Celulaunitatea vie fundamental a oricrui organism ca ntregul organism celula exprim caracteristicile de baz ale vieiifolosete nutrienii din mediu pt a obine energie poate crete; se poate reproduce rspunde la stimulii din mediulumin cldur/frig substane chimice

poate suferi mutaii geneticesupravieuire apariie de noi specii etc.

Celula procariot Organisme Bacterii., Alge albastre

Celula eucariot Fungi, alge verzi, protozoare, plante, animale superioare Rigid: chitin (fungi), celuloz (alge verzi, plante superioare), absent (celule animale) Tipic, cu nucleol Prezent > 1, nr. constant pentru specie

Celulaprima form de via de pe Pmntcelula primitiv asemntoare cu cele mai simple bacterii de azi celula fr sistemul complex de membrane procariot celula cu membran nuclear i reticul endoplasmic eucariot virusurile evoluie regresivcteva gene protejate de un nveli proteic fr/puine enzime proprii depind de metabolismul energetic al celulei gazd

Perete celular

Rigid: mucocomplex

Nucleu Membrana nuclear Cromozom

Primitiv, netipic (nucleoid) Absent Unic, molecul circular ADN, haploid Direct (amitoz) Rar i de tip particular Abseni Absent; mezozomi Absente Facultative (cili) Absent

Diviziune nmulire sexuat Cureni citoplasmatici Reticul endoplasmic Mitocondrii Organe de locomoie Micare amoeboid

Indirect (mitoz sau cariokinez) Frecvent Prezeni Prezent, organizare caracteristic Prezente Facultative (cili sau flageli) Perete rigid absent; Fr perete rigid prezent

Celulan medicinimportant cunoaterea structurii i nelegerea diferenelor de structur i metabolism adiferitelor tipuri de celule diferitelor categorii de microorganismecelulare

microorganisme

acelulare

viroizi PROCARIOTE EUCARIOTE prioni virusuri

explicarea fenomenelor patologice explicarea efectelor terapiei medicamentoase chemoterapia distruge microorganismele chemoterapia nu distruge celula uman sntoas

archaea bacteria cyanobacteria

algae protozoa fungi

1

EUCARIOTE PROCARIOTE

STRUCTURA I MORFOLOGIA FUNGILOR I PROTOZOARELOR

EUCARIOTEEU adevrat CARYO nucleuADN-ul celular este nconjurat de membran nuclear

Cross-section through a yeast cell, showing the nucleus (N) with nuclear pores (P), mitochondrion (M), and vacuole (V). The cytoplasm is surrounded by the cell membrane. The thick outer portion is the cell wall. (Lechavalier HA, Pramer D: The Microbes. Philadelphia, JB Lippincott, 1970.)

EUCARIOTE membrana celularamembrana celular=membrana plasmatic=membran citoplasmic

Dimensiuni10-30 m de 10 ori mai mari dect celula procariot

mozaic format din proteine i fosfolipide structur i funcie similar tuturor membranelor prezente n celulele eucariote Rolsepar componentele celulei de mediul extern regleaz schimburile dintre celul i mediul extern (permeabilitate selectiv)

A typical eucaryotic animal cell. ( BJ, Wood DL: Memmlers The Human Body in Health and Disease, 9th ed. Philadelphia, Lippincott Williams & Wilkins, 2000.)

EUCARIOTE - nucleulcomanda central a celuleiunific, controleaz i integreaz funciile celulei

EUCARIOTE - nucleulcromozomi suspendai n nucleoplasm molecule liniare de ADN i proteine genele localizate de-a lungul moleculei de ADN (genom=genotip) codific proteine rARN sintetizat n nucleol intr n compoziia ribozomilor tARN caracteristice pt fiecare specie: numrul i compoziia cromozomilor numrul genelor de pe fiecare cromozom

are 3 componente:membran nuclear strbtut de pori prin care pot trece molecule relativ mari nucleoplasm matrice gelatinoas, tip de protoplasm

2

EUCARIOTE citoplasma (citosol)semifluid, gelatinoas conine:granule de stocare reticul endoplasmic ribozomi complex Golgi mitocondrii lizozomi, etc.

EUCARIOTE reticul endoplasmicsistem de membrane interconectate i aranjate s formeze un sistem de transport alctuit din:tubuli saci plai

ME:reticul endoplasmic rugos ribozomi ataai de partea extern a membranelor reticul endoplasmic neted nu are ribozomi ataai

aici au loc majoritatea reaciilor metabolice

EUCARIOTE - ribozomi18-22 nm alctuii din ARN ribozomal i proteine rol n sinteza proteinelor eseniale aglomerri de ribozomi poliribozomi (polisomi) legai printr-o molecul de mARN. fiecare ribozom alctuit din:subunitate mare 60S subunitate mic 40Sunii ribozomi de 80S

EUCARIOTE - ribozomimajoritatea proteinelor eliberate de reticolul endoplasmatic nu sunt mature trec n complexul Golgi maturare exercitarea funciei caracteristice.S unitate Svedberg 40S, 60S, 80S coeficieni de sedimentare

produi n nucleol transportai n citoplasm legai prin mARN iniiaz sinteza de proteineDr. Usanee Anukool, CMB-AMS, CMU

EUCARIOTE complex Golgicomunic cu reticolul endoplasmic completeaz transformarea proteinelor nou formate n proteine mature, funcionale i mpachetarea lor n vezicule:depozitate n celul excretate din celul exocitoz/secreie

EUCARIOTE lizozomi si peroxizomilizozomi:vezicule mici derivate din complexul Golgi 1 m conin lizozim i enzime digestivedescompun materialul strin ptruns n celul fagocitoz intervin i n distrugerea celulelor deteriorate autoliz

peroxizomivezicule ncojurate de mebran unde se produce i se descompune H2O2 n H2O i O2. conin catalaz prezeni n aproape toate celulele eucariote predomin n hepatocitul mamiferelor

