TEMA 6: VIROLOGÍA GENERAL (Adrián Argüelles Curto)

Los virus son elementos genéticos que pueden replicarse independiente de los cromosomas de una célula, pero no independientes de dicha célula, por lo que se dice que son: Parásitos intracelulares obigados. Deben de entrar en la célula en la cual puedan replicarse, dicha célula se denomina hospedadora. Se caracterizan también por tener una forma infecciosa madura que es típicamente extracelular.
Pueden haber evolucionado de partículas propias de la célula que adquirieron la capacidad de replicarse independientemente del genoma o se derivan de otros parásitos intracelulares obligado. Dos formas importantes:
  • Agente genético: posee un ácido nucleico que puede ser ADN o ARN, rodeado de una envoltura de proteína. Contiene toda la información necesaria para su ciclo reproductor; pero necesitan para conseguirlo a otras células vivas de las que utilizan organelas y moléculas. Carecen de sistemas para obtener y almacenar energía y efectuar síntesis proteica, por ello son simbiontes obligados de células, tanto procariotas como eucariotas, de las que dependen para sus replicación
  • Forma extracelular: para ser fácilmente transmitidos de un hospedador a otro. Capacitados para replicarse dentro de un hospedador de una manera dañina. Esta repliación destructiva es la causa de que algunos virus sean agentes de enfermedades. Los virus que infectan al ser humano: al replicarse en las células las lesionan, de modo directo o por mecanismo inmune, produciendo alteraciones patológicas más o menos importantes. Algunos virus, aparte de su potencial acción citopática sobre las células que infectan, poseen capacidad oncogénica (desencadenar procesos cancerígenos).
  • La forma extracelular, es una partícula minúscula que contiene ácido nucleico rodeado por proteína, y que, dependiendo del cirus, ocasionalmente contiene otros componentes macromoleculares. En este estado, la partícula vírica, o virión, es metabólicamente inerte.
Dentro de la célula inicial el estado intracelular y tiene lugar la replicación del virus, en donde:
  • Se producen nuevas copias del genoma vírico
  • Se sintetizan los componenetes de la cubierta del virus.
Cuando un genóma vírico se introduce y se reproduce en una célula hospedadora, el proceso se denomina infección. Lo genomas virales son limitados en tamaño y codifican primariamente las funciones que no pueden adaptar de sus hospedadores.

Morfología y estructura:


El tamaño de los viriones varía entra 0,02 - 0,3 nm, por tanto no pueden observarse con el microscopio de luz. Los datos sobre su morgología se poseen a través de estudios efectuados por microscopia electrónica y difracción de rayos X.
El material genético etá cnstituido por ADN o ARN. Los virus por lo general si se constituyen con ADN suelen presentar el ácido nucleico de tipo bicatenaro y los que contienen ARN es de tipo monocatenario, aunque existen excepciones en los dos casos. El ácido nucleico puede constituir una molécla única, con los extremos libres, o unidos, o estar fragmentado en varías moléculas.

En la mayoría de los virus se encuentran, junto al ácido nucleico, algunas proteínas con función estructural o con actividad enzimática, como las ribopolimerasas necesarias para la replicación. Al rededor del genoma existe una cubierta proteica llamada cápside, ambos forman la nucleocápside, o nucleoproteína. Puede presentar o no una envoltura externa, que deriva de la membrana plasmática de la célula parasitada.

La cápside viral es una estructura proteica compuesta por una subunidades llamadas capsómeros que se encuentran constituidos por varios polipéptidos. La cápside protege al genoma viral de las inactivación por las nucleasas y otros agentes físicos y químicos al salir de las células. También participa en la adhesión de los virus desnudos (sin envoltura externa) a la superficie de las células antes de su penetración en ellas y es antigénica (capacidad de generar una respuesta inmune).

