Virus de Arqueas

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Virus de Arqueas

• Genómica

Julio Alberto Díaz Muñoz Juan José Cabrera
Rodríguez
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ESQUEMA GENERAL

• INTRODUCCIÓN.-
• CLASIFICACIÓN DE VIRUS.-
• ECOLOGÍA DE VIRUS.-
• GENOMAS DE VIRUS.-
• CONSIDERACIONES EVOLUTIVAS.-
• ARTÍCULOS RECIENTES.-

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-INTRODUCCIÓN.-

• -DESCRIPCIÓN DE ARCHAEAS.-
• Son microorganismos unicelulares procariontes.
• Distintas de bacterias por diferencias
  fundamentales a nivel molecular.
• Descubiertas originariamente en ambientes
  extremos.
• Comunes en los océanos y pueden ser uno de los
  más abundantes grupos de organismos en el planeta
  (hasta el 20 de la biomasa).
• Poseen un único cromosoma circular y presencia de
  plásmidos.
• Genoma distinto a otros microorganismos (15 de
  proteínas exclusivas de archaeas.)

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-INTRODUCCIÓN.-

• HÁBITATS DE ARCHAEAS
• HALÓFILOS extremadamente salinos.
• TERMO-ACIDÓFILOS Tª de mas de 60-80ºC y pH baja
• METANÓGENOS anaeróbicos con producción de metano.

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-INTRODUCCIÓN.-

• ÁRBOL FILOGENÉTICO
• Dominio separado en 1977 por Carl Woese y George
  W. Fox
• Más relacionadas con eucariontes que con
  bacterias.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-

• MORFOLÓGICAMENTE
• FUSIFORMES
• FORMA DE BOTELLA Y GOTA
• LINEARES
• ESFÉRICOS
• CABEZA-COLA
• SEGÚN ARCHAEAS INFECTADAS
• DE EURYCHAEOTAS
• DE CRENARCHAEOTAS

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-

• VIRUS FUSIFORMES

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS FUSIFORMES

• Diversos en características y estructura génica.
• Poseen un gen integrasa, que facilita la
  integración en cromosoma del huésped.
• FUSELLOVIRIDAE, FUSELLOVIRUS
• - Su replicación y liberación dejan la célula
  huésped intacta
• - Situaciónes de estrés inducen la replicación
  viral y la inhibición temporal del crecimieto del
  lisógeno sin causar su lisis

• FUSELLOVIRIDAE, SALTERPROVIRUS
• Codifica una DNA polimerasa.
• FUSIFORMES NO CLASIFICADOS
• Poseen ORFs que codifican productos implicados
  en modificación de DNA.
• Complejo patrón de metilación del DNA.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS FUSIFORMES

• FAMILIA BICAUDAVIRIDAE
• ATV
• Viriones liberados de las células hospedadoras
  como partículas fusiformes, sin cola.
• Desarrollan largas colas con temperaturas por
  encima de 75ºC.
• Independiente del huésped o de ninguna fuente de
  energía.
• Su mecanismo molecular no está claro.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-

• VIRUS CON FORMA DE BOTELLA Y GOTA

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS CON FORMA DE BOTELLA Y GOTA

• ABV y el SNDV, tienen características
  morfológicas tan únicas que cada uno ha sido
  asignado a una nueva familia.
• Familia Ampullaviridae ABV
• ADN polimerasa como Salterprovirus.
• Molécula RNA que con similitud a la estructura
  secundaria del RNA implicado en el
  empaquetamiento del DNA del bacteriófago ?29.
• SNDV
• genoma circular dsADN extensamente modificado por
  metilación.
• No ha sido secuenciado.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS LINEALES
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS LINEALES

• Genoma dsDNA lineal.
• Rudiviridaerígidos como barras.
• Lipothrixviridae flexibles y filamentosos.
• Gran fracción de genes ortologos son compartidos
  por ambos.
• No presentan el gen integrador.
• Su replicación no se induce por factores de
  estrés.
• Patrón múltiple de repeticiones al término del
  genoma del AFV1.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS ESFÉRICOS
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS ESFÉRICOS

• Dos tipos principales
• Globuloviridae
• No clasificados.
• Genomas lineales.
• SH1 es un virus lítico
• STV1 no es lítico, y permanece estable en la
  célula hospedadora.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS CABEZA-COLA
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS CABEZA-COLA

• Morfología parecida a los bacteriófagos.
• Todos ellos asociados al reino Euryarcheota.
• Siphoviridae posee todas las citosinas
  convertidas en 5 metilcitosinas.
• Myoviridae
• FH genoma permanece en el huésped como un
  plásmido circular.
• FCh1 interacción de su genoma con el del huésped
  dependiente de la concentración de sal del medio.

