HOLA CHICOS Y CHICAS, AQUI TIENEN ALGO DE INFORMACION SOBRE LOS VIRUS QUE LES PUEDEN AYUDAR CON EL METERIAL COMPARATIVO QUE DEBEN CONSTRUIR
Nota:
información extraída de la página http://www.bionova.org.es/biocast/tema20.htm
VIRUS
INTRODUCCIÓN
HISTÓRICA.
El término virus era utilizado en la antigua Roma para referirse a cualquier veneno
de origen animal, y las enfermedades producidas por estos venenos eran
conocidas como virulentas. Cuando a finales del siglo XIX se reconoció el papel
de los microorganismos en la producción de enfermedades y a identificarse los
gérmenes responsables de muchas de ellas, los microbiólogos comenzaron a
utilizar el término virus para designar a todos los microorganismos patógenos.
Así, en esta época se consideraba que las bacterias eran los “virus”
causantes de las enfermedades. Existían sin embargo algunos gérmenes
infecciosos que se resistían a su identificación. Pasteur, aunque pudo
demostrar que la rabia era producida por un agente infeccioso específico y
transmisible, fue incapaz de cultivar este agente en los medios de cultivo en
los que habitualmente crecían las bacterias, y tampoco pudo visualizar al
microscopio ningún ejemplar al que poder atribuir la enfermedad. Poco después
se pudo comprobar que estos agentes infecciosos tan escurridizos debían tener
un tamaño mucho menor que el de las bacterias, ya que eran capaces de atravesar
filtros de porcelana en cuyos finos poros quedaban retenidas todas las bacterias
conocidas. A partir de entonces se les denominó “virus filtrables”. Surgió
entonces la idea de que estos agentes podrían ser en realidad simples toxinas,
es decir, sustancias químicas con efectos nocivos sobre el organismo. Pronto se
pudo comprobar, sin embargo, que los “virus filtrables” se reproducían en el
interior de los organismos infectados, lo que demostraba que eran auténticos
microorganismos, aunque mucho más pequeños que los conocidos hasta entonces. En
las primeras décadas del siglo XX se fue abandonando paulatinamente el uso del
término “virus” para referirse a cualquier microorganismo patógeno y se reservó
para designar exclusivamente a los agentes infecciosos a los que anteriormente
se había llamado “virus filtrables”. El uso de esta terminología se ha
extendido hasta la actualidad.
Los esfuerzos por identificar los agentes causantes de las principales
enfermedades infecciosas a comienzos del siglo XX demostraron que un buen
número de ellas eran producidas y transmitidas por aquellos misteriosos agentes
infecciosos. Y no sólo de las que afectaban al ser humano sino también a
animales y también a plantas. En 1915 F. Twort y posteriormente F. d’Herelle
detectaron la existencia de agentes de parecidas características que atacaban a
determinados cultivos bacterianos produciendo la muerte por lisis celular de
las bacterias afectadas. Concluyeron que se trataba de virus específicos de las
bacterias a los que llamaron bacteriófagos (abreviadamente fagos). A partir de entonces la investigación se centró en gran medida en este
tipo de virus, que se mostraron especialmente asequibles a su manipulación en
el laboratorio y que presentaban además la ventaja de ser inocuos para el ser
humano. A pesar de estos progresos la identificación y caracterización de esta
variedad de microorganismos seguía resistiéndose a los esfuerzos de los
investigadores y, presumiblemente a causa de su pequeño tamaño, nadie había
conseguido visualizarlos al microscopio óptico.
A comienzos de la década
de 1930 se pudo por fin aislar y obtener en estado cristalino un virus
bacteriófago y se comprobó que estaba constituido por proteína y DNA a partes
aproximadamente iguales. Poco después sucedió lo mismo con el virus del mosaico
del tabaco (Figura 20.10), que había sido identificado ya a comienzos del siglo como el agente
causante de esta enfermedad vegetal. El análisis químico al que fue sometido
reveló que estaba compuesto exclusivamente por proteína y RNA. Los virus
parecían ser agentes compuestos exclusivamente por proteínas y un tipo de ácido
nucleico. A finales de esa misma década la microscopía electrónica recién
descubierta permitió por fin visualizar estos agentes infecciosos.
La investigación sobre los virus sufrió un impulso considerable con la con la entrada
en escena, a finales de la década de 1930, de un grupo de investigadores
procedentes de campo de las ciencias físicas, capitaneados por Max Delbrück,
que habían decidido dirigir sus esfuerzos a averiguar la naturaleza del
material genético. Estos investigadores encontraron en los virus bacteriófagos
un material experimental extraordinariamente útil para sus propósitos. Desde
entonces el desarrollo del conocimiento de la naturaleza y modo de vida de los
virus corrió parejo y sirvió de apoyo al de los conocimientos en los campos de
la bioquímica y la genética molecular.
