VIRUS Y TRANSFORMACIÓN CELULAR

"Virus" significa "jugo venenoso". Los virus, a diferencia de las bacterias, no son células, están formados de la misma sustancia que el núcleo celular, el ADN. Los virus están formados por una región central de ácido nucleico, DNA o RNA, rodeado por una cubierta de proteína o cápside y, en algunos casos, por una envoltura lipoproteica.Se reproducen solamente dentro de las células vivas, apoderándose de las enzimas y de la maquinaria biosintética de sus hospedadores. Sin esta maquinaria, serían tan inertes como cualquier otra macromolécula, o sea, sin vida según la mayoría de los criterios.  Son muy diminutos, de 20 a 500 milimicras, y muchos de ellos no se han podido ver ni en el microscopio electrónico… pero vemos sus efectos: poliomielitis, Sida, rabia, sarampión, varicela, viruela, encefalitis, tracoma, herpes, gripe, fiebre amarilla…

2_Arquitectura Viral:

A. DEFINICIONES EN VIROLOGÍA.

1. CÁPSIDA.

Es la envoltura proteínica que envuelve al ácido nucleico (AN) del genoma. Las cápsidas vacías pueden ser subproductos del ciclo de replicación de los virus con simetrías icosaédrica.

2. NUCLEOCÁPSIDA.

Es la cápsida junto con el AN encapsulado.

3. UNIDADES ESTRUCTURALES.

Son los bloques proteínicos básicos de la envoltura. Suelen ser la acumulación de más de un polipéptido no idéntico.

4. CAPSÓMEROS.

Unidades morfológicas que se observan en el microscopio electrónico sobre la superficie de las partículas víricas icosaédricas. Los capsómeros están formados por subunidades polipeptídicas.

5. CUBIERTA.

Membrana que contienen lípidos y que circunda a ciertas partículas víricas. Se adquiere durante la maduración del virus a través de membranas celulares. En la superficie de la cubierta quedan expuestas las glicoproteínas codificadas por el virus.

6. VIRIÓN

Es la partícula viral completa infectante, que en algunos casos puede ser idéntica a la nucleocápsida (virus sin envuelta). Sirve para transmitir el AN viral de una célula a otra.

7. VIRUS DEFECTUOSOS.

Partícula vírica que es funcionalmente deficiente en algunos aspectos de la replicación y puede interferir en la replicación de virus normales.

B. COMPOSICIÓN QUÍMICA.

1. ÁCIDO NUCLEICO.

El AN puede ser ARN o ADN de cadena doble o sencilla, que se puede identificar con naranja de acridina (presenta distinta fluorescencia según el tipo de AN). Puede haber una o más moléculas de AN; pero siempre de un solo tipo.

Hay bases transformadas que solo aparecen en virus. Los bacteriofagos tienen bases metiladas y glicosiladas que sirven para resistir a las enzimas de restricción del espacio periplásmico de las bacterias.

2. PROTEÍNAS.  ASHLEY WAGNER- MISTY COPELAND

AMAL CLOONEY.

Constituyen la fracción más importante de los componentes víricos (50-90%). Se clasifican en:

a) Proteínas de la superficie:

• Proteínas de la cápsida (capsómero).
• Proyecciones de la envoltura (peplómeros) que son glicoproteínas con actividad enzimática.
• Proteínas de la membrana de la célula huésped (restos).

b) Proteínas internas:

• Proteína M de la cara interna de la envoltura.
• Capsómeros de la cápsida interna.
• Proteínas asociadas al AN (proteínas básicas tipo histonas).
• Transcriptasas asociadas a nucleocápsida.

3. GLÚCIDOS Y LÍPIDOS.

No son virus específicos, pero hay casos especiales

• Poxvirus: parte de los lípidos son virus específicos.
• Mixovirus: los glúcidos de las glicoproteínas de la envuelta son virus específicos.

C. ESTRUCTURA DE LOS VIRUS.

Los virus son agentes infecciosos de pequeño tamaño y parásitos intracelulares obligados. Se diferencian de las bacterias y eucariotas porque no presentan organización celular.

Están compuestos por una molécula de ácido nucleico (AN) rodeado de una cubierta protectora proteica (cápsida) que le sirve como agente vector de una célula a otra. Estas dos estructuras forman la nucleocápsida que puede estar recubierta por una envoltura lipídica.

CÁPSIDA.

