alsuviricetes
Pedido: Martellivirales
Família: Virgaviridae
Gênero: Tobamovirus
Espécies:
Vírus do mosaico do tabaco

O vírus do mosaico do tabaco ( TMV ) é uma espécie de vírus de RNA de fita simples de sentido positivo do gênero Tobamovirus que infecta uma ampla variedade de plantas, especialmente o tabaco e outros membros da família Solanaceae . A infecção causa padrões característicos,como manchas semelhantes a " mosaico "e descoloração das folhas (daí o nome). O TMV foi o primeiro vírus a ser descoberto. Embora se soubesse desde o final do século 19 que uma doença infecciosa não bacterianaestava prejudicando as plantações de tabaco, só em 1930 foi determinado que o agente infeccioso era um vírus. É o primeiro patógeno identificado como vírus. O vírus foi cristalizado por WMStanley.

História

Em 1886, Adolf Mayer descreveu pela primeira vez a doença do mosaico do tabaco que poderia ser transferida entre plantas, semelhante às infecções bacterianas . Em 1892, Dmitri Ivanovsky deu a primeira evidência concreta da existência de um agente infeccioso não bacteriano, mostrando que a seiva infectada permanecia infecciosa mesmo depois de filtrada pelos melhores filtros de Chamberland . Mais tarde, em 1903, Ivanovsky publicou um artigo descrevendo inclusões intracelulares de cristal anormais nas células hospedeiras das plantas de tabaco afetadas e discutiu a conexão entre essas inclusões e o agente infeccioso. No entanto, Ivanovsky permaneceu bastante convencido, apesar dos repetidos fracassos em produzir evidências, de que o agente causal era uma bactéria inculturável, pequena demais para ser retida nos filtros de Chamberland empregados e para ser detectada no microscópio óptico. Em 1898, Martinus Beijerinck replicou independentemente os experimentos de filtração de Ivanovsky e depois mostrou que o agente infeccioso era capaz de se reproduzir e se multiplicar nas células hospedeiras da planta do tabaco. Beijerinck cunhou o termo " vírus " para indicar que o agente causal da doença do mosaico do tabaco era de natureza não bacteriana. O vírus do mosaico do tabaco foi o primeiro vírus a ser cristalizado . Foi alcançado por Wendell Meredith Stanley em 1935, que também mostrou que o TMV permanece ativo mesmo após a cristalização. Por seu trabalho, ele recebeu 1/4 do Prêmio Nobel de Química em 1946, embora mais tarde tenha sido mostrado que algumas de suas conclusões (em particular, que os cristais eram proteína pura e montados por autocatálise ) estavam incorretas. As primeiras imagens microscópicas eletrônicas do TMV foram feitas em 1939 por Gustav Kausche , Edgar Pfankuch e Helmut Ruska - irmão do ganhador do Prêmio Nobel Ernst Ruska . Em 1955, Heinz Fraenkel-Conrat e Robley Williams mostraram que o RNA do TMV purificado e sua proteína capsidial (capa) se agrupam por si próprios em vírus funcionais, indicando que esta é a estrutura mais estável (aquela com a menor energia livre). A cristalógrafa Rosalind Franklin trabalhou para Stanley por cerca de um mês em Berkeley , e mais tarde projetou e construiu um modelo de TMV para a Feira Mundial de 1958 em Bruxelas . Em 1958, ela especulou que o vírus era oco, não sólido, e formulou a hipótese de que o RNA do TMV é de fita simples. Essa conjectura foi comprovada como correta após sua morte e agora é conhecida como a vertente +. As investigações da doença do mosaico do tabaco e a subsequente descoberta de sua natureza viral foram fundamentais para o estabelecimento dos conceitos gerais de virologia .

Estrutura

Modelo esquemático de TMV: 1. ácido nucleico ( RNA ), 2. proteína do capsômero ( protômero ), 3. capsídeo

O vírus do mosaico do tabaco tem uma aparência de bastonete. Seu capsídeo é feito de 2130 moléculas de proteína de revestimento e uma molécula de RNA genômico de fita simples, com 6400 bases de comprimento. A proteína capsidial se auto-monta na estrutura helicoidal em forma de bastonete (16,3 proteínas por giro da hélice) em torno do RNA, que forma uma estrutura em espiral (veja a micrografia eletrônica acima). O monômero de proteína consiste em 158 aminoácidos que são montados em quatro alfa-hélices principais, que são unidas por uma alça proeminente próxima ao eixo do vírion. Os vírions têm aproximadamente 300 nm de comprimento e aproximadamente 18 nm de diâmetro. Microfotografias eletrônicas com coloração negativa mostram um canal interno distinto de raio ~ 2 nm. O RNA está localizado em um raio de ~ 4 nm e é protegido da ação de enzimas celulares pela proteína de revestimento. A estrutura de difração de fibra de raios-X do vírus intacto foi estudada com base em um mapa de densidade de elétrons com resolução de 3,6 Å. Dentro da hélice do capsídeo, próximo ao núcleo, está a molécula de RNA em espiral, que é composta por 6.395 ± 10 nucleotídeos.

