8: Introducción a los virus

Los virus se describen típicamente como parásitos intracelulares obligados, agentes infecciosos acelulares que requieren la presencia de una célula hospedadora para multiplicarse. Virus que se ha descubierto que infectan todo tipo de células —humanos, animales, plantas, bacterias, levaduras, arqueas, protozoos... algunos científicos incluso aseguran que han encontrado un virus que infecta a otros virus! Pero eso no va a suceder sin alguna ayuda celular.

Características del virus

Los virus pueden ser de diseño extremadamente simple, consistentes en ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica conocida como cápside. La cápside está compuesta por componentes proteicos más pequeños denominados capsómeros. La combinación cápside y genoma se llama nucleocápsida.

Los virus también pueden poseer componentes adicionales, siendo el más común una capa membranosa adicional que rodea la nucleocápsida, llamada envoltura. La envoltura se adquiere realmente de la membrana nuclear o plasmática de la célula hospedadora infectada, y luego se modifica con proteínas virales llamadas peplómeros. Algunos virus contienen enzimas virales que son necesarias para la infección de una célula hospedadora y codificadas dentro del genoma viral. Un virus completo, con todos los componentes necesarios para la infección de la célula huésped, se conoce como virión.

Características del virus, Imagen creada por Ben Taylor, Dominio público, Vía Wikipedia commons

Genoma del Virus

Si bien las células contienen ADN bicatenario para su genoma, los virus no se limitan a esta forma. Si bien hay virus dsDNA, también hay virus con ADN monocatenario (ssDNA), ARN bicatenario (dsRNA) y ARN monocatenario (ssRNA). En esta última categoría, el ARNss puede tener sentido positivo (+ARNss, lo que significa que puede transcribir un mensaje, como ARNm) o puede ser de sentido negativo (-ARNss, lo que indica que es complementario al ARNm). Algunos virus incluso comienzan con una forma de ácido nucleico en la nucleocápsida y luego lo convierten a una forma diferente durante la replicación.

Estructura de virus

Las nucleocápsidas virales vienen en dos formas básicas, aunque la apariencia general de un virus puede verse alterada por la presencia de una envoltura, si está presente. Los virus helicoidales tienen una estructura alargada en forma de tubo, con los capsómeros dispuestos helicoidalmente alrededor del genoma enrollado. Los virus icosaédricos tienen una forma esférica, con simetría icosaédrica que consiste en 20 caras triangulares. La cápside icosaédrica más simple tiene 3 capsómeros por cara triangular, resultando en 60 capsómeros para todo el virus. Algunos virus no encajan perfectamente en ninguna de las dos categorías anteriores porque son tan inusuales en diseño o componentes, por lo que existe una tercera categoría conocida como virus complejos. Los ejemplos incluyen el poxvirus con un exterior en forma de ladrillo y una estructura interna complicada, así como el bacteriófago con fibras de cola unidas a una cabeza icosaédrica.

Ciclo de replicación de virus

Si bien el ciclo de replicación de los virus puede variar de un virus a otro, existe un patrón general que se puede describir, que consta de cinco pasos:

1. Apego — el virión se une a la célula hospedadora correcta.
2. Penetración o Entrada Viral — el virus o ácido nucleico viral gana entrada en la célula.
3. Síntesis: las proteínas virales y las copias de ácidos nucleicos son fabricadas por la maquinaria de las células.
4. Ensamblaje — los virus se producen a partir de los componentes virales.
5. Liberación: los viriones recién formados se liberan de la célula.

Adjunto

Fuera de su célula huésped, los virus son inertes o metabólicamente inactivos. Por lo tanto, el encuentro de un virión con una célula hospedadora apropiada es un evento aleatorio. La unión en sí es altamente específica, entre moléculas en el exterior del virus y receptores en la superficie de la célula hospedadora. Esto explica la especificidad de los virus para infectar solo tipos de células particulares o hospedadores particulares.