NATURALEZA DE LOS VIRUS.
Los virus son entidades subcelulares, es decir, su grado de organización es
inferior al celular. Están constituidos casi a partes iguales por proteínas y
un ácido nucleico, que puede ser DNA o RNA pero nunca los dos a la vez. Son
capaces de penetrar en las células vivas y de reproducirse en su interior y
sólo allí, por lo que puede considerárseles parásitos intracelulares
obligados. Sin embargo, el tipo de parasitismo que desarrollan los virus
presenta características que lo hacen diferente de cualquier otro conocido,
pues tiene lugar a nivel genético.
Los virus carecen de maquinaria metabólica propia y en su lugar utilizan la de
la célula parasitada. Cuando un virus penetra en una célula toma el control de
su metabolismo de manera que una parte de los enzimas y de la maquinaria
celular de producción de energía abandona sus funciones primordiales y se ponen
al servicio del virus, dedicándose exclusivamente a la producción de la
progenie viral. Las nuevas partículas víricas así generadas tienen a su vez
capacidad infectiva y pueden penetrar en otras células para reproducirse en su
interior.
Este particular modo de vida que exhiben los virus ha suscitado extensas
discusiones acerca de si deben ser considerados o no como auténticos seres
vivos. En efecto, en tanto que un virus se encuentra reproduciéndose en el
interior de una célula viva exhibe al menos una de las funciones que
tradicionalmente se vienen considerando características de los seres vivos, es
decir, la reproducción. Sin embargo, cuando se encuentran fuera de las células,
las partículas virales no presentan ningún tipo de actividad bioquímica,
carecen de un metabolismo energético propio, e incluso pueden cristalizar a
partir de suspensiones y los cristales resultantes permanecer inactivos durante
largos períodos sin perder su estructura y propiedades, comportándose a todos
los efectos como materia inanimada. Cuando los virus cristalizados se suspenden
de nuevo en un medio adecuado y se permite su acceso a células vivas recuperan
su capacidad infectiva y vuelven a reproducirse en el interior de las mismas.
Algunos autores han tratado de zanjar la polémica argumentando que los virus se
encuentran “en la frontera de la vida” y que sólo deben considerarse seres
vivos cuando están reproduciéndose en el interior de las células parasitadas.
Es posible que se trate de una de esas discusiones bizantinas que salpican la
historia de la ciencia. Lo que sí se puede afirmar es que los virus constituyen
uno de los productos más sofisticados de la evolución biológica en la medida en
que se encuentran entre los que con mayor eficacia y economía manipulan la
materia y la energía del entorno en su propio beneficio.
ESTRUCTURA DE LOS VIRUS.
Las
partículas víricas individuales con capacidad infecciosa se denominan viriones.
Un virión se compone de una molécula de ácido nucleico (DNA o RNA) y una
cubierta proteica que la envuelve denominada cápside. Su tamaño oscila
entre los 20 y los 300 nm.
El ácido nucleico constituye el genoma del
virus y contiene información para la síntesis de las proteínas de la cápside y,
en algunos casos, para la de algunos enzimas implicados en la replicación del
propio ácido nucleico y en la expresión de su información. Los ácidos nucleicos
virales, tanto en el caso de los virus de DNA como en el de los de RNA, son en
unos casos monocatenarios y e otros bicatenarios. En muchos virus de DNA la
molécula presenta estructura circular, aunque también los hay de estructura
lineal. Por el contrario entre los virus de RNA predominan los de estructura
lineal aunque se han descrito algunos casos de estructura circular. El tipo de
ácido nucleico y sus características estructurales constituyen uno de los principales criterios de clasificación de los
virus.
La
cápside viral está constituida por proteínas globulares denominadas capsómeros
que espontáneamente se asocian para formar una estructura tridimensional hueca
que alberga al ácido nucleico en su interior. Por lo general, las cápsides
virales presentan formas geométricas regulares que responden a alguno de los
siguientes tipos:
- Cápside helicoidal.- Los capsómeros son todos iguales entre sí y se disponen helicoidalmente alrededor de un armazón que no es otro que el propio ácido nucleico viral. Es el caso del virus del mosaico del tabaco (Figura 20.11).