3

EUCARIOTE - mitocondriafabrica de energie 0,5 1 m; lungime 7 m aici are loc respiraia celular sinteza moleculelor de ATP nr. mitocondrii / celul variaz! Mitocondria i cloroplastul provin din bacterii care au convieuit cu celule eucariote

EUCARIOTE - plastidla celulele plantelor organit n care se produce energie structuri inconjurate de membran conin pigmeni fotosintetici sediul fotosintezei conversia energiei luminoase n energie chimicCO2 i H2Oenergie luminoas

carbohidrai i oxigenenergie stocat n leg.chimice

EUCARIOTE - plastidcloroplastun tip de plastid conine pigment fotosintetic verde clorofil prezent n:celulele plantelor algelor

EUCARIOTE - citoscheletsistem de fibre alctuit din:microtubuliconcavi, subiri, formi din subuniti proteice = tubulin

microfilamente de actin filamente intermediare

rol:structural: rigiditate, form diviziune celular contractilitate motilitate etc.

EUCARIOTE perete celularstructur simplceluloz n alge, plante pectin lignin chitin fungi, exoschelet crabi, exoschelet crbu sruri minerale n alge

EUCARIOTE flageliorganite de locomoie celula eucariotimobil mobilspermatozoid protozoare flagelate

rol:rigiditate form protecie

1 sau mai muli / celul imprim micare de rsucire

4

EUCARIOTE ciliorganite de locomoie n raport cu flagelii sunt mai:muli scuri subiri

Structura i morfologia celulei bacteriene

celula eucariot mobil prin cilicelule ale organismului uman: celula ciliat tract respirator protozoare ciliate

imprim micare coordonat, ritmic

PROCARIOTEde 10 ori mai mic fa de celula eucariot structur simplcitoplasma1 cromozom ribozomi alte particule nu are sistem de mebrane interne

PROCARIOTEelemente obligatoriimembrana citoplasmatic citoplasma material nuclear perete

membrana citoplasmatic perete celular capsul, flageli, pili, spor

elemente facultative

PROCARIOTEelemente obligatoriiperete membrana citoplasmatic citoplasma material nuclear

PROCARIOTE perete bacterianGrosime 15 35 nm; alctuit din proteine, lipide, hidrai de carbon

Format din:

elemente facultativecapsul flageli pili spor

- strat bazal= mucopeptid = mucocomplex = peptidoglican = murein

* reea - macromolecule lungi, polizaharidice paraleleAcid N-acetilmuramic N-acetilglucozamina (! Lizozim)

- legate prin puni transversale polipeptidiceTetrapeptid D i L-aminoacizi ataat la acidul N-acetilmuramic Pentapeptid puni ntre tetrapeptide (!penicilina)

5

STRUCTURA PEPTIDOGLICANULUI

PROCARIOTE perete bacterian- stratul structurilor speciale: bacterii Gram-pozitive(20%) polizaharide, acizi teichoici, MPZ

bacterii Gram-negative(80%) lipopolizaharide = endotoxine + lipoproteine (complex glucido-lipido-polipeptidic)

bacterii acido-alcoolo-rezistenteacid micolic, ceruri, proteine GM mic

PROCARIOTE perete bacterianrolul peretelui bacterian susine mecanic celula bacterian menine forma bacteriei asigur protecia celulei bacteriene intervine n procesele de osmoz i difuziune este sediul unor antigene somatice receptorilor specifici pentru bacteriofagi particip la diviziunea bacteriei imprim caracterele de tinctorialitate ale celulei bacteriene

Bacterial cell walls. (A) A portion of the Gram-positive bacterium, Bacillus fastidious; note the cell walls thick peptidoglycan layer, beneath which can be seen the cell membrane. (B) The Gram-negative bacterium, Enterobacter aerogenes; both the cell membrane and the outer membrane are visible along some sections of the cell wall. (A: Volk WA, et al.: Essentials of Medical Microbiology, 5th ed. Philadelphia, Lippincott-Raven, 1996.)

6

COLORAIA GRAM

PROCARIOTE membrana citoplasmatica

structur similar cu cea a eucariotelor flexibil, foarte subire, vizibil la ME alctuit dup modelul mozaicului fluid: dou straturi de molecule fosfolipidice cu extremitile hidrofobe spre interior i cu cele hidrofile spre exterior ntre moleculele de fosfolipide se gsesc proteine Invaginare - mezozomi: sistem membranos intracelular cu rol n respiraie, diviziune etc.

PROCARIOTE membrana citoplasmaticaRolul membranei citoplasmatice: regleaz presiunea osmotic controleaz procesele de difuzie pasiv controleaz procesele de difuzie catalizate enzimatic conine enzime ale metabolismului respirator intervine n creterea i diviziunea bacteriei este locul de sintez al endotoxinelor

PROCARIOTE citoplasmasistem coloidal complex: proteine, glucide, lipide, ap, minerale structur granular: ribozomi 15 nm; izolai sau ca reticul endoplasmatic; rol esenial n biosinteza proteinelor celulare granulaii de volutin (corpusculi Babe-Ernst, granulaii metacromatice) polimetafosfai granulaii (incluzii) de glicogen, amidon, lipide etc. vacuole conin diferite substane n soluii nvelite de membran lipoproteic = tonoplast conine mari cantiti de ARN citoplasma intens bazofil

PROCARIOTE material nuclearnu este delimitat de o membran difereniat nu are nucleosol alctuit dintr-un unic cromozom haploid format dintr-o unic molecul de ADN dublu helicat, nchis circular coordoneaz toat activitatea celulei capabil de autoreplicare diviziunea nucleului precede diviziunea citoplasmei i a peretelui - bacterii cu 2-4 nuclei ce apar ca gheme (sculuri) de forme diferite ocupnd cam 1/10 din volumul bacteriei = bacterii pe cale de diviziune

PROCARIOTE material nuclearcromozomul bacterian are 850 6500 gene codificante pt:enzime proteine rARN tARN

