10.3: Estructura Viral
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- Describir en qué consiste estructuralmente un virus animal.
- Defina lo siguiente:
- cápsida
- capsómero
- nucleocápsida.
- Describir cómo la mayoría de los virus animales obtienen su envoltura.
- Indicar por qué algunos bacteriófagos son más complejos que los virus poliédricos o helicoidales típicos.
Dado que los virus no son células, son estructuralmente mucho más simples que las bacterias. Una partícula viral infecciosa intacta se llama virión y consiste en: un genoma, una cápside y, a menudo, una envoltura.
Genoma Viral
El genoma viral es una molécula única o segmentada, circular o lineal de ácido nucleico que funciona como material genético del virus. Puede ser ADN o ARN monocatenario o bicatenario (pero casi nunca ambos), y codifica para la síntesis de componentes virales y enzimas virales para replicación. También se está reconociendo que los virus pueden desempeñar un papel crítico en la evolución de la vida al servir como lanzaderas de material genético entre otros organismos.
Cópsida viral
La cápside, o núcleo, es una cubierta proteica que rodea el genoma y generalmente está compuesta por subunidades proteicas llamadas capsómeros. La cápside sirve para proteger e introducir el genoma en las células hospedadoras. Algunos virus consisten en no más que un genoma rodeado por una cápside y se denominan nucleocápsida o nucleocápsida (Figura\(\PageIndex{1}\)). Las proteínas de unión se proyectan desde la cápsida y unen el virus a células hospedadoras susceptibles.
Los virus Adenovirus y Poliomielitis son ejemplos de virus desnudos (Figura\(\PageIndex{2}\)); ambos presentan estructuras poliédricas.
Envoltorio Viral
La mayoría de los virus animales también tienen una envoltura que rodea una nucleocápsida poliédrica o helicoidal, en cuyo caso se denominan virus envueltos (Figura\(\PageIndex{3}\)). La envoltura puede provenir de la membrana nuclear de la célula huésped, membranas vacuolares (empaquetadas por el aparato de Golgi) o membrana citoplásmica externa.
- Micrografía electrónica de transmisión de virus de la rubéola brotando de una célula hospedadora infectada; cortesía de CDC.
- Micrografía electrónica de transmisión de un virus de la Influenza A; cortesía de CDC.
- Micrografía electrónica de transmisión del VIH; cortesía de CDC.
Aunque la envoltura suele ser de origen celular huésped, el virus sí incorpora proteínas propias, a menudo apareciendo como picos de glicoproteínas, en la envoltura. Estos picos de glicoproteínas funcionan en la unión del virus a los receptores en las células huésped susceptibles.
- Micrografía electrónica de transmisión que muestra picos de envoltura y glicoproteína (gp120) del VIH; cortesía de CDC.
- Micrografía electrónica de transmisión que muestra la envoltura y espigas de glicoproteínas Coronavirus; cortesía de CDC.
Activación Viral de la Inmunidad Innata
Para protegerse contra la infección, una de las cosas que el cuerpo debe hacer inicialmente es detectar la presencia de microorganismos. El cuerpo hace esto reconociendo moléculas únicas de microorganismos que no están asociados con células humanas. Estas moléculas únicas se denominan patrones moleculares asociados a patógenos o PAMP. (Debido a que todos los microbios, no solo los microbios patógenos, poseen PAMP, los patrones moleculares asociados a patógenos a veces se denominan patrones moleculares asociados a microbios o MAMP).
Por ejemplo, la mayoría de los genomas virales contienen una alta frecuencia de secuencias de dinucleótidos de citosina-guanina no metiladas (una citosina que carece de un grupo metilo o CH 3 y se encuentra adyacente a una guanina). El ADN de mamíferos tiene una baja frecuencia de dinucleótidos de citosina-guanina y la mayoría están metilados. Además, la mayoría de los virus producen ARN viral bicatenario único, y algunos virus producen ARN viral monocatenario rico en uracilo durante porciones de su ciclo de vida. Estas formas de ácidos nucleicos virales son PAMP comunes asociados con virus. Estos PAMP se unen a receptores de reconocimiento de patrones o PRR llamados receptores tipo Toll o TLR que se encuentran dentro de los endosomas de las células fagocíticas. El ARN viral también puede unirse a PRR citoplásmicos llamados RIG-1 (gen 1 inducible por ácido retinoico) y MDR-5 (gen 5 asociado a la diferenciación de melanoma).
