viernes, 29 de mayo de 2009

Los virus

Etimológicamente virus significa "veneno" dado que, por su debido tamaño, los virus atraviesan los filtros que se utilizaban para eliminar las bacterias de los cultivos celulares, por lo que se creyó que eran algún tipo de sustancia química. Ahora sabemos, sin embargo, que se trata de grandes complejos moleculares constituidos por materiales biológicos, concretamente por proteínas y ácidos nucleicos.

A pesar de su naturaleza química y de que poseen información genética propia, los virus no se consideran seres vivos. Recordemos que los seres vivos se caracterizan por su unidad de composición (agua, sales minerales, glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos), de estructura (todos los seres vivos están constituidos, al menos, por una célula) y de función (los seres vivos son capaces de nutrirse, relacionarse y reproducirse). Los virus no comparten ninguna de estas características: no poseen todos los compuestos propios de los organismos, no presentan estructura celular (son mucho más pequeños que las células de menor tamaño) y no son capaces de realizar de forma autónoma las funciones vitales: aunque es cierto que son capaces de replicarse, para hacerlo necesitan, en todo caso, utilizar los sistemas enzimáticos propios de la célula que infectan.

Por esta razón, desde el punto de vista biológico los virus se consideran sistemas agentes patógenos con carácter de parásitos intracelulares obligados. En su ciclo "vital" se distinguen, en todo caso, dos fases: una inactiva, extracelular, y otra activa, que se desarrolla cuando el virus penetra en el interior de la célula, infectándola.

Composición y estructura de los virus

Todos los virus están compuestos, al menos, por proteínas y un tipo de ácido nucleico, que puede ser ARN o ADN, pero nunca ambos simultáneamente. Además algunos tipos de virus, en particular algunos de los que infectan células animales, presentan también una estructura membranosa formada por la bicapa lipídica característica. En este caso, la envuelta del virus procede siempre de la célula que había sido invadida por el virus.

En cuanto a su estructura, el ácido nucleico se encuentra siempre en el interior de la partícula vírica (denominada virión), rodeado por una estructura proteica llamada cápside, que siempre está formada por varias unidades de proteína (capsómeros) que pueden ser iguales o distintas entre sí. El conjunto formado por la cápside y el ácido nuclecio, que recibe el nombre de nucleocápside, posee siempre algún tipo de simetría.

Los virus helicoidales, como el del mosaico del tabaco, son estructuras alargadas, con el ácido nucleico dispuesto en el centro del cilindro. La cápside está formada, en general, por capsómeros iguales, que se disponen formando una hélice alrededor del material genético.


Los virus icosaédricos presentan una cápside con la forma de este poliedro, formado por veinte triángulos equiláteros. Los capsómeros pueden ser iguales entre sí o de diferentes tipos. La imagen muestra el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), causante del SIDA.



Por último, los virus de simetría compleja pueden incluir algunos elementos con simetría icosaédrica, pero además presentan otros elementos con otro tipo de simetría. Los fagos (virus que infectan bacterias) de la serie T-par se incluyen en este grupo.






Clasificación de los virus


En primer lugar, cabe diferenciar a los virus según el tipo de organismo que atacan; así se distinguen los virus que infectan bacterias, llamados bacteriófagos (o simplemente fagos), los que atacan a vegetales y los que infectan células animales.

Otro sistema de clasificación los diferencia según la naturaleza del material genético que poseen. Así se distinguen los siguientes grupos:
  1. Virus con ADN bicatenario: La célula lee esta molécula igual que su propio ADN
  2. Virus con ADN monocatenario: el primer proceso que ocurre tras la entrada en la célula es la replicación de esta cadena. La nueva hebra es la que servirá como molde para la síntesis de ARNm.
  3. Virus con ARN bicatenario: No necesitan que su información se copie a ADN. La replicación ocurre gracias a una ARN polimerasa vírica, y la síntesis de ARNm se produce a partir de una de las cadenas.
  4. Virus con ARN monocatenario positivo: La cadena sirve de molde para la síntesis de proteínas (es ARN mensajero). La replicación del genoma necesita que se produzca una cadena de ARN negativo que sirve de molde para la cadena positiva.
  5. Virus con ARN monocatenario negativo: Necesitan sintetizar la cadena complementaria (positiva) tanto para producir proteínas como para replicar su genoma.
  6. Virus con ARN monocatenario retrotranscrito: El ARN se copia a ADN mediante una enzima vírica llamada transcriptasa inversa. Este ADN es leido por la célula como si fuera el suyo propio.
  7. Virus con ADN bicatenario retrotranscrito: El material genético que se introduce en el virión es ARN mensajero. Una vez en el interior de la cápside se retrotranscribe formando ADN bicatenario, que es el material que nfectará a otras células.
Ciclos de vida de los virus

Todos los virus que infectan células bacterianas atraviesan por varias etapas comunes durante su ciclo vital pero, una vez que han accedido al interior de la célula pueden seguir procesos vitales de dos tipos: los fagos líticos provocan la muerte de la célula tras un periodo corto de tiempo, mientras que los lisogénicos o atemperados pueden pasar largos periodos de tiempo en un estado de "latencia", terminando su ciclo vital solo si son activados por un inductor.