La disposición que adquiere el material genético para ser recubierto por los capsómeros, así como la disposición de éstos, es variable en cada grupo de virus dando lugar a diversos tipos morfológicos:
  • Simetría icosaédrica: Material genético se halla envuelto por los capsómeros que se disponen formando la figura geométrica de un icosaedro, lo que le confiere un aspecto esferoidal. Tiene 20 caras formadas por triángulo equiláteros, y tiene 12 vértices.
  • Simetría helicoidal: capsómeros se adosan estrechamente al ácido nucleico filamentosos por lo que la nucleocápside posee una forma clilíndrica, alargada, que es flexible.
  • Simetría mixta: presentada principalmente los bacteriófagos, es una combinación de las anteriores, poseen una cabeza icosaédrica, albergando el genoma, y una cola helicoidal vacía.
  • Virus de simetría compleja: los que no se adaptan a estos patrones.

La nucleocápside puede estar rodeada por una envoltura que deriva de la membrana citoplasmática o nuclear de la célula parasitada, estos virus se denominan envueltos. Existen diversas proteínas y glicoproteínas, algunas propias de la membrana celular, pero tras codificadas por el propio virus:
  • Glicoproteínas: responsables de la adhesión de los virus envueltos a la células y son antigénicas.
  • Virus envueltos: se inactivan por los agentes físicos y químicos, debido a la fragilidad de la envoltura, por lo que la transmisión entre huéspedes se hace por contacto íntimo de personas a persona, como en el virus de la gripe, el virus del herpes y otos.
  • Los virus desnudos son los más resistentes, pueden permanecer y transmitirse a través del medio ambiente como los virus de la poliomielitis o de la hepatitis A.

En resumen, los virus se diferencian de las células vivas al menos en tres aspectos:

1) Su organización simple y acelular.
2) La presencia de DNA o RNA, pero no ambos, en la gran mayoría de los viriones (el citomegalovirus humano tiene un genoma DNA y cuatro mRNA).
3) Su incapacidad para reproducirse de forma independiente de las células.

  • NOTA: Aunque algunas bacterias como las clamidias y las rickettsias son parásitos intracelulares obligados como los virus, no cumplen los dos primeros criterios.


Clasificación:

ARN bicatenario: Poseen una ARN polimerasa dependiente de ARN que induce la formación de ARNmc + usando como molde la cadena de polaridad negativa. Dicho ARNmc + actúa como ARNm y como molde para que la ARN polimerasa viral forme ARNmc con polaridad negativa; estos se unirán a las cadenas complementarias de polaridad positiva conformando nuevos ARNbc del virión.

ARN monocatenario: Puede ser de dos tipos, con polaridad Positiva; su genoma sirve directamente como ARNm y es traducido por los ribosomas de la célula infectada; se sintetizan proteínas y una polimerasa para la formación de ARN con polaridad negativa que servirá de molde para la síntesis de cadenas positivas. Por otro lado el ARN con Polaridad Negativa, su ARN no puede actuar como mensajero de forma que por ello tienen una polimerasa-ARN dependiente que, a partir de ARN de polaridad negativa sintetiza otro con polaridad positiva que servirá como ARNm y como molde para el virión.

Retrovirus: posee dos copias exactas de ARNmc +, sin embargo no los puede usar como ARNm. Por ello su ARN es transcrito a ADN por una ADN polimerasa dependiente de ARN, formándose un híbrido de ARN-ADN que se escinde por una ARNasa y a partir del ADN dependiente, se constituye un ADN bicatenario pro-vírico que se integra en el genoma celular, desde el que se trascribe en ARNmc + o ARN + del virión.

Pueden ser de dos tipos, virus ARN o virus ADN y dentro de esos tipos de dos subtipos; monocatenario o bicatenario. Dependiendo de cómo sean sintetizan o se sirven de diferentes enzimas o ácidos nucleicos, propios o ajenos.

ADN bicatenario: Una ADN polimerasa rellena los huecos que faltan y se trascribe ARNm que codifica las proteínas víricas y la replicación del ADN de una manera similar a como lo hacen los retrovirus.

ADN monocatenario: Son muy raros y suelen ser defectivos, por ello requieren la presencia de otro virus auxiliar (coinfección) que codifique las proteínas necesarias para la replicación.