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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS DE EURYARCHAEOTA
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS DE EURYARCHAEOTA
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS DE CRENARCHAEOTA
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS DE CRENARCHAEOTA
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-CLASIFICACIÓN DE VIRUS DE ARCHAEAS.-
VIRUS DE CRENARCHAEOTA
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-ECOLOGÍA DE VIRUS DE ARCHAEAS.-

• Virus hipertermófilos han sido observados en
  medios geotérmicos en Islandia, el este de Rusia,
  Nápoles, y el parque nacional de Yellowstone, en
  EE.UU.
• Virus de la misma familia aislados de diferentes
  áreas geográficas y que infectan hospedadores
  parecidos, presentan en secuencia génica
  fuertemente conservada.
• Sin embargo, similaridad mínima observada en
  especies de diferentes familias que coexisten en
  la misma comunidad local microbiana.

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Genómica de virus de arqueas

• El análisis de los genomas de estos virus revela
  muy pocas homologías con cualquier secuencia de
  las bases de datos
• Las proteínas virales tienen un ritmo de cambio
  muy alto
• No buscar semejanzas sutiles
• Las bases de datos crecen muy rápido
• Realizar búsquedas actualizadas
• Utilizar nuevas técnicas de búsqueda
• Utilizar test de significación estadística

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Resultados

• Los nuevos análisis descubren nuevas conexiones
  evolutivas entre proteínas de estos virus
• Formulación de nuevas predicciones funcionales
• Gran variabilidad de resultados
• Destaca que algunos no tengan casi ningún gen
  conservado con otros virus, células o ambos

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Resultados

• Muchos ORFs muy pequeños
• Artefactos?
• Sobrestimado
• La mayoría de los ORFs están muy conservados
  entre genomas de virus relacionados
• Genes codificantes de proteínas
• Conclusión
• La mayoría de los genes de los virus de arqueas
  no son homólogos con los genes, conocidos, de
  otros virus o células
• Situación homóloga con los complejos virus de
  eucariotas
• Alta tasa evolutiva y adaptativa de estos virus

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Resultados

• Resultado más relevante
• 15 familias proteicas son homologas en virus de
  Crenarqueota
• Estudio evolutivo de estos virus

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Dominio cinta-hélice-hélice

• Los productos génicos más abundantes de los virus
  de Crenarqueota son pequeñas proteínas con
  dominios cinta-hélice-hélice
• Menos de 50 aa
• Secuencia escasamente conservada
• Son reguladoras de la trascripción
• Reconocen la secuencia de DNA introduciendo el
  dominio cinta-hélice-hélice en el surco mayor
• Los dominios cinta-hélice-hélice son comunes en
  arqueas
• Especialmente aptas para controlar la
  trascripción a altas temperaturas

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Otros reguladores de la transcripción

• Además de las proteína con dominios RHH existen
  otros reguladores de la transcripción
• Proteínas con dominios hélice-giro
• No parecen tener un origen común en todos los
  virus
• Proteínas con dominios en dedos de Zn
• Cierta homología a la de eucariotas
• No se encuentra homólogos en procariotas
• Se dividen en dos grupos
• Realmente ortólogos
• Relacionados con los de eucariotas

• No se conoce su origen
• Genes altamente móviles
• Aún no se conocen en arqueas
• Pueden ser el origen de las proteínas homólogas
  de eucariotas

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P-loop ATPasa

• El dominio P-loop ATP/GTPasa es el más abundante
  en el dominio de los procariotas
• En los virus es usada para
• Estimula las ATPasas relacionados con el
  procesamiento de ácidos nucleicos (ej. helicasas)
• De diferentes orígenes
• Son diferentes entre virus de Crenarqueota y
  Euryarqueota

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Otras proteínas

• Replicación
• Endonucleasas de la familia RecB
• Integrasa XerC/D
• Otras exonucleasas
• Metabolismo
• dUTPasa
• Flavin sintetasa dependiente de timidolato
• Morfogénesis del virión
• Glucosiltrasferasa
• Aciltraferasa
• Nucleosido-difosfato epimerasa

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Monofilia frente a Polifilia

• Para evaluar la relación se deben de definir los
  conjuntos de genes ortólogos
• Programas informáticos
• Manualmente (Alta tasa de errores)
• Controversia
• Existe un ancestro común para todos los virus?
• Estos genes ortólogos al menos nos ayudan a
  establecer relaciones filogenéticas y definir la
  evolución de estos genes

Los genes ortólogos son aquellos que derivan de
un mismo gen ancestral
Búsqueda de un ancestro común
Comparten muchos genes ortólogos Ancestro común
reciente
Comparten 6/9 genes ortólogos Ancestro común más
lejano
Comparten de 1 a 4 genes ortólogos No es seguro
que compartan un ancestro común
PSV-TTSV1 no comparte ningún gen ortólogo con los
demás
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Monofilia frente a Polifilia