7

PROCARIOTE material nuclear extracromosomalplastid plasmidemolecule mici de ADN dc, circular libere n citoplasm / integrate n cromozom conin 10 sute de gene prezente ncelula fungic celula bacterian1 plasmid multiple copii ale aceluiai plasmid mai multe tipuri de plasmide

atenie!!organit citoplasmatic prezent n unele celule eucariotealge, plante

sediul fotosintezei

plasmidmic molecul de ADN extracromozomal prezente n majoritatea bacteriilor

PROCARIOTE capsulacapsulsubstan gelatinoas, mucoid la exteriorul celulei bacteriene, bine delimitat, vizibil la microscop

PROCARIOTE capsulase formeazn organismul gazd pe medii n condiii optime colonii M lucioase, mucoase, confluente

microcapsul (slime layer; glycocalix)substan gelatinoas, mucoid la exteriorul celulei bacteriene, n strat subire, evideniabil doar prin metode chimice

compoziie n funcie de specien general polizaharide polipeptide Bacillus anthracis

substane capsulare diferite chimic la aceeai specie tulpini diferite difereniere serologic

PROCARIOTE capsulaROL:asociat cu patogenitatea tulpinii - factor al virulenei protector fa de factori nocivi (fagocitoza, desicaia) de adezin (permite aderarea unor bacterii) barier protectoare fa de bacteriofagi conine substane cu specificitate antigenic de specie sau de tip (ag. K)

PROCARIOTE capsulaEVIDENIERE:coloraie negativ cu tu de China, colargol coloraii speciale (Hiss) reacia de umflare a capsulei (Neufeld) cu seruri polivalente i monovalente anti-capsulare

8

Coloraia MANEVAL pentru capsul corpul bacterian n rou, materialul capsular clar (necolorat) (necolorat)

Capsula bacterian coloraie negativCapsule stain. The capsule stain is an example of a negative staining technique. The bacterial cells and the background stain, but the capsules do not. The capsules are seen as unstained halos around the bacterial cells.

Klebsiella pneumoniae (x 1000)

Streptococcus pneumoniae (x 1000)

Streptococcus pneumoniae

PROCARIOTE flageliorgane de locomoie subiri, fine, alungite, neramificate, flexibile, sinuoase alctuii din flagelin protein complex similar cu miozina muscular reprezint antigenul flagelar H pornesc din citoplasma bacteriei, din corpusculul bazal

PROCARIOTE flageli1.

Corpuscul bazalsituat n citoplasm imediat sub membrana citoplasmatic alctuit din2 discuri M i P la bacterii Gram-pozitive 4 discuri M, S, P, L la bacterii Gram-negative

2. Crlig 3. Filament flagelar

PROCARIOTE flageliperitrich amphitrich

PROCARIOTE flageli

monotrich lophotrich

9

PROCARIOTE flageli

PROCARIOTE pili (fimbrii)formaiuni filamentoase, rigide, pericelular prezente la unele bacterii Gram-negative excepional la bacterii Gram-pozitive (Streptococcus mutans) mai scurte i mai subiri dect flagelii nu au rol n mobilitate originea n membrana citoplasmatic alctuite din subuniti proteice - pilin

PROCARIOTE pili (fimbrii)pili de sex (de conjugare)0-4 buci / celul; codificai de plasmide

PROCARIOTE pili (fimbrii)

fimbrii de adeziune10-30 buci / celul; codificate de gene de pe cromozom

fimbrii comune50-400 buci / celulProteus vulgaris cell, possessing numerous short, straight pili and several longer, curved flagella; the cell is undergoing binary fission. (Volk WA, et al.: Essentials of Medical Microbiology, 5th ed. Philadelphia, Lippincott-Raven, 1996.)

PROCARIOTE spor (endospor)format n unele bacterii form de rezisten / supravieuiresporulare

PROCARIOTE spor (endospor)rezisteni lacldur frig uscciune substane chimice

celul vegetativgerminare

endospor

sporularecopia cromozomului + cantitate mic de citoplasm nconjurate de un nveli proteic gros

supravieuiesc ani de zile n praf, pe sol rezist la fierbere, la aciunea dezinfectantelor se evideniaz cu coloraii speciale sau la ME

10

PROCARIOTE spor (endospor)Spor central, sferic, mai mic dect corpul bacterian Spor central, ovalar, mai mare dect corpul bacterian Spor subterminal, ovalar, mai mare dect corpul bacterian Spor terminal, sferic, mai mare dect corpul bacterian

Bacillus anthracis coloraie pentru spori (x 1000)

Viroizi Prioni Virusuri

ViroiziCaractere morfostructuraleME: formaiuni liniare sau bastonae lungime < 50 nm; diametru 2,5 nm sunt molecule unice de acid nucleic:ARN, m.c., nchis covalent, circular 240 375 nucleotide

ViroiziLocalizarenucleoli / nucleoplasm cloroplaste

Replicareprobabil n nucleu dependent de enzimele celulei gazd n absena unui virus helper (dif. de v. defective) ARN-ul viroizilor nu are capaciti codificante (absena aparent a sintezelor) ARN-ul viroizilor funcioneaz i ca enzim - ribozima

nu au capsid

11

Viroiziboli ale plantelor superioareboala tuberculilor fuziformi ai cartofului boli ale citricelor nanismul i marmorarea crizantemelor boli ale palmierului de cocos, ale roiilor etc.