Los adelantos en las técnicas de difracción de rayos X y en la microscopía electrónica han hecho posible resolver diferencias sutiles en la morfología básica del virus.

El estudio de la simetría viral en el microscopio electrónico requiere el uso de colorantes con metales pesados (fosfotungstato de potasio) para acentuar la estructura de la superficie. El metal pesado penetra en la partícula viral como una nube y resalta la estructura superficial de los virus mediante “tinción negativa”. La arquitectura viral puede agruparse en 3 tipos:

• Simetría helicoidal: mixovirus.
• Simetría cúbica (icosaédrica en virus animales): adenovirus.
• Simetría compleja: poxvirus.

CÁPSIDAS ICOSAÉDRICAS.

Están constituidas por capsómeros que a su vez están constituidos por monómeros (formado por dos moléculas proteicas).

Cada monómero se puede asociar de dos formas para dar:

• Capsómerohexamérico (6 monómeros): en centro de las caras de la cápsida.
• Capsómeropentamérico (5 monómeros): en los vértices de la cápsida.

El icosaedro tiene 20 caras, cada una formando un triángulo equilátero, 12 vértices y ejes de 5, 3 y 2 angulaciones de simetría rotatoria. El número de formas en las cuales los capsómeros pueden arreglarse para conformar con una simetría icosaédrica es limitado, pudiendo expresarse con la formula.

Estos virus también pueden agruparse conforme a su número de triangulaciones, T, el cual es el número de triángulos pequeños formados en una sola cara del icosaedro. El número de capsómeros puede calcularse con la formula siguiente:

N = 10T + 2

CÁPSIDAS HELICOIDALES.

Constituida por monómeros con morfología típica que se van a encontrar colocadas helicoidalmente alrededor del AN.

Hay distintos tipos de simetría helicoidal:

• Tubo rígido y sin envoltura: virus del mosaico del tabaco.
• Tubo flexible:
• Regular: ortomyxovirus y rabdovirus.
• Irregular: paramixovirus.

Los monómeros tiene forma de sectores semicirculares con una estría en la parte central, donde se coloca el AN. El número de capsómeros que hay a lo largo de la espira que forma la nucleocápsida, depende de la longitud del AN que aloja. El sentido de giro es a derechas.

Cada capsómero se une a otros 6 capsómeros como máximo; con lo que se consigue una mayor estabilidad que en las cápsidasicosaédricas.

Virus de simetría compleja: Bacteriofago y Poxvirus.

ENVOLTURA ó CUBIERTA.

Los virus pueden estar desnudos o con envuelta. La envuelta esta formada por una membrana lipoproteica semejante a la membrana celular, en la que las proteínas son virus específicas y los lípidos e H de C son huésped específicos.

Clasificación taxonómica del Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV).

Las clasificaciones intentan describir la diversidad de virus, dándoles nombre y agrupándolos según sus semejanzas. Rasgos como la morfología (tamaño, forma, cápsida o no), propiedades físico-químicas (masa molecular, densidad flotante, pH, térmicas, estabilidad iónica), genoma (RNA, DNA, secuencia segmentada, mapa de restricción, modificaciones etc), macromoléculas (composición y función de la proteína), propiedades antigénicas, biológicas propiedades (hospedador, tropismo de transmisión etc) son todos considerados.Esta clasificación hace posibles predicciones sobre detalles de la replicación, patogénesis y transmisión.

El ICTV desarrolló el sistema de clasificación en 1966. La estructura general de la taxonomía es la siguiente

Imagenes tomadas de http://epidemiologiamolecular.com/tipos-virus

Clasificación Baltimore

El biólogo ganador del Premio Nobel David Baltimore diseñó el sistema de clasificación de Baltimore. El sistema de clasificación del ICTV es utilizado en combinación con el sistema de clasificación de Baltimore en la clasificación moderna de los virus.