• El grupo de genes ortólogos más común es el que
  codifica a proteína con dominios RHH
• Pseudo-ortólogo
• Es muy similar a un gen de Sulfolobus y podría
  haber sido adquirido de forma independiente en
  algunos virus

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Conclusiones

• Los estudios de genómica de virus de arqueas
  revelan
• Comparten un pequeño grupo de genes entre ellos
• Comparten algunos genes más con sus hospedadores
• Parecen estar claras las relaciones filogenéticas
  entre virus que conserven grupos de genes
  ortólogos
• El hecho de compartir más genes con sus
  hospedadores que entre ellos puede indicar una
  alta tasa de trasferencia horizontal
• Causa que sea tan complicado establecer la
  procedencia de muchos de sus genes

35
Conclusiones

• Prácticamente no comparten ninguna homología con
  otros virus
• El 96 de los virus de DNA de doble cadena de
  bacterias son con cabeza y cola, muy pocos tienen
  otra morfología
• Los virus de arqueas presentan mayor diversidad
  morfológica, incluso con morfologías que no se
  ven en virus de bacterias o eucariotas
• Mantenidas por los inusuales ambientes que
  habitan sus hospedadores

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Conclusiones

• Genómicamente tampoco comparten homologías con
  otros virus
• Muy pocas excepciones
• Pueden no estar realmente relacionadas
• Convergencias
• Transferencias horizontales
• Cápsida icosaédrica
• Es prácticamente igual en todos los virus
  icosaédricos, aunque sus orígenes no sean los
  mismos
• Existencia de un pool de genes virales que saltan
  entre dominios por transferencia horizontal
• Entre bacteriófagos y virus de eucariotas es
  evidente la existencia de este pool. Los virus de
  arqueas parecen haber aportado poco a este pool

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Conclusiones

• En general, parece que los virus de Crenarqueota
  son ajenos a cualquier otro virus, y que entre
  ellos tienen un único origen o incluso varios
• La presencia de secuencias conservadas, de
  reciente adquisición, con otras más antiguas es
  el resultado de la trasferencia horizontal con el
  huésped
• Complejidad para establecer linajes
• Por otro lado los genes de adquisición antigua
  podría descender de antecesores previos a la
  separación entre arqueas y bacterias

38
Conclusiones

• Las conclusiones que se obtienen del estudios de
  los virus de Euryarqueota son diferentes, estos
  virus sí tienen múltiples proteínas claramente
  relacionadas con bacteriófagos
• Diferencias evolutivas entre virus de
  Crenarqueota y Euryarqueota
• Aislamiento genético causada por las diferencias
  de estilo de vida entre las dos divisiones

39
Conclusiones

• Dado que los virus codifican, en gran medida, su
  maquinaria de procesamiento genético, y que ésta,
  en eucariotas y arqueas, está claramente
  relacionada evolutivamente, cabría esperar que
  los virus de arqueas y eucariotas tuviesen el
  mismo origen
• Los estudios genéticos indican que no están
  relacionados, sobretodo los de Crenarqueota
• A grandes rasgos su genoma no es tan diferente de
  un bacteriófago
• La mayoría de los genes están implicados en la
  regulación de la expresión de los genes virales
• Uno o dos genes para una ATPasa
• En algunos casos, nucleasas implicadas en la
  replicación y encapsidación del genoma
• Esta semejanza con bacteriófagos parece deberse
  a convergencias independientes, acumulando genes
  funcionalmente similares

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Conclusiones

• Según hipótesis puede que el origen de los virus
  sea previo a la divergencia de los diferentes
  dominios celulares
• Cada dominio celular, al comenzar su
  diferenciación sería infectado por un grupo de
  virus de la virosfera ancestral, y estos virus
  ligarían su evolución a la del grupo celular
• Hay hipótesis que mantienen que los virus de DNA
  introdujeron el DNA en las primitivas células de
  RNA
• Tres células primitivas de RNA fueron infectadas
  por virus de DNA que causaron su transición de
  RNA a DNA, siendo el origen de la diferenciación
• Las arqueas se han mantenido geográficamente
  aisladas durante largos periodos de tiempo
• Aunque posteriormente se ponga en contacto con
  células de otros dominios el virus ya es incapaz
  de infectarlas
• No existen virus de RNA de arqueas
• Puede ser que aún no se hayan encontrado
• Puede que no existiesen en la virosfera que
  infectó al ancestro de las arqueas
• Puede que las altas temperaturas, en las que
  viven algunas arqueas, impidan el desarrollo de
  virus de RNA
• Esto indicaría que el ancestro común de las
  arqueas era termófilo

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