Introduction to

Microbiology

Anas Abu-HumaidanM.D. Ph.D.

Lecture 23

Viruses overview

• The following regarding viruses will be discussed in this lecture:

• Definition • Structure• Classification • The virome• Cytopathy

Viruses• A virus is a set of genes, composed of either (DNA

or RNA, packaged in a protein containing) coat called a capsid

• Some viruses also have an outer lipid bilayer membrane external to the coat called an envelope

• The resulting complete virus particle is called a virion.

• A virus is an intracellular parasite.المقصود بأن الفيروسات تكون غير نشطة خارج البكتيريا

• They range in size from about 20 to 400 nanometres in diameter

ف تم اكتشاف الفيروسات بعد اكتشا.البكتيريا

5

Size of viruses

The virome

• Viruses are everywhere!! Inside our bodies or around us and even in the air we breathe in.

• We regularly eat and breath billions of virus particles.

• Viruses infect every living thing in the planet.

• Virome refers to the collection of nucleic acids, both RNA and DNA, that make up the viral community associated with a particular ecosystem.

The virome

• The human virome is the total collection of viruses in and on the human body. Viruses in the human body may infect both human cells and other microbes such as bacteria (as with bacteriophages).

• Some viruses cause disease, while others may be asymptomatic. Certain viruses are also integrated into the human genome.

.االنسان قد يكون عبارة عن فيروساتDNAالمقصود بأنه هناك جزء من

• The human virome is far from being completely explored and new viruses are discovered frequently.

• The role of the virome in health and disease is not well understood.

Viruses overview

Viral structure

• The virion (the complete virus particle) consists of a nucleic acid genome packaged into a

protein coat (capsid) or a membrane (envelope) The clinically important viruses range

from 18 nm (parvoviruses) to 300 nm (poxviruses) و هو الشكل الجاهز من الفيروس حتى ينتقل الى

الشخص اخر و يعديه

DNA &RNA

Proteins

.عهابعض الفيروسات تمتلكها و ليس جمي

Viral structureOnce the virus has infected a cell and begins replicating itself, new capsid subunits are synthesized using the protein biosynthesis mechanism of the cell.

:يتكون الخطاء البروتيني في الفيروس كالتالي و pentamer capsomereمنها لينتج5و تتجمع كل capsomereاوال يتم تجميع البروتينات لنحصل على ما يسمى ب

و هذا يختلف من فيروس الى اخر protein coatل monomerالذي يعتبر ال

مش موجودة عند

كل الفيروسات

تقسيم الفيروسات

ا من احد الطرق الشائعة حالي

هي تقسيم الفيروسات هيDNAتقسيمهم حسب

يجب ان تمر جميع mRNAالفيروسات بمرحلة

أن حتى يستخدم في ما بعد ب

زمة و تصنيع البروتينات الال mature virionينتج

double strandيجب ان يتحول الى single strand DNAاما mRNAيتفكك وينتج عنه double strand DNAان DNA و من ثم يتحول الىmRNA اماRNA بجميع انواعه يتحول الىmRNA دون تحويل اما بطريقة مباشرة او بغير

.لكن ليس مباشرةmRNAينتج عنه ( -)مباشرة mRNAينتج عنه )+( بحيث ان . مباشرة

Viral classification

• Knowledge of the structural (size and morphology)• Genetic (type and structure of nucleic acid) features of a virus provides insight into how the

virus replicates. المقصود هنا بأنه هل الفيروسDNA والRNA وال )+( هل هو(-.... )

• Spreads, and causes disease.

The most consistent and current means of classification is by physical and biochemical characteristics, such as size, morphology (e.g., presence or absence of a membrane envelope), type of genome, and means of replication

small

RNA

Viral structure Naked capsidو Envelopeالفرق بين

عادة هذه االنواع من

inactiveالفيروسات تصبح عندما تتعرض للحرارة او

......سطح جاف

غالبا تنتقل عن طريق

.القطرات

تعطي صفات أدق للفيروس

ير ال تركزوا عليهم كث

يا حية تحتاج الى خالان زراعة الفيروسات تختلف عن زراعة البكتيريا النها حتى تتكاثر

Virus replication

• Viral populations do not grow through cell division, because they are acellular. Instead, they use the machinery and metabolism of a host cell to produce multiple copies of themselves, and they assemble in the cell

تنتج من في البكتيريا كنا نستطيع معرفة االعداد التي سbinary fissionعملية الزراعة النها تتكاثر عن طريق

ن اما في الفيروسات يصعب حسابها النها ال تتكثر عhost cellو تعتمد على binary fissionطريق

The stages in a viral infection, of a cell is called the Virus infectious cycle.