Fases comunes del ciclo vital de los fagos
  • Adsorción: se trata del proceso de unión del virus a la superficie de la célula, que se produce mediante el reconocimiento, por parte del virus, de proteínas específicas de la superficie celular que actúan como receptores. En condiciones normales estas proteínas desempeñan funciones necesarias para la vida del organismo infectado, y los virus las aprovechan como mecanismo de entrada. En el caso de los virus vegetales es habitual que la penetración no se produzca mediante adsorción, sino a través de heridas o como consecuencia de la actividad de animales que actúan como vectores, en general insectos.
  • Penetración: se trata del proceso mediante el cual el virus introduce su material genético dentro de la célula hospedadora. Existen diferentes mecanismos, que dependen tanto de la estructura del virus como de la forma en que éste se relaciona con el organismo hospedador. En el caso de los fagos es frecuente que la penetración se produzca mediante la inyección del material genético, especialmente en el caso de virus complejos como los fagos T pares, una parte de cuya cápside actúa como sistema de introducción. En otros casos, la célula absorbe al virus mediante un proceso de endocitosis o, si el virus posee una cubierta lipídica, es habitual que ésta se fusione con la membrana de la célula.
En este punto el virus puede seguir dos caminos diferentes: los virus líticos producen una infección rápida, mientras que los lisogénicos o atemperados pasan un tiempo indeterminado en estado latente dentro de la célula.

Virus líticos
  • Replicación y síntesis de los componentes víricos: una vez liberado el material genético vírico, éste "toma el control" de la maquinaria celular, que se ocupa de replicar el genoma del virus. El material genético viral se multiplica bien en el citoplasma (fagos y virus ARN), bien en el núcleo de la célula (virus ADN animales y vegetales). Simultáneamente se produce la traducción del ARN vírico, lo que da lugar a la presencia en el interior de la célula de miles de copias, tanto del genoma viral como de los capsómeros y del resto de las proteínas del virus.
  • Maduración: los capsómeros se ensamblan para formar cápsides completas, que encierran en su interior copias del material genético vírico.

  • Liberación: las partículas víricas ensambladas abandonan la célula. Esta salida puede tener lugar de modo progresivo, mediante gemación (especialmente en el caso de virus con envuelta lipídica) o bien mediante rotura violenta de la célula hospedadora (lisis).

Virus lisogénicos
  • Formación del profago: en el caso de los virus lisogénicos, el material genético del virus se introduce dentro del genoma del hospedador. En este estado el virus recibe el nombre de profago. Durante la fase de profago la bacteria sigue un ciclo biológico normal. Este periodo tiene una duración indeterminada y, en general, solo acaba cuando un agente externo altera la lectura del material genético bacteriano.

  • Inducción: El estado latente del virus está favorecido por la presencia de una proteína represora, que impide la expresión de su genoma. Cuando las bacterias infectadas por un virus atemperado sufren condiciones adversas (desecación, exposición a radiaciones) reaccionan produciendo proteasas, que también eliminan el represor vírico, lo que permite que su genoma se exprese.
Después de la inducción el virus lleva a cabo procesos idénticos a los que tienen lugar durante la infección lítica: replica su material genético rápidamente, sintetiza sus proteínas, se ensambla y abandona la célula hospedadora.

Todos los fagos tienen capacidad para seguir ciclos líticos, mientras que solo algunos de ellos pueden seguir ciclos de vida lisogénicos. Esto significa que los fagos atemperados, al llegar a una bacteria, pueden iniciar un tipo de ciclo o el otro. El resultado depende, por una parte, de las características de la bacteria infectada (concretamente de la concentración de proteasas que hay en ella), y por otra de la presencia de ciertas proteínas víricas.