- Cápside icosaédrica (Figura 20.12).- Existen al menos tres tipos de capsómeros que se disponen ocupando respectivamente las caras, aristas y vértices de un icosaedro regular hueco, en cuyo interior se empaqueta el ácido nucleico. Muchos virus presentan tipos adicionales de capsómeros que se disponen en el exterior de la estructura y tienen la misión de interactuar con la superficie de las células a infectar. Entre los virus de cápside icosaédrica se encuentran los adenovirus responsables del catarro común
- Cápside compleja.- Presentan distintos tipos de capsómeros de cuyo ensamblaje resultan las siguientes estructuras que forman parte de la cápside: a) Cabeza.- estructura icosaédrica similar a las cápsides icosaédricas ya comentadas; b) Cola.- estructura helicoidal hueca que comunica la cabeza con el exterior y permite la salida del ácido nucleico durante la infección; c) Collar.- anillo proteico que ensambla la cabeza y la cola; d) Placa basal.- estructura situada al final de la cola que permite al virus fijarse sobre la superficie de la célula a infectar; puede presentar unas prolongaciones denominadas espinas que facilitan la adsorción de la partícula viral a la superficie celular. Muchos virus bacteriófagos presentan este tipo de cápside (Figura 20.13).
Adicionalmente, algunos virus presentan una
envoltura lipoproteica, similar a una membrana celular, situada externamente
con respecto a la cápside. Esta envoltura puede concebirse como un resto de la
membrana plasmática de las células infectadas que rodea al virus cuando sale de
ellas. Sin embargo, algunos virus incorporan a esta envoltura lipoproteica sus
propias proteínas, que desempeñan un papel relevante en el reconocimiento de la
superficie de las células a infectar. Un ejemplo de virus con envoltura lipoproteica
es el virus de la gripe.
Además de los componentes estructurales de la cápside algunos viriones incluyen
algunas moléculas proteicas adicionales, con función enzimática, que desempeñan
diferentes funciones en el proceso de infección. Tal es el caso del virus de la
inmunodeficiencia humana, responsable del SIDA, cuyo virión contiene una
molécula del enzima transcriptasa inversa, necesaria durante la fase inicial de
la infección.
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS.
El principal criterio que se ha utilizado para clasificar a los virus es el
tipo de ácido nucleico que presentan. En la década de 1970 el
experto virólogo y premio Nobel David Baltimore propuso un sistema de
clasificación de los virus de una gran sencillez y elegancia, que, con pequeñas
modificaciones, sigue utilizándose hoy en día. El sistema se basa en que la
expresión del genoma viral en forma de proteínas virales siempre pasa por una
molécula de mRNA. Los pasos que se han de ejecutar para sintetizar esta
molécula a partir de un genoma viral concreto permite establecer seis grupos principales (Figura 20.14),en función de que el ácido nucleico sea DNA o RNA, de que éste sea de
cadena doble o cadena sencilla, y, para los virus de RNA, de cual sea el modelo
de expresión de la información genética que poseen (transcripción ordinaria o
transcripción inversa).
En segundo lugar, para establecer los distintos grupos dentro de los
seis principales, se utilizan criterios estructurales como la presencia o
ausencia de envoltura lipoproteica o la morfología de la cápside viral. Por
último, se recurre al tipo de células a las que infectan (animales, vegetales o
bacterianas). Así se han establecido alrededor de 30 grupos de virus
diferentes.
CICLO REPRODUCTIVO DE LOS VIRUS.
En el ciclo reproductivo de los virus se distinguen varias etapas: entrada,
eclipse, multiplicación y liberación. Analizaremos a continuación estas etapas.
A)
ENTRADA EN LA CÉLULA.
La
entrada de una partícula viral en la célula a infectar tiene lugar en dos
etapas. La primera es la adsorción del virión a la superficie celular.
No se conoce en los virus ningún tipo de motilidad del tipo de los tropismos
que presentan muchos organismos unicelulares. Todo indica que los
desplazamientos de las partículas víricas son debidos exclusivamente al
movimiento browniano, de manera que sus encuentros con las células son fruto
del azar. Sin embargo, las cápsides virales o sus envolturas lipoproteicas
según los casos disponen de proteínas específicas capaces de reconocer mediante
complementariedad estructural a determinados receptores glucoproteicos de la
superficie celular, estabilizando así la adsorción de la partícula una vez
producido el encuentro.
Una vez
producida la adsorción, la segunda fase consiste en la penetración de la
partícula vírica completa (Figura 20.15), o
bien de su ácido nucleico, en el citoplasma celular donde ha de reproducirse.
Los distintos tipos de virus presentan distintas modalidades de penetración en
función de la morfología de su cápside y de la presencia o ausencia de
envoltura lipoproteica:
·
Penetración
directa.- Es propia de
algunos virus sin envoltura lipoproteica. La partícula vírica se abre paso a
través de la bicapa lipídica de la membrana celular y accede directamente al
citosol.
·
Fagocitosis.-
Otros virus carentes también de envoltura
penetran en el interior de una vesícula endocítica tras ser fagocitados por la
célula. A continuación enzimas incorporados en la partícula vírica degradan la
membrana de la vesícula y liberan al virus en el citosol. Existen
también virus con envoltura lipoproteica que recurren a esta vía de entrada; la
liberación en el citosol se produce en este caso por fusión de las membranas de
la envoltura viral y del fagosoma.