La clasificación de Baltimore de los virus se basa en el mecanismo de producción de ARNm. Los virus deben generar ARNm de su genoma para producir proteínas y replicarse, pero cada familia de virus utiliza mecanismos diferentes. El genoma de los virus puede ser monocatenario (ss) o bicatenario (ds), de ARN o ADN, y pueden utilizar o no la transcriptasa inversa. Además, los virus ARN monocatenarios pueden ser o positivos (+) o negativos (-). Esta clasificación reparte los virus en siete grupos:

I: Double-stranded (bicatenario) ADN (Adenoviruses; Herpesviruses; Poxviruses, etc)

II: Single-stranded (monocatenario) (+)sentido ADN (Parvoviruses)

III: Double-stranded ARN (bicatenario) (Reoviruses; Birnaviruses)

IV: Single-stranded (bicatenario) (+)sense ARN (Picornaviruses; Togaviruses, etc)

V: Single-stranded(monocatenario) (-)sentido ARN (Orthomyxoviruses, Rhabdoviruses, etc)

VI: Single-stranded(monocatenario) (+)sentido ARN with ADN intermediate in life-cycle (Retroviruses)

VII: Double-stranded (bicatenario) ADN con ARN intermedio (Hepadnaviruses)

Criterios de clasificación virus

Los virus se pueden clasificar según varios criterios. Algunos de ellos son:

- Por la célula que parasitan: Virus animales, vegetales o bacteriófagos.

- Por su forma: Helicoidales, poliédricos o complejos.

- Por tener o no envolturas: Virus envueltos o desnudos.

- Por su ácido nucleico: ADNmc; ADNbc; ARNmc o ARNbc.

mc = monocatenario

bc  = bicatenario

Los virus animales: Los virus animales suelen tener estructuras más simples que los virus bacteriófagos y en general van envueltos. Sus ciclos pueden considerarse líticos y, en general, su material genético no se integra en el de la

célula hospedadora, con excepción de los retrovirus. Cuando una célula es infectada por un virus se dan tres tipos de fenómenos, además de los que se dan en un ciclo lítico característico.

Estos fenómenos  son:

-Transformación: es característica de los retrovirus. Consiste en la inserción de material genético en la célula hospedadora, en la que se producen daños, y las células normales se transforman en células tumorales.
– Infección persistente: el virus se multiplica lentamente y no produce nunca la muerte de la célula hospedadora.
– Infección latente: el virus está presente pero es inocuo para la célula. Después emerge y ocasiona una infección lítica. Un ejemplo es el virus del herpes.

A continuación se repasan algunos de los virus animales más típicos:
Herpes: hay dos tipos de herpes, uno provoca calenturas y el otro los herpes genitales. Aparecen como consecuencia de una infección primaria que se cura, pero les permite llegar a determinados ganglios nerviosos y el virus permanece allí, pudiendo reavivarse más adelante. Se piensa que esta reactivación se produce como consecuencia de estrés corporal. Son muy contagiosos y no existe tratamiento eficaz para curarlos.

Varicela y zoster: el virus de la varicela es la infección primaria. Se trata de una enfermedad infantil, no requiere tratamiento específico, y solo se padece una vez en la vida. El zoster o “culebrón” es la reactivación secundaria del virus. Produce un sarpullido en la zona de la cintura. Aparece en adultos y es muy doloroso. Se trata con aciclovir y no es contagioso.

Viruela: es un poxvirus, con ADN de doble cadena. Está erradicada desde los años 60 y se consiguió gracias a que, por un lado, es una enfermedad estrictamente humana y, por otro, en 1796 Jenner desarrolló la vacuna. Era un momento en que era una enfermedad endémica, y la Organización Mundial de la Salud hizo una fuerte campaña para erradicarla.

Hepatitis: producida por muchos agentes etiológicos. La más grave es la hepatitis B, producida por un virus de ADN de doble cadena. Produce diftericia, es decir, la piel amarillea debido a los problemas en el riñón que ocasiona. Se transmite tanto por la sangre como por contacto sexual. En los años 80 hubo una epidemia de esta enfermedad, ya que se fabricó una vacuna contra la fiebre amarilla con suero contaminado. Para obtener la vacuna de la hepatitis B, se consiguen proteínas de la cápsida mediante recombinación genética.

Polio: el poliovirus es un virus con ARN de cadena sencilla y polaridad positiva. Aunque es asintomática, a veces el virus puede llegar al sistema nervioso central y provocar una parálisis que afecta a las extremidades inferiores. Hoy es una enfermedad poco frecuente, ya que hay vacunas eficaces.

Rabia: el rhabdovirus tiene ARN de cadena sencilla y polaridad negativa. Es una enfermedad muy distribuida en la naturaleza. La vacuna se basa en virus inactivados y la primera la desarrolló Pasteur.