←←تحدث بواسطة بروتينات معينة

بروتينات مبكرة تساعد في translationينتج عن عملية

و بعض البروتينات االخرى تدخل في replicationعملية

.تركيب الغشاء المحيط ب المادة الوراثية

Viruses• Attachment is a specific binding between viral capsid

proteins and specific receptors on the host cellular surface.

• This specificity determines the host range (some viruses only infect plants). And the type of tissue infected (hepatitis viruses primarily infect liver tissue).

• Tissue tropism is the cells and tissues of a host that support growth of a particular virus or bacterium.

يليعلى ما معين يعتمد نسيج حتى يصيب الفيروس:

وجود مستقبالت لهذا الفيروس في النسيج1).يجب ان يحتوي النيج على االنزيمات و البروتينات التي تتيح للفيروس بأن يتكاثر2)

انinteraction ما بين كل منviral capsid proteins وreceptors on the host يلعب دور كبير في نوع النسيج

و Helper T cellsالموجود في CD4يوجد عليه بروتينلت تمسك ب HIVاللي راح اليصيبه الفيروس مثال فيروس

. Tissue tropismو يسمى هذا الشيء ب . راح يصيب جهاز المناعة(HIV)بالتالي هذا الفيروس

Pathogenesis of Viral Diseases host’sو virulence factors: اشياء اال وهي3يجب توفر infectionكما في البكتيريا تماما حتى يحدث المرض او •

response الذي يسحدث فيه هذا المرض او النسيج وinfection.

• The outcome of a viral infection is determined by the nature of the virus-host interaction and the host’s response to the infection.

• Viruses encode activities (virulence factors) that promote the efficiency of viral replication, viral transmission, access and binding of the virus to target tissue, or escape of the virus from host defences and immune resolution.

• A particular disease may be caused by several viruses that have a common tissue preference. (hepatitis—liver, encephalitis—CNS) يعني مرض معين ممكن ان ينتج من عدة فيروسات

• A particular virus may cause several different diseases herpes simplex virus type 1 (HSV-1) can cause gingivostomatitis, pharyngitis, herpes labialis (cold sores), genital herpes.

.يعني فيروس معين قد يسبب اكثر من مرض

• A particular virus may cause no symptoms at all.

ح في هذه الحالة جهاز المناعة صيب

اكثر استعدادا و مقاومة لهذا

ة الفيروس في حال هاجم الجسم مر

اخرى

اء كما ان الخلية التي قامت بالقضcytokinesعلى الفايريس تنتج

حتى تجعل الخاليا المجاورة لها

هم تستعد لمواجهة الفايروس و من اinterferonهو cytokinesهذه

The outcome of a viral infection is determined by the nature of the virus-host interaction and the host’s response to the infection.

و المقصود هو انه كلما زاد عدد البكتيريا ا

فمثال. الفيروس تكون حدة المرض اعلى

ما الدكاترة و الممرضين في المستشفى ل

فيروس ينصابوا بمرض سببه بكتيريا او ال

يين غالبا بيكون شديد اكثر من الناس العاد

النهم بيكونوا اخذوا جرعة عالية من هذا .الفيروس او البكتيريا

و مرات بيصير ةتحلل ذاتي للخلي

Steps in Viral Pathogenesis

.secondary siteاو primary siteقد يكون

شار غالبا االنتقال او االنتيكون عن طريق الدم

.و قد يلحق الضرر بالجسم اكثر من الفيروس adaptive immune systemهنا يتم تشغيل

A. Entry and Primary replication

• The virus gains entry into the body through breaks in the skin (cuts, bites, injections) or across the mucoepithelial membranes that line the orifices of the body (eyes, respiratory tract, mouth, genitalia, and

gastrointestinal tract). Inhalation is probably the most common

route of viral infection.