·
Fusión
de membranas.- Los virus con
envoltura lipoproteica penetran mediante una fusión de esta envoltura con la
membrana celular que libera la cápside viral directamente en el citosol
·
Inyección.- Los virus con cápside compleja, como
muchos bacteriófagos se fijan a la superficie celular e inyectan su ácido
nucleico en el citoplasma permaneciendo toda la estructura proteica en el
exterior (Figura 20.16).
Para ello la vaina externa de la cola se contrae de manera que el núcleo
interior de la misma perfora la membrana celular poniendo en comunicación la
cabeza de la cápside con el citosol.
B) ECLIPSE.
En los
primeros tiempos de la investigación sobre los virus un resultado experimental
llamó poderosamente la atención de los investigadores: durante los primeros
minutos transcurridos tras la infección vírica no aparecían partículas con
capacidad infecciosa dentro de las células infectadas; el virus parecía haberse
esfumado tras penetrar en la célula, para reaparecer al cabo de algún tiempo
(unos diez minutos en el caso de los bacteriófagos) en forma de nuevas
partículas infecciosas. La existencia de este período, que fue denominado el eclipse,
encerraba información valiosa acerca de la naturaleza del proceso de
reproducción viral.
El eclipse
se produce porque tras el proceso de penetración (o durante el mismo cuando la
penetración es mediante inyección del ácido nucleico) el virión se desensambla
liberando así el ácido nucleico viral en el citoplasma celular. Sea cual sea el
mecanismo de penetración las cápsides vacías se desechan y ya no formarán parte
de la siguiente generación de virus. En cualquier ciclo de reproducción viral
siempre existe una fase en la que el virus es una simple y desnuda molécula de
ácido nucleico que contiene la información para fabricar nuevos virus. Durante
el eclipse, el ácido nucleico viral se confunde entre la multitud de
macromoléculas presentes en el citosol celular y no es posible distinguirlo
experimentalmente de ellas.
La duración
de la fase de eclipse define dos tipos de ciclo vital bien diferenciados que
analizaremos a continuación (Figura 20.17):
·
Ciclo
lítico.- Es la modalidad
que presenta la mayoría de los virus. El eclipse dura sólo unos cuantos
minutos: los que transcurren entre la llegada del ácido nucleico al citosol y
el ensamblaje de las primeras partículas víricas de la nueva generación. En
esta modalidad el ácido nucleico viral toma inmediatamente el control de la
maquinaria celular y comienza la fase de multiplicación.
·
Ciclo
lisogénico.- Es propio de
algunos bacteriófagos aunque también aparece en algunos virus de células
animales. El eclipse es muy largo, pudiendo en algunos casos llegar a durar
años. El ácido nucleico viral, en lugar de iniciar inmediatamente la fase de
multiplicación, se integra en material genético de la célula infectada. Para
ello utiliza enzimas celulares implicados en procesos de recombinación del
material genético de la propia célula. Una vez integrado, el ácido nucleico
viral permanece silente durante un período variable permitiendo a la célula
infectada desarrollar sus actividades con normalidad. Cada vez que la célula
replica su material genético para preparar la siguiente división celular,
replica también inadvertidamente el ácido nucleico viral, que de este modo es transmitido
en las sucesivas generaciones celulares a toda la descendencia de la célula
inicialmente infectada. En un momento dado y como respuesta un cambio en las
condiciones ambientales el ácido nucleico viral se libera del material genético
de todas las células que lo han recibido, utilizando para ello los mismos
enzimas que en el proceso de integración, y desencadena en todas ellas la fase
de multiplicación poniendo así fin al período de eclipse.
C) MULTIPLICACIÓN.
D) LIBERACIÓN.
Una vez
ensambladas las nuevas partículas víricas deben salir al exterior de la célula
infectada para poder infectar nuevas células y reproducirse en su interior.
Existen dos modalidades principales de este proceso de liberación de la
progenie viral:
·
Lisis
celular.- La liberación se
produce por rotura de la membrana de la célula infectada por acción de enzimas
degradativos codificados en el genoma del virus. Este mecanismo conlleva la
muerte de la célula.
·
Infección
permanente.- Las nuevas
partículas virales se van liberando a medida que van siendo ensambladas sin
producir la destrucción de la célula infectada, que puede así seguir
produciendo nuevas partículas indefinidamente. En este caso la salida tiene
lugar por un mecanismo inverso al de entrada. Los virus sin envoltura
lipoproteica abren, mediante enzimas adecuados, una brecha temporal en la
membrana por la que salen al exterior, o bien lo hacen por exocitosis en
el seno de vesículas secretoras de la propia célula. Los que poseen envoltura
lipoproteica se liberan por gemación, arrastrando un fragmento de la
membrana celular que constituirá su nueva envoltura.