Prioni - generalitiageni infecioi de natur proteic (PrPsc) proteine anormale, infecioase proteinaceous infectious particle Henry Prusiner (1982) - 1997 premiul Nobel structuri proteice, transmisibile i infecioase se multiplic!! anuleaz dogma central a biologiei moleculare induc boli ale SNC la om i animaleencefalopatii spongiforme transmisibile (EST)

vizualizarehibridizare in situ scanare cu laser ME de baleiaj

Prioni - multiplicareproteine capabile de autoreplicare, n absena acidului nucleic fac parte din grupul autofoldaze sau chaperone

Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc din scrapie sau PrPcj din BCJ)este produsul de clivaj al proteinei precursor (PrPc)protein normal de 33 35 kDa glicoprotein secretat la suprafaa membranei plasmatice a tuturor celulelor din organism cantitate mare pe suprafaa neuronilor

Prioni - Compoziie chimic, structurrolul proteinei precursor (PrPc)interacioneaz cu receptorii de acetilcolin n memoriecodific i conserv informaia

Prioni - Compoziie chimic, structurproteina precursor (PrPc) normalcompus din 254 aa devine funcional dupmodificri chimice modificri conformaionale

n reglarea somnului protecie n stress-ul oxidativ trofic pentru celulele Purkinje

12

Prioni - Compoziie chimic, structurproteina precursor (PrPc) normal

Prioni - Compoziie chimic, structurproteina precursor (PrPc) normal

modificri chimice (7 modificri)1. clivarea peptidului semnal N-terminal (cu 22 aa) 2. modificarea reziduului de arginin la nivelul codonului 25 3. . 4. . Glicozilarea oligozaharidelor linkate de asparagin la nivelul codonilor 181 i 198

modificri chimice (7 modificri)5. . 6. . Formarea unui inel cu o legtur disulfidic prin care se unesc dou reziduuri de cistein de la nivelul codonilor 179 i 214 7. ndeprtarea peptidului hidrofob C-terminal (cu 20 aa) i fixarea, n schimb, a unui glicozilfosfatidilinozitol

Prioni - Compoziie chimic, structur Prioni - Compoziie chimic, structurproteina precursor (PrPc) normalmodificri conformaionalereplierea proteinei configuraie secundar -helixsurs de energie (rol de enzim) chiar PrPc care catalizeaz propria mpturire: rol de autofoldaz=protein chaperone

proteina precursor (PrPc) normal

(Anca-Michaela Israil-Biologie molecular,prezent i perspective)

Prioni - Compoziie chimic, structur Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc) - anormalprotein anormal greutate molecular 21 30 kDa izolat din plcile amiloide cerebrale morfologic structuri filamentoasescrapie associated filaments SAF

Prion-proteina (PrPsc) - anormalcompus tot din 254 aa codificat de acelai ORF (open reading frame) are acelai semnal peptidic format din 22 aa diferite modificrile posttranslaionale chimice i conformaionale

13

Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc) - anormal

Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc) - anormal

modificri chimice (8 modificri)1. clivarea peptidului semnal N-terminal (cu 22 aa) (identic) 2. modificarea reziduului de arginin la nivelul codonului 25 (identic) 3. . 4. .Glicozilarea oligozaharidelor linkate de asparagin la nivelul codonilor 181 i 198 rezult 400 forme diferite de proteine prionice ? difer ologozaharidele linkate n cele 2 proteine??

modificri chimice (8 modificri)5. . 6. . Formarea unui inel cu o legtur disulfidic prin care se unesc dou reziduuri de cistein de la nivelul codonilor 179 i 214 - n interiorul inelului , la nivelul codonului 189 se evideniaz o substituire de aminoacid? rol n modificarea timpului de incubaie n scrapie??

Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc) - anormal

Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc) anormal

modificri chimice (8 modificri)7. ndeprtarea peptidului hidrofob C-terminal (cu 20 aa) i fixarea, n schimb, a unui glicozilfosfatidilinozitol 8. Modificri la nivelul reziduului de arginin corespunztor codonului 37Determin alte diferene posttranslaionale i de metabolism diferite fenotipuri de boli prionice

modificri chimice (8 modificri)

Prioni - aspecte geneticesinteza proteinei prionice codificat geneticexpresia PrPc umanecodificat de gena PRNPsituat pe braul scurt al cromozomului 20 cadru deschis de citire (ORF) 253 codoni (759 nucleotide)

Prioni - Compoziie chimic, structurPrion-proteina (PrPsc) - anormalmodificri conformaionalereplierea proteinei configuraie secundar -plisat (-sheets) izoform proteic cu structur i funcionalitate anormal

mutaii punctiforme i inserii n codonii PRNP susceptibilitate la encefalopatii spongiforme:codonii 200, 210, 232 BCJ codonii 117, 198, 217 BGSS codonii 129, 178 IFF

14

Prioni - aciunea agenilor fizici i chimiciPrioni - Compoziie chimic, structurPrPsc rezistent fa de: PrPsc = prion proteina anormal din scrapie PrPc = prion proteina normal celularalctuite din 250 aa cele 2 proteine sunt izoformestructura primar asemntoare structura secundar difer:PrPc tip -helix PrPsc tip -plisat

proteaze nucleazeDN-aze RN-aze

ageni inactivatori ai acizilor nucleiciradiaii ionizante UV cu lungimi de und 254-280 nm

ageni chimicialdehide hidroxilamina etc.

Prioni - aciunea agenilor fizici i chimici

Prioni - aciunea agenilor fizici i chimicirezistena PrPsc:expresia alterrilor sale conformaionale deficiene de transport la suprafaa celulei i de catabolizare acumulare anormal n substana cerebral, formare de agregate fibrilare, dezorganizarea substanei cerebrale

PrPsc parial inactivat de:cldur 1000C fenol clor hidroxid de Na

Prioni - aciunea agenilor fizici i chimici

Prioni boli prionice

LA OM:kuru boala Creutzfeld-Jacob (BCJ) boala Gerstmann-Strussler-Scheincker (BGSS) varianta Creutzfeld-Jacob (v. BCJ) insomnia fatal familial (IFF)(Anca-Michaela Israil-Biologie molecular,prezent i perspective)

15

Prioni boli prionice

LA ANIMALE:scrapie encefalita transmisibil a curcilor encefalita spongiform bovin (boala vacilor nebune) encefalita degenerativ a felinelor (pisici domestice) boala cronic caectizant a cervideelor encefalopatia ugulatelor exotice: nyala, antilopa african n captivitate

Prioni Caracterele bolilor prioniceClinicperioada de incubaie lung: 2 luni-30 ani simptomatologie neurologic evoluie lent, progresiv: luni-ani fatal

Prioni Caracterele bolilor prioniceHistopatologicleziuni cerebrale degenerativevacuolizare progresiv a

Prioni Caracterele bolilor prioniceExist sub forme interconvertibile de bastoane, complexe proteice cu lipid-detergent i lipozomi

corpilor neuronali dendritelor axonilorproliferare astrocitar excesiv status spongious al materiei cenuii

detectare de structuri tubo-veziculare n prelungirile sinaptice(Anca-Michaela IsrailBiologie molecular,prezent i perspective)

Prioni Caracterele bolilor prioniceRspuns imunABSENT!! gazda este imunocompetent fa de alte antigene!!