Ciclo de vida de los retrovirus

La mayoría de los virus ARN son capaces, gracias a algunas de sus proteínas, de copiar replicar directamente esta molécula, dando lugar a un ARN complementario. Sin embargo, los retrovirus consiguen multiplicar su material genético siguiendo una estrategia diferente: una de las enzimas que poseen, la transcriptasa inversa, es capaz de sintetizar una cadena de ADN utilizando como molde una molécula de ARN. Gracias a este proceso, llamado retrotranscripción, estos virus consiguen formar una cadena de ADN doble que, con ayuda de una proteína llamada integrasa, se inserta dentro del genoma de la célula hospedadora. El virus puede permanecer en estado latente durante un tiempo indefinido, pero en un momento dado puede activarse y seguir su ciclo vital, que incluye la transcripción, para formar el material genético que se encapsula en la cápside, y la síntesis de sus proteínas


Un ejemplo típico de retrovirus es el virus de inmunodeficiencia humana, VIH, causante del SIDA. Se trata de un virus con envuelta lipídica que rodea a dos cápsides proteicas. La envuelta presenta en su superficie proteínas capaces de unirse específicamente a receptores de linfocitos T4, células que forman parte del sistema inmunitario, razón por la cual este virus solo afecta a ese tipo celular, debilitando el sistema defensivo del organismo.

Una vez producida la infección, el virus libera su material genético, ARN monocatenario. La transcriptasa inversa lo copia para formar, en primer lugar, una molécula de ADN monocatenario. Esta misma proteína se encarga de replicar esta cadena. La integrasa inserta el genoma vírico en un punto aleatorio del genoma celular.

Cuando el virus se activa sus proteínas se sintetizan en dos fases: en primer lugar, las que se integran en la membrana de la célula, que luego constituirá la envuelta externa del virus, y en segundo lugar las que forman la cápside. Estas se sintetizan como una sola cadena proteica inactiva, y se encapsulan de esta forma dentro de "burbujas" de membrana. Solo después de que estas burbujas se liberen, por gemación, de la célula hospedadora una proteasa las romperá en fragmentos activos, permitiendo la formación de las cápsides proteicas.

Virus animales y vegetales

Los virus son siempre agentes patógenos: producen enfermedades en las células que infectan: en ocasiones dan lugar a la muerte celular a corto plazo, mientras que en otros casos se producen cambios en la célula que se mantienen durante periodos largos de tiempo, mientras los virus se liberan lenta y progresivamente por gemación. En otros casos, incluso, la infección puede permanecer en estado latente, manifestándose solo ante ciertos estímulos.

Se han identificado virus que tienen capacidad de provocar la transformación de células normales en células cancerosas, especialmente virus de ADN bicatenario y retrovirus.

Los daños que los virus provocan en las plantas se manifiestan en forma de mosaicos (manchas de color amarillento, verde claro o pardo distribuidas en la hoja), moteados, anillos necróticos o alteraciones en el desarrollo o en la formación de brotes.
TipoVirusEnfermedad

I. ADN
HerpesvirusHerpes
Epstein-BarrLinfoma de Burkitt
bicatenario

PapilomaCáncer de cuello de útero
VacciniaViruela
II. ADN monocatenarioParvovirusEritema infeccioso
III. ARN bicatenarioRotavirusVómitos y diarreas
IV. ARN monocatenario +HepatovirusHepatitis A
RhinovirusResfriado común
V. ARN monocatenario -FilovirusÉbola
InfluenzavirusGripe
LyssavirusRabia
VI. ARN monocatenario retrotranscritoLentivirus (VIH)SIDA
VII. ADN bicatenario retrotranscritoOrthohepadnavirusHepatitis B


Partículas subvirales

Existen agentes patógenos que son aún más pequeños que los virus; se trata de los viroides y de los priones.

Los viroides son moléculas de ARN monocatenario cerrado, que forman una estructura no asociada a proteínas con forma de varilla. Provocan enfermedades en plantas, y son considerados por algunos autores virus primitivos, derivados de intrones. Se sabe que no llegan a codificar la síntesis de proteínas, suponiéndose que su efecto se debe a la interacción con el genoma de la célula vegetal, o con sus sistemas de control de la información genética.

Los priones son proteínas con capacidad infectiva: se transmiten de un organismo a otro y pueden provocar enfermedades en el organismo infectado, debido a su actividad biológica: los priones son formas anómalas de proteínas funcionales. La modificación en su estructura terciaria (que tiene carácter post-traduccional, es decir, que se debe a cambios que ocurren después de la síntesis) hace que pierdan su actividad original, adquiriendo otra. Curiosamente, su nueva actividad consiste, precisamente, en modificar la estructura terciaria de la forma funcional de esa misma proteína.

Los priones producen enfermedades degenerativas tanto en diversos animales como en el hombre.

Evolución y origen de los virus

La extrema sencillez de los virus ha llevado a los biólogos a proponer dos posibles hipótesis explicativas de su origen evolutivo: una de ellas considera que se trata de organismos muy primitivos, "precelulares", muy relacionados con los primeros seres vivos. Esta teoría plantea el serio problema de la insuficiencia metabólica de los virus, que no podrían siquiera conseguir los elementos necesarios para su replicación. La segunda hipótesis, más extendida en la actualidad, sugiere que los virus habrían evolucionado a partir de células o de elementos genéticos de las mismas.