Principios de taxonomía de virus:

La clasificación de los virus se encuentra en un estado mucho menos satisfactorio que la de las bacterias o la de los microorganismos eucariotas. Esto se debe en parte a una escasez de conocimientos sobre su origen y su historia evolutiva.

- Nomenclatura: Se utilizan nombres comunes para las especies (en castellano), pero no para las subespecies.
- Familia: viridae,
- Subfamilia:virinae F.P. Williams, U.S. EPA
- Género: virus
- Especie: nombre

Un ejemplo: Herpesviridae - Alphaherpesvirinae -Simplex virus - Virus del herpes simple (VHS-1)

*Los virus se dividen en grupos taxonómicos diferentes según sus características en cuanto al tipo de huésped utilizado, la estructura y composición del virión, el modo de reproducción y la naturaleza de las enfermedades que origina. Algunas de las características más importantes son:

  1. Naturaleza del huésped: animal, planta, bacteria, insecto, hongo.
  2. Características del ácido nucléico: DNA o RNA, monocatenario o bicatenario, peso molecular, segmentación y número de piezas de ácido nucléico (virus RNA), sentido de la cadena en los virus ssRNA.
  3. Simetría de la cápside: icosaédrica, helicoidal, binal.
  4. Presencia de envoltura y sensibilidad al éter.
  5. Diámetro del virión o de la nucleocápside.
  6. Número de capsómeros en los virus icosaédricos.
  7. Propiedades inmunológicas.
  8. Número de genes y mapa genómico.
  9. Localización intracelular de la replicación viral.
  10. Presencia o ausencia de DNA intermediario (virus ssRNA) y presencia de transcriptasa inversa.
  11. Mecanismo de liberación del virus.
  12. Enfermedad que produce, características clínicas especiales, o ambas, y método de transmisión.



Fases de la infección viral



1. Adsorción: Interación virus-célula es altamente específica, un mismo virus no puede infectar a todas las células de un mismo organismo, ni a todas las especias animales. La célula le provee de receptores celulares que determinan la afinidad celular, y son moléculas proteicas varadas e interactúan con las glicoproteínas de cápside. Es importante también la concentración de partículas virales.

2. Penetración: Cuando llega al citoplasma celular. Se da por tres sistemas diferentes:
  • Directa: Por virus desnudos y pequeños. No hay fusión de membranas, ni formación de vesículas. Inyección directa del ácido nucleico viral.
  • Fusión: Se da en los virus envueltos las glicoptroteínas de los virus se unen a los receptores de membrana y ocurre una fusión de ambas capas fosfolipídicas.
  • Viropexis o endocitosis: la partícula viral es rodeada por la membrana citoplasmática, permitiendo la formación de una vesícula o invaginación.

3. Decapsidación: Se libera el material genético del virus por acción de enzimas celulares que hidrolizan las proteínas capsulares virales.

4. Biosíntesis de macromoléculas virales: La replicación de los virus involucra la síntesis de sus componentes, aprovechando la maquinaria metabólica celular. La síntesis del ácido nucleico y proteínas virales se realiza en forma análoga a la celular. Se dan procesos de :
- Transcripción, Traducción y Replicación
Primero: bloqeo del metabolismo del genoma viral.
Final: Síntesis de las proteínas virales estructurales.

5. Ensamblaje: Formación de la cápsula proteica y su asociación con el genoma viral. En el retículo endoplasmático, membrana plasmática, membrana nuclear interna, aparato de Golgi.

6. Liberación: Los virus ya formados, lisan la célula infectada que utilizaron para replicarse y salen al exterior en busca de nuevas células que poder infectar.



Terminología:

- Vulnerabilidad: capacidad de una célula de ser infectada por un virus.
- Rango de hospedador: Conjunto de hospedadores vulnerables a la infección.
- Infección productiva: permite la replicación del virus en una célula permisiva.
- Infección abortiva: no permite la multiplicación por ser no permisiva.