Prioni Caracterele bolilor prioniceRspuns imun n boala naturalabsena sintezei anticorpilor specifici absena rspunsului celular specific absena oricror modificri calitative, cantitative sau funcionale ale limfocitelor T i B absena oricror modificri ale interleukinelor

sistemul imun nu se mobilizeaz fa de prioni!! tratamentul cu imunomodulatoare sau imunosupresoare nu modific evoluia bolii!!

16

Prioniizolare de creierul pacienilor i animalelor bolnave transmitere intraspecie sau interspecii, cu material infecios cerebral PrPsc din

Prioni cultivare - boala experimentalanimalecimpanzei maimue oareci hamsteri nurci pisici oi bividee etc.

inocularei.cerebral i.peritoneal subcutan digestiv

necesarspecificitate de specie a proteinelor prionice adaptarea agentului prin pasaje repetatereprodus boala dup laten de 1 an

suspensii de creier de la bolnavii de kuru filtrate acelulare de la bolnavi cu BCJ

Prioni cultivare substraturi celulareculturi de explanturi de creier inoculare cu ageni kuru i BCJ infective 70 25 zile lichidele de cultur inoculate la cimpanzei - boal

Prioni patogeneza aspecte clinicepoarta de intrareoralcanibalism ritual hrana bovinelorfin de carne de oi, capre insuficient prelucrat termic

parenteralinjecii cu preparate contaminate transfuzii intervenii chirurgicale transplant de organe etc.

Prioni patogeneza aspecte clinicecale de diseminare nu este certreplicare n ggl regionali ci limfatice ci sanguine (trombocite infectate?) esut reticulo-endotelial centripet pe cale nervoas la roztoare

Prioni patogeneza aspecte clinice

cale de eliminare nu este certprioni la omn snge i urin n creier i cornee

17

Prioni patogeneza aspecte clinice

Prioni patogeneza aspecte clinicecaracteristicile comune ale encefalopatiei spongiforme:caracter heredo-familialtransmitere vertical predispoziie geneticdebut

Boala Creuzfeld Jacobsupravieuire 6 -12 luni evoluie fatal diagnostic EEG caracteristic Western-blot PrPsc ex. histopatologic creier degenerri neuronale vacuolizri acumulare de amiloid la 65 ani oboseal, anxietate, confuzie perioada de stare mioclonii, ataxie cerebeloas simptome piramidale simptome extrapiramidale demen progresiv

tablou clinic neurologic cu demen: dezorientare, scderea memoriei, tulburri ale intelectului i judecii

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Creuzfeld Jacobcunoscut din sec. 18; frecven 1/1.000.000/an n lume debut la 60 ani Simptome:pierderea treptat a strii de echilibru pierderea treptat a capacitii de deplasare pierderea memoriei stare de confuzie dezorientare demen sfrit letal

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Creuzfeld Jacob3 mecanisme de producere aBCJinfecie lent infecie sporadic alterare genetic

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Creuzfeld Jacob3 mecanisme de producere a BCJinfecie lent1. infecii conjugale transmitere orizontal?? 2. infecii n raport cu profesiunea:mcelari: familie cu 9 membrii 3 mcelari toi cu BCJ transmitere prin soluie de continuitate?? (sngele este infecios nainte de apar.simpt) fermieri: 3 cazuri de fermieri proprietari de animale cu ESB personal medical: oftalmologi, ORL-iti, neurochirurgi, ortopezi, anatomo-patologi

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Creuzfeld Jacob3 mecanisme de producere a BCJinfecie lentcontaminare iatrogen80 cazuri pn n prezent transplant de cornee, de timpan implantare de electrozi intracerebrali insuficient sterilizai instrumentar chirurgical sterilizat prin metode clasice administrare de hormon pituitar de cretere preparat din esut hipofizar recoltat de la cadavru 1973-1985, Frana- 100.000 hipofize prelevate 41 cazuri Anglia 17 cazuri SUA - 15 cazuri transfuzie de snge Australia femei cu tratament cu hormoni gonadotropi n antecedente ulterior donatoare de snge vaccinare cu vaccin antirabic preparat din esut cerebral de animal infectat

18

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Creuzfeld Jacob3 mecanisme de producere aBCJinfecie sporadicmecanism necunoscut1994 Anglia 53 cazuri vrste peste 75 ani 1994 Germania 115 cazuri vrsta medie 66 ani 1996 Anglia 10 cazuri noi variant BCJ 19-41 ani

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Creuzfeld Jacob3 mecanisme de producere aBCJalterare genetic10-15% din cazuri pn n 1996 100 familii cu asemenea cazuri legtur ntre unele mutaii de pe cromozomul 20 i boal

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala Gerstmann-Strussler-Scheincker Gerstmann-Strusslerdebutla 45 50 ani mai frecvent n Japonia are caracter ereditar familial (form genetic a bolii) variant a BCJ simptomatologie similar cu BCJ dominataxia spino-cerebeloas demena

Prioni patogeneza aspecte clinice Insomnia fatal familialdescris n 1992 (Medori R.) 1994: 14 cazuri n Italia, Frana, Anglia, SUA debutla 35-60 ani;

evoluie7-12 luni

caracter familial-ereditar:29 cazuri ntr-o familie pe 5 generaii

Prioni patogeneza aspecte clinice Insomnia fatal familialsimptome:tulburri de ritm circadian; pierderea total a somnului; tulburri vegetative:HTA, tahicardie, hipertermie etc.