Genoma

Genoma do vírus do mosaico do tabaco

O genoma de TMV consiste de uma 6,3-6,5 kpb de cadeia simples (ss) de ARN . O terminal 3 'tem uma estrutura semelhante ao tRNA , e o terminal 5' tem uma tampa de nucleotídeo metilada . (m7G5'pppG). O genoma codifica 4 estruturas de leitura aberta (ORFs), duas das quais produzem uma única proteína devido à leitura ribossômica de um códon de parada UAG com vazamento . Os 4 genes codificam uma replicase (com domínios metiltransferase [MT] e RNA helicase [Hel]), uma RNA polimerase dependente de RNA , uma chamada proteína de movimento (MP) e uma proteína do capsídeo (CP).

Propriedades físico-químicas

TMV é um vírus termoestável . Em uma folha seca, pode suportar até 50 ° C (120 graus Fahrenheit) por 30 minutos.

TMV tem um índice de refração de cerca de 1,57.

Ciclo da doença

TMV não tem uma estrutura de hibernação distinta . Em vez disso, passará o inverno em caules e folhas de tabaco infectados no solo, na superfície de sementes contaminadas (o TMV pode até sobreviver em produtos de tabaco contaminados por muitos anos, de modo que os fumantes podem transmiti-lo acidentalmente pelo toque, embora não na fumaça em si). Com o contato direto com as plantas hospedeiras por meio de seus vetores (normalmente insetos como pulgões e cigarrinhas ), o TMV passará pelo processo de infecção e depois pelo processo de replicação.

Infecção e transmissão

Após sua multiplicação, entra nas células vizinhas por meio dos plasmodos . A infecção se espalha pelo contato direto com as células vizinhas. Para sua entrada suave, o TMV produz uma proteína de movimento de 30 k Da chamada P30, que aumenta os plasmodesmos. O TMV provavelmente se move de célula a célula como um complexo de RNA, P30 e proteínas replicadas.

Ele também pode se espalhar pelo floema para movimentos de longa distância dentro da planta. Além disso, o TMV pode ser transmitido de uma planta para outra por contato direto. Embora o TMV não tenha vetores de transmissão definidos, o vírus pode ser facilmente transmitido dos hospedeiros infectados para as plantas saudáveis, pelo manuseio humano.

Replicação

Após a entrada em seu hospedeiro por meio de inoculação mecânica, o TMV se desnuda para liberar sua fita de RNA viral [+]. Conforme ocorre a remoção do revestimento, o gene MetHel: Pol é traduzido para formar a enzima de cobertura MetHel e a RNA polimerase. Em seguida, o genoma viral se replicará para produzir vários mRNAs por meio de um intermediário [-] RNA iniciado pelo tRNA HIS na extremidade [+] RNA 3 '. Os mRNAs resultantes codificam várias proteínas, incluindo a proteína de revestimento e uma RNA polimerase dependente de RNA (RdRp), bem como a proteína de movimento. Assim, o TMV pode replicar seu próprio genoma.

Depois que a proteína capsidial e o genoma do RNA do TMV foram sintetizados, eles se agrupam espontaneamente em vírions completos do TMV em um processo altamente organizado. Os protômeros se unem para formar discos ou 'arruelas de pressão' compostos por duas camadas de protômeros dispostos em uma hélice. O capsídeo helicoidal cresce pela adição de protômeros ao final da haste. À medida que o bastão se alonga, o RNA passa por um canal em seu centro e forma uma alça na extremidade crescente. Desta forma, o RNA pode facilmente se encaixar como uma espiral no interior do capsídeo helicoidal.