Penetración o Entrada Viral

Muchos virus sin envoltura (o desnudos) inyectan su ácido nucleico en la célula huésped, dejando una cápside vacía en el exterior. Este proceso se denomina penetración y es común con los bacteriófagos, los virus que infectan a las bacterias. Con los virus eucariotas, es más probable que toda la cápside gane entrada en la célula, con la cápside eliminada en el citoplasma. Un virus eucariota sin envoltura a menudo ingresa a través de la endocitosis, donde la célula huésped se ve obligada a engullir la cápside dando como resultado una vesícula enodítica. Un virus eucariota envuelto gana entrada por su nucleocápsida cuando la envoltura viral se fusiona con la membrana de la célula huésped, empujando la nucleocápsida más allá de la membrana celular. Si toda la nucleocápsida se introduce en la célula, entonces hay un proceso de destapado para eliminar la cápside y liberar el genoma viral.

Síntesis

La etapa de síntesis está dictada en gran medida por el tipo de genoma viral, ya que los genomas que difieren del genoma de ADNds de la célula pueden involucrar estrategias virales intrincadas para la replicación del genoma y la síntesis de proteínas. Las enzimas específicas virales, como las ARN polimerasas dependientes de ARN, podrían ser necesarias para que el proceso de replicación continúe. La producción de proteínas está estrechamente controlada, para asegurar que los componentes se elaboran en el momento adecuado en el desarrollo viral.

Ensamblaje

La complejidad del ensamblaje viral depende del virus que se esté fabricando. El virus más simple tiene una cápside compuesta por 3 tipos diferentes de proteínas, que se autoensambla con poca dificultad. El virus más complejo está compuesto por más de 60 proteínas diferentes, las cuales deben unirse en un orden específico. Estos virus a menudo emplean múltiples líneas de ensamblaje para crear las diferentes estructuras virales y luego utilizan proteínas de andamiaje para unir todos los componentes virales de una manera organizada.

Liberar

La mayoría de los virus lisan su célula hospedadora al final de la replicación, permitiendo que todos los viriones recién formados sean liberados al ambiente. Otra posibilidad, común para los virus envueltos, es la gemación, donde un virus se libera de la célula a la vez. La membrana celular se modifica por la inserción de proteínas virales, con la nucleocápsida empujando hacia fuera a través de esta porción modificada de la membrana, lo que le permite adquirir una envoltura.

Ciclo de vida activo del virus por John Kellogg a través de REA en la Universidad Estatal de Oregon

Bacteriófago

Los virus que infectan bacterias se conocen como bacteriófagos o fagos. Un fago virulento es aquel que siempre lisa la célula hospedadora al final de la replicación, después de seguir los cinco pasos de replicación descritos anteriormente. Esto se llama el ciclo lítico de replicación.

También hay fagos templados, virus que tienen dos opciones respecto a su replicación. La opción 1 es imitar un fago virulento, siguiendo los cinco pasos de replicación y lisando la célula hospedadora al final, denominado ciclo lítico. Pero los fagos templados difieren de los fagos virulentos en que tienen otra opción: Opción 2, donde permanecen dentro de la célula hospedadora sin destruirla. Este proceso se conoce como lisogenia o ciclo lisogénico de replicación.

Un fago que emplea lisogenia todavía experimenta los dos primeros pasos de un ciclo de replicación típico, unión y penetración. Una vez que el ADN viral ha sido insertado en la célula se integra con el ADN huésped, formando un profago. La bacteria infectada se conoce como lisógeno o bacteria lisogénica. En este estado, el virus goza de una relación estable con su huésped, donde no interfiere con el metabolismo o la reproducción de las células hospedadoras. La célula huésped goza de inmunidad frente a la reinfección del mismo virus.

La exposición de la célula huésped a condiciones estresantes (es decir, irradiación UV) provoca inducción, donde el ADN viral se escinde del ADN de la célula hospedadora. Este evento desencadena las etapas restantes del ciclo lítico, síntesis, maduración y liberación, lo que lleva a la lisis de la célula huésped y la liberación de viriones recién formados.

Ciclo Lítico Versus Ciclo Lisogénico de Replicación. OpenStax, Infecciones por Virus y Hospedadores. OpenStax CNX. Abr 11, 2013 http://cnx.org/contents/7cbd15ad-5bff-4678-a99f-85fd579e070c@3.