Prioni patogeneza aspecte clinice Insomnia fatal familialevoluie13 luni

diagnostichistopatologicatrofia selectiv a talamusului, n lipsa plcilor amiloidenucleu anterior talamic nucleu talamic medio-dorsal

alterarea progresiv a ateniei; disfagie; tulburri de echilibru; mioclonii; confuzie; halucinaii; crize epileptiforme.

19

Prioni patogeneza aspecte clinice Varianta nou a BCJdescris n 1996 diferene:debut la 29 ani evoluie - 1 an predomin simptome psihiatrice, demen final fr modificri EEG caracteristice cauze posibile:transmitere de la bovine consum de carne de vit infectat cu prioni (140 cazuri confirmate n Anglia)infectate prin consum de pulbere de concentrate de carne din oi cu scrapie

Prioni patogeneza aspecte clinice Boala kuru1957 Gajdusek - la triburile din Papua-Noua Guinee canibalism ritualfemeile i copiii - consum de creier de la rudele decedate

clinicataxie cerebeloas (kuru = tremurturi) rigiditate caexie progresiv

evoluie letal

Prioni dg. laborator Prioni dg. laboratorpp:biopsii de esut cerebral (!! risc mare) ganglioni spinali nervi periferici snge l.c.r.

evidenierea plcilor amiloidebiopsie cerebral + ex. histopatologic! risc de rezultat fals negativ (zon neafectat)

ex. imuno-histo-chimic cu Ac. monoclonaliggl. spinali, ggl. mezenterici, nervi periferici

Western-blotLCR, snge, derivate din plasm, material bioptic

evidenierea PrPsc doar la conc. de 106 particule /gr. esut cerebral!! deja infecia a depit faza asimptomatic

PET-blotpreparate fixate cu formol detecteaz conc. mici de PrPsc, n faze incipiente

PCR, hibridizri, ELISA

Prioni dg. laboratorDg. de certitudinepostmortem evidenierea leziunilor histopatologice cerebrale

Prioni epidemiologieincidena bolii subevaluatnu are raportare obligatorie dg. de certitudine nu se practic ntotdeauna

incidena anual1 -2 cazuri la 1 milion

rata medie a mortalitii0,09 31 cazuri la 1 milion raport brbai / femei 1,05 / 1

20

Prioni epidemiologierezervor de infecie pt cazurile umane:omul animale??? (insuficient cunoscut)

Prioni epidemiologietransmitere pt. BCJcaracter profesionalcontact cu esut sau snge contaminat

transmitere pt. BCJiatrogencu hormon pituitar de cretere (hipofiza cadavru infectat) transplant de cornee sau dura mater implantare de electrozi insuficient sterilizai transfuzii de snge de la femei tratate anterior cu hormon gonadotrop vaccinare cu vaccin antirabic din esut cerebral infectat

mcelari personal medical neurochirurgi oftalmologi anatomopatologi

Prioni epidemiologietransmitere pt. BCJoralboala kurucanibalism

Prioni profilaxiereducerea transmiterii encefalopatiilor spongiforme transmisibile:exclus de la donarepersoana cu antecedente familiale de boli prionice persoana cu antecedente de tratament cu hormon hipofizar

produse alimentare de la animale infectate???

manipulare atent a esuturilor i organelorcreier snge lcr

Prioni profilaxiereducerea transmiterii encefalopatiilor spongiforme transmisibile:sterilizarea instrumentaruluicldur: autoclavare de 2 ori la134C cte 1h; 138C cte 18 min;

Prioni profilaxiereducerea transmiterii encefalopatiilor spongiforme transmisibile:interzis consum carne animal bolnav interzis fina de oase carne n hrana animalelor arderea animalelor bolnave

ageni chimicihipoclorit de Na 5 - 25% - 1h; NaOH (1N 2N) 1h urmat de autoclavare la 121C 30 min.

incinerare esuturi, organe contaminate piese histopatologicetratare cu formol apoi cu acid formic 96% - 1h (nu inactiveaz complet agentul prionic!!)

21

Prionipentru viitorelucidarea naturii prionilor aprofundareaaspectelor genetice patogenezei inter-relaiilor cu encefalopatia spongiform a animalelor

Virusuri - definiieVirion = virus = corpuscul elementar = corpuscul viralunitatea viral, morfofuncional, complet, intact, infecioas, cu diametrul cuprins ntre 18-400 nm, capabil s infecteze bacterii, plante, animale, omul

identificarea aspectelor epidemiologice care contribuie la apariia encefalopatiei spongiforme i ntreruperea acestora

Se gsesc extracelular:nainte de a infecta celula gazd dup ce s-au asamblat i au fost eliberai din celula n care s-au multiplicat

Virusuri - dimensiuneExtrem de mici18 30 nm (Parvoviridae, Picornaviridae)V. hepatitei A, v. poliomielitei

Caractere generale ale virusurilorDimensiuni extrem de miciNu pot fi vzute la microscopul optic Se evideniaz la microscopul electronic Sunt filtrabile prin filtre bacteriologice

40 80 nmrotavirus, v. rubeolos, v. hepatitei B, v. hepatitei C

90 200 nmV. herpetic, v. rujeolos, v. respirator sinciial, v. rabic

Au un singur tip de acid nucleicARN (ribovirusuri) sau ADN (dezoxiribovirusuri)

300 - 450 nm (Poxviridae)V. variolic

Au structur extrem de simpl

peste 900 nm lungime, diametru 80 nm (Filoviridae)

Caractere generale ale virusurilorParazitism avansatNu au enzime proprii Dependen cvasitotal de enzimele i mainria replicativ a gazdei Se multiplic doar n interiorul unei celule vii

VIRUS VEGETATIV particula viral aflat n celul, deficitar n unele aspecte ale replicrii PROVIRUS genom viral integrat n cromozomul celulei gazd, multiplicndu-se sincron cu acesta

22

Morfologia virusurilorsfericv.gripal, v.herpetic, adenovirus, v. polio

cilindric, bastonav. mozaicului tutunului, fagi

paralelipipedv. variolic, v. vaccinia

cartuv. rabic

filamentosv. Ebola

sferic cu coadbacteriofag

Structura virusurilorI. genom viral II. capsida III. nveli viral

GENOMUL VIRALeste alctuit dintr-o molecul de acid nucleic viralFIE ARN FIE ADN RIBOVIRUSURI DEZOXIRIBOVIRUSURI

poart informaia genetic necesar replicrii determin capacitatea infectiv a virusului.