• Viruses usually replicate at the primary site of entry. Some, such as influenza viruses (respiratory infections) and noroviruses (gastrointestinal infections), produce disease at the portal of entry and likely have no necessity for further systemic spread.

• Some viruses are introduced directly into the bloodstream by needles (hepatitis B, human immunodeficiency virus [HIV]), by blood transfusions, or by insect vectors (arboviruses).

virus entryمن االمثلة على

Enveloped virus entry

من االمثلة على هذا النوع من الفيروسات هم

........ فايروس كورونا و االنفلونزا

lipidهذه الفيرو سات غشلئها يكون محاط ب bilayer و بروتينات اخرى.

تدخل فقط بالبداية يلتصق الفيروس بسطح الخلية وcapsid اماlipid bilayerيبقى في الخارج.

داخل الخلية بواسطة capsidتتحرك هذه

motor proteinتينات و بيبدأ الفيروس ينتج برو

.و يتكاثر

Enveloped virus entry

Enveloped virus entry

B. Viral Spread and Cell Tropism

• Many viruses produce disease at sites distant from their point of entry, the most common route is via the bloodstream or lymphatics. The presence of virus in the blood is called viremia . Virions may be free in the plasma (eg, enteroviruses, togaviruses) or associated with particular cell types (eg, measles virus)

• Viruses tend to exhibit organ and cell specificities. Thus, tropism determines the pattern of systemic illness produced during a viral infection. (e.g. hepatitis B virus has a tropism for liver hepatocytes).

• Tissue tropism depends mainly on cell receptors for attachment and internalization of the virus. في االعلى 18و هذا االشي حكينا عنه في ساليد رقم

• Also cellular enzymes can be needed to modify viral proteins and initiate infection, and thus affect tropism.

عندما يدخل الفيروس الى primary site اما ان يسبب مرض

ل عبر فيه و تنتهي القصة او قد ينتقالدم الى مكان اخر

C. Cell Injury and Clinical Illness

Destruction of virus-infected cells in the target tissues and physiologic alterations produced in the host by the tissue injury are partly responsible for the development of disease.

General symptoms associated with many viral infections, such as malaise and anorexia, may result from host response functions such as cytokine production.

Inapparent infections by viruses are very common.

خليةالطرق التي يسبب بها الفيروس االذى لل

: is a multinucleate cell which can result from multiple cell fusions of uninuclear cells

D. Recovery from Infection

• The host either succumbs or recovers from viral infection.

• Recovery mechanisms include both innate and adaptive immune responses. Interferon (IFN) and other cytokines, humoral and cell-mediated immunity, and possibly other host defense factors are involved.

• In acute infections, recovery is associated with viral clearance. However, there are times when the host remains persistently infected with the virus.

:viral infectionsو معظم (common cold)شرح عن •رة و هو في البداية يحصل الشخص على الفيروس من شخص مصاب بيقعد فت

ايام و هنا الفيروس بيكون 4لسى ما ظهرت عليه االعراض و قد تستمر لو يكون في target tissueهو primary siteبيتكاثر و غالبا بيكون ال

upper respiratory traceاعة و لما يصير في ضرر كافي بيبلش جهاز المن

.يشتغل و االعراض بتظهر و بعد هيك تتم مقاومة الفايروس

Latent recurrent infections

: من اشهر االمثله عليه هوHerpes simplex 1 virus

E. Virus Shedding

• Shedding occurs at different stages of disease depending on the particular agent involved, It represents the time at which an infected individual is infectious to contacts.

• Shedding is important to maintain a viral infection in populations of hosts. In some viral infections, such as rabies, humans represent dead-end infections, and shedding does not occur.

ل مثال على فيروس شل(poliovirus)االطفال

Further reading and material:

• Murray - Medical Microbiology 8th EditionSection 5: Virology

Chapter 37Chapter 38

• Jawetz, Melnick & Adelberg's Medical Microbiology, 26th edition-Section 4: Virology

Chapter 30

• Youtube: Channel: Vincent Racaniello

Videos : Virology Lectures 2018 #11 + #12 + # 15

كن عظيما

لجان الدفعات

أهل الهمة