Entonces, ¿qué dicta el tipo de replicación que utilizará un fago templado? Si hay muchas células hospedadoras alrededor, es probable que un fago templado se involucre en el ciclo lítico de replicación, lo que lleva a un gran aumento en la producción viral. Si las células hospedadoras son escasas, es más probable que un fago templado entre en la lisogenia, permitiendo la supervivencia viral hasta que aumente el número de células hospedadoras. Lo mismo ocurre si el número de fagos en un ambiente supera en gran medida a las células hospedadoras, ya que la lisogenia permitiría que el número de células hospedadoras rebote, asegurando la supervivencia viral a largo plazo.

Los lisógenos también pueden experimentar un beneficio de la lisogenia, ya que puede resultar en la conversión lisogénica, situación en la que el desarrollo de un profago conduce a un cambio en el fenotipo del huésped. Uno de los mejores ejemplos de esto es para la bacteria Corynebacterium diphtheriae, el agente causante de la difteria. La toxina diftérica que causa la enfermedad está codificada dentro del genoma del fago, por lo que solo los lisógenos de C. diphtheriae causan difteria.

Virus eucariotas

Los virus eucariotas pueden causar uno de cuatro resultados diferentes para su célula hospedadora. El resultado más común es la lisis de células hospedadoras, resultante de una infección virulenta (esencialmente el ciclo lítico de replicación visto en fagos). Algunos virus pueden causar una infección latente, coexistiendo pacíficamente con sus células hospedadoras durante años (al igual que un fago templado durante la lisogenia). Algunos virus eucariotas envueltos también pueden liberarse uno a la vez de una célula hospedadora infectada, en un tipo de proceso de gemación, provocando una infección persistente. Por último, ciertos virus eucariotas pueden hacer que la célula hospedadora se transforme en una célula maligna o cancerosa, un mecanismo conocido como transformación.

Virus y Cáncer

Hay muchas causas diferentes de cáncer, o crecimiento celular no regulado y reproducción. Algunas causas conocidas incluyen la exposición a ciertos productos químicos o luz UV. También hay ciertos virus que tienen un conocido asociado con el desarrollo del cáncer. Dichos virus se conocen como oncovirus. Los oncovirus pueden causar cáncer al producir proteínas que se unen a proteínas hospedadoras conocidas como proteínas supresoras de tumores, que funcionan para regular el crecimiento celular e iniciar la muerte celular programada, si es necesario. Si las proteínas supresoras de tumores son inactivadas por proteínas virales entonces las células crecen fuera de control, lo que lleva al desarrollo de tumores y metástasis, donde las células se diseminan por todo el cuerpo.

Palabras clave

virus, parásito intracelular obligado, cápside, bacteriófago, capsómero, nucleocápsida, envoltura, peplomero, virión, ADNds, ADNss, ARNds, ARNds, +ARNss, virus helicoidales, virus icosaédricos, virus complejos, unión, penetración, entrada viral, síntesis, ensamblaje, liberación, virus desnudos, endocitosis, gemación, bacteriófago, fago, fago virulento, ciclo lítico, fago templado, lisogenia, ciclo lisogénico, profago, lisógeno, bacteria lisogénica, inducción, conversión lisogénica, infección virulenta, infección latente, infección persistente, transformación, oncovirus, proteínas supresoras de tumores.

Preguntas/objetivos esenciales

1. ¿Cuáles son las propiedades generales de un virus?
2. ¿Cuál es el rango de tamaño de los virus? ¿Cómo se comparan, según el tamaño, con las bacterias?
3. ¿Cuál es la estructura general de los virus? ¿Cuáles son los diferentes componentes?
4. ¿Qué formas virales existen?
5. ¿Cómo se relacionan los sobres y las enzimas con los virus?
6. ¿Qué tipos de genomas virales existen?
7. ¿Cuáles son los pasos de la multiplicación viral? ¿Qué sucede en cada paso? ¿En qué se diferencian los virus bacteriales/arqueales de los virus eucariotas, en lo que respecta a la multiplicación?
8. ¿Cuáles son los 2 tipos de infección viral que se encuentran en Bacteria/Archaea? ¿Cuáles son los términos específicos asociados a la infección viral de células bacterias/arqueales?
9. ¿Cuáles son los 4 tipos de infección viral que se encuentran en los eucariotas?
10. ¿Cómo causan cáncer algunos virus?

Preguntas Exploratorias (OPCIONAL)

1. ¿Cuál es la bacteria o arquea más grande jamás descubierta? ¿Cuál es el eucariota más pequeño jamás descubierto?