MRIMEA GENOMULUI VIRALapreciat n funcie de:unitatea de mas molecular DALTON nr. de nucleotide sau perechi de nucleotide din structurile mono- sau bicatenare KILOBAZA Dalton unitate de msur egal cu 10.000 pe scara greutilor atomice?? Kilobaza unitate egal cu: 1.000 nucleotide pt str. monocatenare (kb) 1.000 perechi de nucleotide pt. str. bicatenare (kbp)

MRIMEA GENOMULUI VIRALdiferit de la o familie la alta referitor la:greutatea molecular1,5 x 106 Da Parvovirus 15 x 106 Da Poxvirus

numrul de nucleotide5-7 kb - Papovavirus 231 kbp - Herpesvirus

compoziia n baze

23

STRUCTURA GENOMULUI VIRALvirusuri ARN

MRIMEA GENOMULUI VIRALnr. de gene cuprins n genom9 structuri genice - HIV 12 structuri genice - v. gripal 240 structuri genice - v. vaccinia

1.

m.c. liniar:pies unic picornavirus, VHA

VHA

2.

m.c. divizat8 molec liniare inegale ARN v.gripal v.gripal

3.

m.c. cu 3 str. circularebunyavirus

nr. de proteine codificate dependent de mrimea genomului250 proteine - v. vaccinia 200 proteine - v. herpetic 2 6 proteine - Parvoviridae 4 proteine - Picornavirus

4. d.c. cu 10-12 segm. separate

reovirus5.

m.c. cu 2 segmente inegalearenavirus

6. m.c. diploid:

2 molec. identice ARN legate necovalent retrovirusuri

reovirus

STRUCTURA GENOMULUI VIRALvirusuri ADN1. 2. 3.

m.c. liniar:parvovirus

FUNCIILE GENOMULUIconine ntreaga informaie genetic viral asigur infectivitatea viral este capabil de autoreplicare n absena celorlali constitueni viraliexcepie: ARN viral izolat, m.c., sens negativ (virusuri cu genom divizat othomyxovirus)

m.c. circularfag X 174

d.c. cu secvene terminale repetitiveadenovirus, herpesvirus

4. d.c. cu extremiti nchise covalent

v. vaccinia5.

d.c. circular, nchise necovalent, cu extremiti m.c.hepadnavirus

6. d.c. circular, nchise covalent i

suprarsuciteSV40, polyomavirus

CAPSIDAcomplex de structuri proteice care mbrac acidul nucleic viral are arhitectur i compoziie specifice fiecrui tip viral

CAPSIDAaspecte caracteristice ale morfogenezei capsidei virale:nr. mic de gene din genomul viral nu permite sintez de polipeptide cu diversitate mare!! uniti structurale similare, grupate repetitiv, dup modele geometrice similare, avantajoase capside cu structuri foarte complexe

24

CAPSIDAaspecte caracteristice ale morfogenezei capsidei virale:resurse limitate: cpii multiple sintetizate de o singur genntre subunitile proteice capsidale interaciuni puternice realizeaz ansambluri stabile care-

TIPURI DE SIMETRIE ALE ARHITECTURII CAPSIDALE

cubic icosaedric helicoidal binar, helicoidal-icosaedric

mbrac genomul viral asigur integritatea genomului viral

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRICparticula viral are form sferic sau contur hexagonal virusuri ARN sau ADN virusuri cu sau fr anvelop cea mai eficient aranjare - maxim de volum cu minim de material capsomerele nu sunt echivalente cu subunitile chimice de construciecapsomere alctuite din 5, 6 subuniti chimice

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRICcapsomerele organizate n jurul unor axe perpendiculare caracteristice simetriei cubice icosaedru poliedru cu:20 fee triunghiuri echilaterale 30 muchii 12 vrfuri (vertex), orientate dup axe de simetrie rotaional de tip 2/3/5

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRIC vertexreunete 5 fee PENTON fiecare fa 5 subuniti proteice PENTAMERI

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRIC* numrul capsomerelor specific pt. fiecare virus * pentone ntotdeauna 12; variaz nr. de hexone virusuri ADN parvovirus 32 capsomere; herpesvirus 162 virusuri ARN picornavirus 32 capsomere; reovirus 92

muchii i feeHEXONI alctuii din 6 subuniti proteice - HEXAMERI * numrul capsomerelor specific pt. fiecare virus * pentone ntotdeauna 12; variaz nr. de hexonevirusuri ADN parvovirus 32 capsomere; herpesvirus 162 virusuri ARN picornavirus 32 capsomere; reovirus 92

25

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRIC

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRIC

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRIC

CAPSIDE CU SIMETRIE CUBIC ICOSAEDRIC

adenovirus herpesvirus

Herpes nucleocapsid showing pentons at the vertices of the icosahedron Zhou et al. Baylor College of Medicine Reference: Z. H. Zhou, B.V.V Prasad, J. Jakana, F.R. Rixon, W. Chiu Baylor College of Medicine, Journal of Molecular Biology poliovirus enterovirus

CAPSIDE CU SIMETRIE HELICOIDALparticula viral are form tubular, flexibil sau rigid, de lungimi i diametre variabile virusuri ARN

CAPSIDE CU SIMETRIE HELICOIDALNucleocapsida tubular cu gol axial

Disc de subuniti alturate

virusuri cu sau fr anvelop capsomerelesubuniti chimice identice aezate repetat pe spira acidului nucleic printr-o micare de rotaie n jurul unui ax + translaie paralel cu acelai axCretere n spiral Structur viral cilindric