Hospedeiro e sintomas

Sintomas do vírus do mosaico do tabaco no tabaco
Sintomas do vírus do mosaico do tabaco em orquídeas

Como outros vírus fitopatogênicos, o TMV possui uma ampla gama de hospedeiros e diferentes efeitos dependendo do hospedeiro que está sendo infectado. O vírus do mosaico do tabaco é conhecido por causar uma perda de produção de tabaco curado pela chaminé de até 2% na Carolina do Norte . É conhecido por infectar membros de nove famílias de plantas e pelo menos 125 espécies individuais, incluindo tabaco, tomate , pimenta (todos os membros da útil Solanaceae ), pepinos , várias flores ornamentais e feijões, incluindo Phaseolus vulgaris e Vigna unguiculata . Existem muitas cepas diferentes. O primeiro sintoma desta doença viral é uma coloração verde clara entre as nervuras das folhas jovens . Isso é seguido rapidamente pelo desenvolvimento de um "mosaico" ou padrão manchado de áreas verdes claras e escuras nas folhas. A rugosidade também pode ser observada onde as folhas da planta infectada exibem pequenas rugas aleatórias localizadas. Esses sintomas se desenvolvem rapidamente e são mais pronunciados nas folhas mais jovens. Sua infecção não resulta na morte da planta, mas se a infecção ocorrer no início da estação, as plantas ficam atrofiadas. As folhas inferiores estão sujeitas à "queima do mosaico", especialmente durante os períodos de clima quente e seco. Nestes casos, grandes áreas mortas se desenvolvem nas folhas. Esta constitui uma das fases mais destrutivas da infecção pelo vírus do mosaico do tabaco . As folhas infectadas podem ser enrugadas, enrugadas ou alongadas. No entanto, se o TMV infectar plantações como uva e maçã , é quase sem sintomas.

Ambiente

O TMV é conhecido como um dos vírus mais estáveis. Tem uma faixa de sobrevivência muito ampla. Enquanto a temperatura ambiente permanecer abaixo de aproximadamente 40 graus Celsius , o TMV pode manter sua forma estável. Tudo o que precisa é um hospedeiro para infectar. Se necessário, estufas e jardins botânicos proporcionariam as condições mais favoráveis ​​para a propagação do TMV, devido à alta densidade populacional de possíveis hospedeiros e à temperatura constante ao longo do ano.

Tratamento e gestão

Um dos métodos comuns de controle do TMV é o saneamento , que inclui a remoção das plantas infectadas e a lavagem das mãos entre cada plantio. A rotação de culturas também deve ser empregada para evitar solo / canteiros infectados por pelo menos dois anos. Como para qualquer doença de planta, procurar cepas resistentes ao TMV também pode ser aconselhado. Além disso, o método de proteção cruzada pode ser administrado, em que a cepa mais forte da infecção por TMV é inibida pela infecção da planta hospedeira com uma cepa leve de TMV, semelhante ao efeito de uma vacina .

Nos últimos dez anos, a aplicação da engenharia genética no genoma de uma planta hospedeira foi desenvolvida para permitir que a planta hospedeira produzisse a proteína de revestimento do TMV dentro de suas células. Foi hipotetizado que o genoma do TMV será re-revestido rapidamente ao entrar na célula hospedeira, evitando assim o início da replicação do TMV. Posteriormente, verificou-se que o mecanismo que protege o hospedeiro da inserção do genoma viral é o silenciamento gênico .

O TMV é inibido por um produto do fungo viscoso mixomiceto Physarum polycephalum . Tanto o tabaco quanto os feijões P. vulgaris e V. sinensis quase não sofreram lesões in vitro de TMV quando tratados com um extrato de P. polycephalum .

Impacto científico e ambiental

Vírus TMV: microscopia de luz de super resolução

A grande quantidade de literatura sobre TMV e sua escolha para muitas investigações pioneiras em biologia estrutural (incluindo difração de raios X ), montagem e desmontagem de vírus, e assim por diante, são fundamentalmente devido às grandes quantidades que podem ser obtidas, além do fato de que não infecta animais. Depois de cultivar várias centenas de plantas de tabaco infectadas em uma estufa , seguido de alguns procedimentos laboratoriais simples, um cientista pode produzir vários gramas do vírus.

James D. Watson , em seu livro de memórias The Double Helix , cita sua investigação de raios-x da estrutura helicoidal do TMV como um passo importante na dedução da natureza da molécula de DNA .

Formulários

Os vírus de plantas podem ser usados ​​para criar vetores virais , ferramentas comumente usadas por biólogos moleculares para entregar material genético às células vegetais ; também são fontes de biomateriais e dispositivos nanotecnológicos. Vetores virais baseados em TMV incluem aqueles dos magnICON tecnologias de expressão da planta e TRBO. Devido à sua forma cilíndrica, alta proporção de aspecto, natureza de automontagem e capacidade de incorporar revestimentos de metal ( níquel e cobalto ) em seu invólucro, o TMV é um candidato ideal para ser incorporado em eletrodos de bateria . A adição de TMV a um eletrodo de bateria aumenta a área de superfície reativa em uma ordem de magnitude, resultando em um aumento na capacidade da bateria em até seis vezes em comparação com a geometria de um eletrodo planar.

Referências

Leitura adicional

links externos