Paperas: las transmite un virus con ARN de polaridad negativa. No es una enfermedad grave, pero en el caso de los hombres puede llegar a provocar esterilidad. Es poco frecuente.

Gripe: se trata de un ortomixovirus con ARN de polaridad negativa. La vacuna es poco eficaz ya que el virus muta de unos años a otros, así que se trabaja con proyecciones estadísticas. La vacuna es una mezcla de virus y se vacuna a los grupos de población de riesgo.

Retrovirus: se trata de virus con ARN de polaridad positiva. Mediante la enzima transcriptasa reversa, se obtiene ADN de doble cadena, y este ADN se puede integrar en el de la célula hospedadora. Puede provocar daños en el material genético e incluso desencadenar procesos tumorales. Hay cuatro retrovirus que afectan al hombre, provocando sida y leucemia.

Virus vegetales: Los comienzos de la virología vegetal se remontan a finales del siglo XIX cuando un microbiólogo holandés y un científico ruso buscaban la causa de  lo que posteriormente fue llamado “el virus del mosaico del tabaco”.

La principal razón por la cual estudiamos los virus vegetales es el impacto negativo que las enfermedades virales tienen en la producción de los cultivos.

Históricamente, los virus han sido percibidos exclusivamente como una amenaza. Sin embargo, los recientes progresos como resultado de un mayor entendimiento de las interacciones virus-hospedante han transformado a los virus en importantes herramientas biomédicas y biotecnológicas. Por ejemplo, los virus vegetales se usan para producir en las plantas grandes cantidades de proteínas de interés y para desarrollar vacunas seguras y de bajo costo contra virus humanos y animales.

1.      CLASIFICACIÓN

Los virus vegetales se pueden clasificar según la forma en la que presenten su material genético en:

–ADN de doble cadena (ADNcd). Una minoría los posee.

–ADN de cadena simple (ADNcs).

Sin embargo, la mayoría de los virus vegetales no utilizan ADN en ningún momento. Pueden estar constituidos por ARN de doble cadena pero la gran mayoría están compuestos por ARN de cadena simple (ARNcs):

-con la misma polaridad (sentido positivo) que las moléculas de ARN mensajero de la célula.

-con distinta polaridad (sentido negativo).

1.      VIROIDES ÁCIDOS NUCLÉICOS INFECCIOSOS

Los viroides son un tipo de fitopatología basada en ARN infeccioso pequeño y circular pero difieren de los virus de ARN en:

a)      Estár compuestos de ARN ”desnudo”, no poseer cubierta proteica.

b)      No producir ningún tipo de proteínas cuando infectan a una célula vegetal.

Son capaces de utilizar la maquinaria de la célula hospedadora para producir su propio ARN, infectar la célula  y posteriormente a toda la planta sistemáticamente.

Los viroides se nombran de manera similar a los virus vegetales pero terminado en d. Ejemplo: El viroide de la piel cicatrizada de la manzana (Apple scar skin viroid, ASSVd)

CICOS REPLICATIVOS

Debido a esta enorme variabilidad de los virus, los ciclos replicativos son muy diferentes entre sí.

Sabemos que los virus dependen directamente de su hospedador, por lo que su ciclo replicativo se iniciará al entrar en contacto con la célula a infectar:

1- El virión ingresa al citoplasma de la célula de forma pasiva, a través de heridas causadas por daño mecánico ya que no pueden penetrar por sí solos entre la cutícula y la pared celular.

2- Se traspasa parcial o total la cubierta proteica del virión en el citoplasma.

3- La célula provee mecanismos transcripción (para los virus de ADN) y de traducción (para todos los virus).

Los virus de ADN deben ser transportados al núcleo para la transcripción y de esta manera tener acceso a las proteínas celulares necesarias para la producción de ARN mensajero.

La traducción de ARN viral en el citoplasma produce proteínas virales que son necesarias para completar el ciclo de vida del virus.  A saber:

a)-proteínas de replicación esenciales para la producción de ácidos nucleicos.

b)- proteínas estructurales que conforman la cubierta proteica y otros componentes de los viriones.

c)- proteínas de movimiento que sirven de intermediarias en el transporte de los virus entre las células vegetales

Las proteínas de replicación viral se combinan con las proteínas celulares para producir un complejo de proteínas que fabrican múltiples copias del genoma viral. Estos nuevos genomas interactúan con las proteínas estructurales para formar nuevos viriones.