26

CAPSIDE CU SIMETRIE HELICOIDAL

CAPSIDE CU SIMETRIE HELICOIDALVirusuri cu anvelop: Virusuri fr anvelopform flexibil aspect de bastona v.mozaicului tutunului ntreaga structur rigid form sferic structura tubular ncolcit n interiorul virionuluispir regulat v.gripal ghem neregulat v.paragripal

de cartu structura tubular orientat n spire strnse, paralele v.rabic

Orthomyxoviridae

Paramyxoviridae

Rhabdoviridae

Capside cu simetrie binar, icosaedrichelicoidalinfluenzavirus

BacteriofagiCapsimetrie icosaedric

Coadaparainfluenzavirus

simetrie helicoidal

v. rabic

Simetrie complexnveli viral

Funciile capsidei viraleprotejeaz genomul de aciunea factorilor externi, de nucleazele celulare; asigur forma virionului; fixeaz virionii nuzi de receptorii celulari specifici; subunitile structurale ale capsidei sunt antigene care induc formarea i reacioneaz cu anticorpii neutralizani.

nucleoid viral

ADN viral cu proteine asociate

-corpi laterali -membran extern acoperit de tubuli

27

nveliul viralpeplos, anvelop deriv din membranele celulei gazd:din membrana plasmatic v. gripal, v. paragripal, retrovirusuri din membrana nuclear herpesvirus

Rolul nveliului viralprotejeaz nucleocapsida; intervine n iniierea ciclului infectant prin recunoaterea i ataarea v. de receptorii celulari; intervine n procesul de asamblare a noilor particule virale; intervine n activiti specific virale (hemaglutinare, hemadsorbie, hemoliz, fuziunea membranelor celulare);

Structura nveliului externstructuri derivate din celula gazd: dublu strat lipidic constituit, n proporii diferite, de fosfolipide, colesterol, glicolipide

Structura nveliului externstructuri proprii virale (codificate de v.:Proteina M SpiculiHemaglutinine Neuraminidaze Profactori de fuziune

Proteina M (matrix)prezent la toate v. nvelite (excepie bunyavirus) situat pe faa intern a nveliului viral Funcii:menine integritatea nveliului viral; rol n asamblarea virionilor i eliberarea lor prin nmugurire; implicat n transportul ionilor de H

28

Spiculii de natur glicoproteic se afl pe suprafaa nveliului viral n structura lor au fost identificate 3 zone:Zona de ancorare, situat pe faa intern a nveliului viral, de natur peptidic; Zona medie care strbate stratul bilipidic al nveliului extern, format din lanuri polipeptidice; Zona extern, situat deasupra nveliului extern, alctuit din glicolipide.

Spiculii Hemaglutinineleprezente la v. nvelite:Orthomyxovirus Paramyxovirus Rhabdovirus etc.

bastonae prismatice cu baza triunghiular nr. spiculilor de HA variaz n funcie de virus funcii:recunoatere receptori celulari, ataare i penetrare virus n celul; induc rspuns imun (antc. hemaglutinoinhibani) rol n hemaglutinarea hematiilor i n hemadsorbie.

Spiculii Neuraminidazeleprezente la orthomyxovirus, paramyxovirus Glicoproteine ancorate n dublul strat lipidic Funcii:faciliteaz ptrunderea virusului n celula gazd prin scindarea acidului sialic din glicoproteinele suprafeei celulare intervin n procesul de ieire a noilor particule din celul

Spiculii Profactorul de fuziunepoate fi situat pe nveliul viral sau pe alte structuri ale nveliului prezent la herpes virus, VRS, paramyxovirus form inactiv Glicoprotein Funcii:fuziunea nveliului viral cu membrana celular favoriznd penetrarea virusului n celula gazd; fuziunea membranelor celulare determinnd apariia de sinciii; diseminarea infeciei; producerea hemolizei.

Alte componente asociate virionuluiEnzimele viraleSinteza de proteine-enzime codificate de virus este restrns (nr. mic de gene din genomul v.) Sunt proteineStructurale - n nveliul viral

Cele mai importante enzime viraleTranscriptaze virale/replicazeARN-polimeraze ARN dependentela v. ARN m.c. de sens negativ paramyxovirus, rhabdovirus, orthomyxovirus

rol interrelaie cu celula gazdNestructurale - asociate nucleocapsidei

ARN-polimeraze virale ADN dependentetranscrierea ADN n ARNm poxvirus

rol replicarea genomului viral sinteza de proteine virale

ADN-polimeraze virale ADN dependenteherpesvirus

29

Cele mai importante enzime viraleReverstranscriptazeprezente la retrovirusuri, hepadnavirusuri ADN-polimeraz ARN dependenttranscrie genomul ARN n ADN

Cele mai importante enzime viraleEndonucleazecliveaz catenele acizilor nucleici prezente la: v. ARN: v. gripal; v. ADN: poxvirus integreaz genomul viral n ADN celularla v. cu potenial oncogen SV40, adenovirusuri

ADN-polimeraz ADN dependent integrazintegreaz ADN proviral n ADN celular numai la retrovirusuri

Enzimenecesare transcrierii i modificrilor ARNm poliadenilat-polimeraze; metiltransferaze etc. prezente la: poxvirus; reovirus

Cele mai importante enzime viraleProteinkinaze, Timidinkinaze, Dezoxicitindezaminazeaccelereaz transcrierea i replicarea genomului viral prezente la: herpesvirus

Cele mai importante enzime viraleProteinazecliveaz precursorii polipeptidici n proteine funcionale i structurale prezente la: picornavirus, togavirus, coronavirus, flavivirus, calicivirus 4 clase:serinproteinaze cisteinproteinaze aspartatproteinaze metaloproteinaze

Tirozinkinazecodificate de oncogene ale v. sarcomului aviar (v. Rous) au ca int proteinele celulare implicate n reglarea ciclului celular

30