La mayoría de los PRR que se unen a componentes virales desencadenan la síntesis de citocinas llamadas interferones tipo I que bloquean la replicación viral dentro de las células hospedadoras infectadas. Los TLR para componentes virales se encuentran en las membranas de los fagosomas utilizados para degradar virus durante la fagocitosis. A medida que los virus son engullidos por los fagocitos, los PAMPS virales se unen a TLR localizados dentro de los fagolisosomas (endosomas). Los TLR para componentes virales incluyen:
1. TLR-3 se une al ARN viral bicatenario;
2. TLR-7 se une al ARN viral monocatenario rico en uracilo como en el VIH;
3. TLR-8 se une a ARN viral monocatenario;
4. TLR-9 se une a secuencias no metiladas de dinucleótidos de citosina-guanina (ADN CpG) que se encuentran en genomas bacterianos y virales.
5. RIG-1 (gen-1 inducible por ácido retinoico) y MDA-5 (gen 5 asociado a la diferenciación de melanoma), son sensores citoplásmicos que tanto moléculas virales de ARN bicatenario como monocatenario producen en células infectadas por virus
Los bacteriófagos son virus que sólo infectan bacterias. Algunos bacteriófagos son estructuralmente mucho más complejos que los virus típicos de la nucleocápsida o envuelta y pueden poseer una estructura de cola única compuesta por una placa base, fibras de cola y una vaina contráctil (ver también la Figura\(\PageIndex{1}\) C y la Figura\(\PageIndex{2}\) E). Otros bacteriófagos, sin embargo, son icosaédricos simples o helicoidales (ver Figura\(\PageIndex{1}\) C).
Micrografía Electrónica de un Bacteriófago con Vaina Contráctil. A = bacteriófago normal y B = bacteriófago después de la contracción de la vaina
- Micrografía electrónica de transmisión del bacteriófago colifago T4 cortesía de la Microscopía de Dennis Kunkel.
Ejercicio: Preguntas de Pensar Par-Compartir
- Discuta por qué los virus solo pueden replicarse dentro de las células vivas.
- La mayoría de los PRR para PAMP virales se encuentran en las membranas de los fagosomas, no en la superficie de la célula.
- ¿Por qué crees que es esto?
- Nombrar las citocinas primarias producidas en respuesta a las PAMP virales y indicar cómo funcionan para proteger contra los virus.
Resumen
- Dado que los virus no son células, son estructuralmente mucho más simples que las bacterias.
- Una partícula viral infecciosa intacta -o virión- consiste en un genoma, una cápside y tal vez una envoltura.
- Los virus poseen ADN o ARN como genoma.
- El genoma está típicamente rodeado por una cubierta proteica llamada cápside compuesta por subunidades proteicas llamadas capsómeros.
- Algunos virus consisten en no más que un genoma rodeado por una cápside y se llaman nucleocápsida o virus desnudos.
- La mayoría de los virus animales también tienen una envoltura que rodea una nucleocápsida poliédrica o helicoidal que normalmente se deriva de las membranas de las células hospedadoras mediante un proceso de gemación y se denominan virus con envoltura.
- Se utilizan proteínas o glicoproteínas específicas en la superficie viral para unir virus a la superficie de su célula hospedadora.
- El ácido nucleico viral funciona como un patrón molecular asociado a patógenos (PAMP).
- La unión de PAMP virales a receptores de reconocimiento de patrones de células hospedadoras (PRR) desencadena la síntesis y secreción de citocinas antivirales llamadas interferones tipo 1 que bloquean la replicación viral dentro de las células hospedadoras infectadas.