9.7F: Bacteriófagos Virulentos y T4

El bacteriófago T-4 es un bacteriófago virulento que infecta la bacteria E. coli; los bacteriófagos virulentos tienen un ciclo de vida lítico.

Objetivos de aprendizaje

• Resumir cómo el ciclo de vida de T4 sirve como modelo de virulencia viral

Puntos Clave

• La virulencia es el grado de patogenicidad dentro de un grupo o especie de parásitos como lo indican las tasas de letalidad y/o la capacidad del organismo para invadir los tejidos del huésped. La patogenicidad de un organismo está determinada por sus factores de virulencia.
• Una diferencia clave entre los ciclos de fagos líticos y lisogénicos es que en el fago lítico, el ADN viral existe como una molécula separada dentro de la célula bacteriana, y se replica por separado del ADN bacteriano huésped.
• Las fibras de la cola del T-4 permiten la unión a una célula hospedadora, y la cola del T4 es hueca para que pueda pasar su ácido nucleico a la célula que está infectando durante la unión. T4 es capaz de experimentar solo un ciclo de vida lítico y no el ciclo de vida lisogénico.

Términos Clave

• Ciclo lítico: El proceso normal de reproducción viral que implica penetración de la membrana celular, síntesis de ácidos nucleicos y lisis de la célula hospedadora.
• virulencia: el grado de patogenicidad dentro de un grupo o especie de parásitos como lo indican las tasas de letalidad y/o la capacidad del organismo para invadir los tejidos del huésped.

La virulencia es el grado de patogenicidad dentro de un grupo o especie de parásitos como lo indican las tasas de letalidad y/o la capacidad del organismo para invadir los tejidos del huésped. La patogenicidad de un organismo está determinada por sus factores de virulencia. Los factores de virulencia del virus determinan si ocurrirá una infección y qué tan severos son los síntomas de la enfermedad viral resultante. Los virus a menudo requieren proteínas receptoras en las células huésped a las que se unen específicamente. Típicamente, estas proteínas de la célula huésped se endocitosan y el virus unido entra entonces en la célula hospedadora. Los virus virulentos como el VIH, que causa el SIDA, tienen mecanismos para evadir las defensas del huésped.

Algunos factores de virulencia viral confieren capacidad para replicarse durante las respuestas de inflamación defensiva del huésped, como durante la fiebre inducida por virus. Muchos virus pueden existir dentro de un hospedador por largos periodos durante los cuales se hace poco daño. Las cepas extremadamente virulentas pueden evolucionar eventualmente por mutación y selección natural dentro de la población de virus dentro de un huésped. El término “neurovirulento” se usa para virus como la rabia y el herpes simple que pueden invadir el sistema nervioso y causar enfermedades allí.

Los organismos modelo de virus virulentos que han sido ampliamente estudiados incluyen el virus T4 y otros bacteriófagos T-even que infectan a Escherichia coli y una serie de bacterias relacionadas.

El ciclo lítico es uno de los dos ciclos de reproducción viral, siendo el otro el ciclo lisogénico. El ciclo lítico suele considerarse el principal método de replicación viral, ya que resulta en la destrucción de la célula infectada. Una diferencia clave entre los ciclos de fagos líticos y lisogénicos es que en el fago lítico, el ADN viral existe como una molécula separada dentro de la célula bacteriana, y se replica por separado del ADN bacteriano huésped. La ubicación del ADN viral en el ciclo del fago lisogénico se encuentra dentro del ADN huésped, por lo tanto en ambos casos el virus/fago se replica usando la maquinaria del ADN del huésped, pero en el ciclo lítico del fago, el fago es una molécula separada flotante libre al ADN huésped.

Figura: Ciclos de reproducción viral: Comparación de los ciclos bacteriófagos lisogénicos y líticos.

El ciclo lítico es un ciclo de seis etapas. En la primera etapa, llamada “penetración”, el virus inyecta sus propios ácidos nucleicos en una célula hospedadora. Entonces los ácidos virales forman un círculo en el centro de la célula. La célula entonces copia erróneamente los ácidos virales en lugar de sus propios ácidos nucleicos. Entonces el ADN viral se organiza como virus dentro de la célula. Cuando el número de virus en el interior se vuelve demasiado para que la célula los retenga, la membrana se divide y los virus son libres de infectar a otras células. Algunos virus escapan de la célula hospedadora sin estallar la membrana celular; en cambio, brotan de ella al tomar una porción de la membrana con ellos. Debido a que por lo demás es característico del ciclo lítico en otros pasos, sigue perteneciendo a esta categoría, aunque a veces se le denomina Ciclo Productivo. El VIH, la influenza y otros virus que infectan a organismos eucariotas generalmente utilizan este método.

El bacteriófago T-4 es un bacteriófago que infecta la bacteria E. coli. Su genoma de ADN bicatenario tiene aproximadamente 169 kpb de largo y se sostiene en una cabeza icosaédrica, también conocida como cápside. T4 es un fago relativamente grande, con aproximadamente 90 nm de ancho y 200 nm de largo (la mayoría de los fagos varían de 25 a 200 nm de longitud). Sus fibras de cola permiten la unión a una célula hospedadora, y la cola del T4 es hueca para que pueda pasar su ácido nucleico a la célula que está infectando durante la unión. T4 es capaz de experimentar solo un ciclo de vida lítico y no el ciclo de vida lisogénico.

El fago T4 inicia una infección por E. coli al reconocer los receptores de la superficie celular del huésped con sus fibras de cola larga (LTF). Una señal de reconocimiento se envía a través de los LTF a la placa base. Esto desentraña las fibras de cola corta (STF) que se unen irreversiblemente a la superficie celular de E. coli. La placa base cambia de conformación y la vaina de la cola se contrae provocando que GP5 en el extremo del tubo de cola perfore la membrana externa de la célula. El dominio de lisozima de GP5 se activa y degrada la capa periplásmica de peptidoglicano. La parte restante de la membrana se degrada y luego el ADN de la cabeza del fago puede viajar a través del tubo de la cola y entrar en la E. coli.

El ciclo de vida lítico (desde la entrada de una bacteria hasta su destrucción) dura aproximadamente 30 minutos (a 37 °C) y consiste en:

• Adsorción y penetración (comenzando inmediatamente)
• Detención de la expresión del gen huésped (comenzando inmediatamente)
• Síntesis de enzimas (comenzando después de 5 minutos)
• Replicación del ADN (comenzando después de 10 minutos)
• Formación de nuevas partículas de virus (comenzando después de 12 minutos)

Una vez que se completa el ciclo de vida, la célula huésped se abre y expulsa los virus recién construidos al entorno, destruyendo la célula huésped. T4 tiene un tamaño de estallido de aproximadamente 100-150 partículas virales por huésped infectado. Se pueden usar pruebas de complementación, deleción y recombinación para mapear el locus del gen rII mediante el uso de T4. Estos bacteriófagos infectan a una célula hospedadora con su información y luego hacen estallar la célula hospedadora, propagándose así.

El fago T4 tiene algunas características únicas, que incluyen:

• Intrones similares a eucariotas
• Mecanismo de copia de ADN de alta velocidad, con solo 1 error en 300 copias
• Mecanismos especiales de reparación de ADN
• Infecta E. coli O157:H7