Aislamiento de virus


A diferencia de lo que sucede con la mayoría de las bacterías, hongos y protozoos, sólo pueden multiplicarse en el interior de las células vivas, no pudiendo hacerlo en un medio nutritivo carente de células.
Los sistemas celulares utilizados para propagar los virus en el laboratorio son:
  1. Animales de experimentación
  2. Embriones animales
  3. Cutivos celulares artificiales

Animales de experimentación: La inoculación en animales de experimentación de muestras clínicas o de virus para su aislamiento o propagación, es una técnica poco empleada debido a diversas dificultades como el entrenamiento de los animales, la laboriosidad de la inoculación y el peligro de difusión del virus con las excretas de las animales.
Se emplea únicamente cuando se trata de propagar virus cuya replicación en ls otros sistemas - embiones cultivos celulares - no es posible. Los animales más utilizados: monos, los cobayos y los ratones lactantes.

Embriones animales: Los más utilizados son los embriones de pollo, los huevos fecundados se incuban hasta el momento de su inoculación que suele oscilar entre 5 y 14 días. Las inoculaciones, que pueden realizarse en diversas zonas del embrión (cavidad amniótica, saco vitelino o cavidad alantoidea).
Se requiere de experiencia para su realización debido al tipo de inoculación y extracción. La inoculación en la cavidad amniótica es la más utilizada para el asilamiento del virus a partir de muestras clínicas.

Cultivos celulares: Se trata de multiplicar y mantener células in vitro. La células se obtienen de un fragmento de un órgano u embriones de pollo, por trituración y posterior disgregación con tripsina (enzima), lo que permite obtener células aisladas que se introducen en frascos con medos de cultivo líquidos adecuados (botellas o placas d petri).
Las células en los frascos pueden estar en suspensión, es decir, libres en el medio de cultivo líquido o adosadas a la pared del frasco y bañadas por el medio (las células producen un material glicoprotéico que permite su adhesión a las superficies). En el primer caso se trata de células en suspensión y en segundo en monocapa.
El medio de cultivo utilizado para los cultivos celulares es bastante complejo, e incluye aminoácidos, vitaminas, sales, glucosa y buffer de bicarbonato. Para un mejor crecimiento, se da la adición de una pequeña cantidad de suero sanguíneo, y también suele añadirse varios anitbióticos para impedir la contaminación bacteriana. También se añade un indicador de pH coloreados para evidenciar esta contaminación.
Algunos cultivos celulares pueden crecer indefinidamente y constituyen las llamadas líneas celulares permanentes, estos cultivos son más convincentes para investigación vírica. En otros casos no ocurre un crecimiento indefinido, pero permanece vivo por unos días, estos son los llamados cultivos primarios, que aunque también sean útiles hay que prepararlos en cada análisis.
  • Acción citopática: Lesión que causan algunos virus a las células in vitro. Pueden ser intensas y precoces, produciendo en 24 o 48 horas la muerte celular, acompañada de lisis fácilmente observable al inspeccionar los cultivos celulares con microscopio.
  • El efecto citopático es muy diferente debido al tipo de virus. En otras ocasiones las alteraciones morfológicas que se producen en las células son mínimas o tardías y muy difíciles de detectar. En las células infectadas por determinados virus pueden observarse cuerpos de inclusión.
  • Los cuerpos de inclusión pueden visualizarse, después de la tinción de las células con hematoxilina-eosina, como masas con morfología más o menos característica y localización nuclear o citoplasmática típica, según los virus que los originan. Están constituidos por acúmulos del material vírico sintetizado depositados en zonas celulares alteradas.

Tipos de infección viral:

· Aguda: es la primoinfección, sintomática o asintomática.
· Persistente: puede ser:
- Crónica, el virus mantiene una replicación mantenida y está constantemente liberando virones, los cuales pasan a la sangre y producen una viremia, persistente o no.
- Latente, lo cual ocurre cuando permanece en las células sin replicarse ni dar sintomatología, puede durar así largos periodos, sin dar problemas. Los herpes son un tipo de infección latente. Además produce recurrencias, de forma que se manifiestan periódicamente y son para toda la vida.
- Lentas, cuando producen síntomas años después (p.ej: sarampión).




BIBLIOGRAFÍA: