Introducción
(Del
latín, ‘veneno’), entidades orgánicas compuestas tan sólo de material genético,
rodeado por una envuelta protectora. El término virus se utilizó en la última
década del siglo pasado para describir a los agentes causantes de enfermedades más
pequeños que las bacterias.
Componentes de los Virus
1. CÁPSIDA.
Es la
envoltura proteínica que envuelve al ácido nucleico (AN) del genoma. Las
cápsidas vacías pueden ser subproductos del ciclo de replicación de los virus
con simetrías icosaédrica.
2. NUCLEOCÁPSIDA.
Es la
cápsida junto con el AN material genético (ácido nucleicos) encapsulado.
3. UNIDADES
ESTRUCTURALES.
Son los
bloques proteínicos básicos de la envoltura. Suelen ser la acumulación de más
de un polipéptido no idéntico.
4. CAPSÓMEROS.
Unidades
morfológicas que se observan en el microscopio electrónico sobre la superficie
de las partículas víricas icosaédricas. Los capsómeros están formados por
subunidades polipeptídicas.
5. CUBIERTA.
Membrana
que contienen lípidos y que circunda a ciertas partículas víricas. Se adquiere
durante la maduración del virus a través de membranas celulares. En la
superficie de la cubierta quedan expuestas las glicoproteínas codificadas por
el virus.
6. VIRIÓN
Es la
partícula viral completa infectante, que en algunos casos puede ser idéntica a
la nucleocápsida (virus sin envuelta). Sirve para transmitir el AN viral de una
célula a otra.
Composición
química
1. ÁCIDO NUCLEICO.
El AN puede
ser ARN o ADN de cadena doble o sencilla, que se puede identificar con naranja
de acridina (presenta distinta fluorescencia según el tipo de AN). Puede haber
una o más moléculas de AN; pero siempre de un solo tipo.
Hay bases
transformadas que solo aparecen en virus. Los bacteriofagos tienen bases
metiladas y glicosiladas que sirven para resistir a las enzimas de restricción
del espacio periplásmico de las bacterias.
2. PROTEÍNAS.
Constituyen
la fracción más importante de los componentes víricos (50-90%).
Se
clasifican en:
a) Proteínas
de la superficie:
- Proteínas de la cápsida (capsómero).
- Proyecciones de la envoltura (peplómeros) que son glicoproteínas
con actividad enzimática.
- Proteínas de la membrana de la célula huésped (restos).
b) Proteínas
internas:
- Proteína M de la cara interna de la envoltura.
- Capsómeros de la cápsida interna.
- Proteínas asociadas al AN (proteínas básicas tipo histonas).
- Transcriptasas asociadas a nucleocápsida.
3. GLÚCIDOS
Y LÍPIDOS.
No son
virus específicos, pero hay casos especiales
- Poxvirus: parte de los lípidos son virus específicos.
- Mixovirus: los glúcidos de las glicoproteínas de la envuelta son
virus específicos.
Viroides y priones
VIROIDES, RNA circular, de cadena simple
de unos 250-370 nucleótidos, que se suelen localizar en el nucleolo de la
célula infectada, en número entre 200 y 10.000 copias. Producen enfermedades en
plantas tales como la patata y árboles de cítricos.
PRION (Proteinaceous infectious particle).
El agente infeccioso es una proteína de 33-35 kDa. Al parecer actúa produciendo
un cambio conformacional de una proteína precursora celular PrP. Además de la
encefalopatía espongiforme bovina, se encuentra el SCRAPIE en ovejas o el Kuru o
Síndrome de CREUTZFELDT-JAKOB en humanos.
Características
- Los virus son parásitos intracelulares submicroscópicos, compuestos por ARN o por ácido desoxirribonucleico (ADN) —nunca ambos— y una capa protectora de proteína o de proteína combinada con componentes lipídicos o glúcidos. En general, el ácido nucleico es una molécula única de hélice simple o doble; sin embargo, ciertos virus tienen el material genético segmentado en dos o más partes. La cubierta externa de proteína se llama cápsida y las subunidades que la componen, capsómeros. Se denomina nucleocápsida, al conjunto de todos los elementos anteriores. Algunos virus poseen una envuelta adicional que suelen adquirir cuando la nucleocápsida sale de la célula huésped. La partícula viral completa se llama virión. Los virus son parásitos intracelulares obligados, es decir: sólo se replican en células con metabolismo activo y fuera de ellas se reducen a macromoléculas inertes.
- El tamaño y forma de los virus son muy variables. Hay dos grupos estructurales básicos: isométricos con forma de varilla o alargados, y virus complejos con cabeza y cola (como algunos bacteriófagos). Los virus más pequeños son icosaédricos (polígonos de 20 lados) que miden entre 18 y 20 nanómetros de ancho (1 nanómetro = 1 millonésima parte de 1 milímetro). Los de mayor tamaño son los alargados; algunos miden varios micrómetros de longitud, pero no suelen medir más de 100 nanómetros de ancho. Así, los virus más largos tienen una anchura que está por debajo de los límites de resolución del microscopio óptico, utilizado para estudiar bacterias y otros microorganismos.
- Muchos virus con estructura helicoidal interna presentan envueltas externas (también llamadas cubiertas) compuestas de lipoproteínas, glicoproteínas, o ambas. Estos virus se asemejan a esferas, aunque pueden presentar formas variadas, y su tamaño oscila entre 60 y más de 300 nanómetros de diámetro. Los virus complejos, como algunos bacteriófagos, tienen cabeza y una cola tubular que se une a la bacteria huésped. Los poxvirus tienen forma de ladrillo y una composición compleja de proteínas. Sin embargo, estos últimos tipos de virus son excepciones y la mayoría tienen una forma simple.
Replicación
Los virus, al carecer de
las enzimas y precursores metabólicos necesarios para su propia replicación, tienen
que obtenerlos de la célula huésped que infectan. La replicación viral es un proceso que incluye
varias síntesis separadas y el ensamblaje posterior de todos los componentes, para dar
origen a nuevas partículas infecciosas. La replicación se inicia cuando el
virus entra en la célula: las enzimas celulares eliminan la cubierta y el ADN o
ARN viral se pone en contacto con los ribosomas, dirigiendo la síntesis de
proteínas. El ácido nucleico del virus se autoduplica y, una vez que se
sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la cápsida, los
componentes se ensamblan dando lugar a nuevos virus. Una única partícula viral
puede originar una progenie de miles. Determinados virus se liberan destruyendo
la célula infectada, y otros sin embargo salen de la célula sin destruirla por
un proceso de exocitosis que aprovecha las propias membranas celulares. En
algunos casos las infecciones son ‘silenciosas’, es decir, los virus se
replican en el interior de la célula sin causar daño evidente.
Los virus que contienen
ARN son sistemas replicativos únicos, ya que el ARN se autoduplica sin la intervención
del ADN. En algunos casos, el ARN viral funciona como ARN mensajero, y se
replica de forma indirecta utilizando el sistema ribosomal y los precursores metabólicos de la célula huésped. En otros,
los virus llevan en la cubierta una enzima dependiente de ARN que dirige el
proceso de síntesis. Otros virus de ARN, los retrovirus, pueden producir una
enzima que sintetiza ADN a partir de ARN. El ADN formado actúa entonces como
material genético viral.
Durante la infección,
los bacteriófagos y los virus animales difieren en su interacción con la superficie de la célula huésped. Por
ejemplo, en el ciclo del bacteriófago T7, que infecta a la bacteria Escherichia
coli, no se producen las fases de adsorción ni de descapsidación. El virus se
fija primero a la célula y, después, inyecta su ADN dentro de ella. Sin
embargo, una vez que el ácido nucleico entra en la célula, los eventos básicos de la replicación viral son los mismos.
Todavía hoy se descubren
virus responsables de enfermedades humanas importantes. La mayoría pueden
aislarse e identificarse con los métodos actuales de laboratorio, aunque el
proceso suele tardar varios días. Uno de ellos es el rotavirus que causa la
gastroenteritis infantil.
Propagación
Los virus se propagan
pasando de una persona a otra, causando así nuevos casos de la enfermedad. Muchos de ellos,
como los responsables de la gripe y el sarampión, se transmiten por vía
respiratoria, debido a su difusión en las gotículas que las personas infectadas
emiten al toser y estornudar. Otros, como los que causan diarrea, se propagan por la vía oral-fecal. En otros casos, la propagación se
realiza a través de la picadura de insectos, como en el caso de la fiebre
amarilla y de los arbovirus. Las enfermedades virales pueden ser endémicas
(propias de una zona), que afectan a las personas susceptibles, o epidémicas,
que aparecen en grandes oleadas y atacan a gran parte de la población. Un ejemplo de epidemia es la aparición de la gripe en todo el mundo,
casi siempre, una vez al año.
Infecciones en plantas
Los virus originan gran
variedad de enfermedades en las plantas y daños serios en los cultivos. Las más
comunes se producen por el virus del mosaico amarillo del nabo, el virus X de
la patata (papa) y el virus del mosaico del tabaco. Los vegetales tienen
paredes celulares rígidas que los virus no pueden atravesar, de modo que la vía
más importante para su propagación la proporcionan los animales que se
alimentan de ellos. A menudo, los insectos inoculan en las plantas sanas los
virus que llevan en su aparato bucal, procedentes de otras plantas infectadas.
También los nematodos, gusanos cilíndricos, pueden transmitir la infección
cuando se alimentan de las raíces.
Los virus vegetales
pueden acumularse en cantidades enormes en el interior de la célula infectada.
Por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco puede representar hasta el 10% del
peso en seco de la planta. Los estudios de la interacción entre estos virus y
las células huéspedes son limitados, ya que la infección se realiza a través de
un insecto vector. Además, no se suele disponer en el laboratorio de los
cultivos celulares susceptibles de ser infectados por virus vegetales.
Bacteriófago T4
Este es un virus que
infecta sólo a bacterias (en algunos casos sólo a Escherichia coli). Los fagos
carecen de cualquier mecanismo de reproducción, y aprovechan los mecanismos de la bacteria
para replicarse. Esto lo hacen agarrándose a las paredes celulares con las
fibras, a modo de patas, visibles aquí. La cola es una vaina que se contrae
para inyectar el contenido de la cabeza, el material genético (ADN), dentro del
hospedador. En 25 minutos, son capaces de utilizar con éxito los mecanismos reproductores de la bacteria, y la progenie viral llena
la célula. Entonces, la atestada bacteria estalla, liberándose unas 100 nuevas
copias del bacteriófago.
Algunos bacteriófagos
(virus que parasitan bacterias), izquierda, tienen una estructura bastante
complicada y elaborada. El fago T4, representado aquí, consta de cinco
proteínas y de las siguientes partes: cabeza, cola, un cuello o collar, placa
basal y unas fibras a modo de patas. Por contra, un virus de la gripe, derecha,
es más simple. Una envuelta lipídica envuelve el caparazón proteico, o cápsida,
el cual, como en el bacteriófago, encierra el material genético enrollado.
Desde esta envuelta se proyectan dos tipos de proteínas a modo de púas, que
determinan las propiedades infectivas del virus. Los hospedadores humanos deben
producir nuevas defensas inmunes cada vez que éstas mutan; de aquí las
vacunaciones anuales que se realizan.
Replicación viral
Fuera de una célula
hospedante, un virus es una partícula inerte. Pero una vez dentro de la célula,
el virus se reproduce muchas veces y forma miles de individuos que abandonan la
célula para buscar otras a las que parasitar. Los virus patógenos actúan destruyendo
o dañando las células cuando abandonan aquéllas en las que se han reproducido.
CICLOS DE INFECCIÓN
DE VIRUS
Los viriones (virus en fase extracelular) no
realizan ninguna actividad fisiológica, por lo que no requieren sintetizar
proteínas ni utilizan energía; son estructuras inertes. Así, el ácido nucleico
viral se replica a expensas de la maquinaria y la energía de la célula
infectada.
Existen dos sistemas de replicación de virus, el
ciclo lítico y el ciclo lisogénico. La explicación de estos ciclos viene
referida a la que se da en virus bacteriófagos:
1.- Ciclo Lítico
Se denomina así porque la célula infectada muere
por rotura al liberarse las nuevas copias virales. Consta de las siguientes
fases:
Fase de adsorción o fijación: El virus se une a la
célula hospedadora de forma estable. La unión es específica ya que el virus
reconoce complejos moleculares de tipo proteico, lipoproteico o glucoproteico,
presentes en las membranas celulares.
Fase de penetración o inyección: el ácido nucleico
viral entra en la célula mediante una perforación que el virus realiza en la
pared bacteriana.
Fase de eclipse: en esta fase no se observan copias
del virus en la célula, pero se está produciendo la síntesis de ARN, necesario
para generar las copias de proteínas de la cápsida. También se produce la
continua formación de ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del ADN
bacteriano.
Fase de ensamblaje: en esta fase se produce la
unión de los capsómeros para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido
nucleico viral dentro de ella.
Fase de lisis o
ruptura: conlleva la muerte celular. Los viriones salen de la célula, mediante
la rotura enzimática de la pared bacteriana. Estos nuevos virus se encuentran
en situación de infectar una nueva célula.
Las dos primeras fases
de este ciclo son iguales a las descritas en el ciclo anterior. En la fase de
eclipse el ácido nucleico viral en forma de ADN bicatenario recombina con el
ADN bacteriano, introduciéndose en éste como un gen más. Esta forma viral se
denomina profago, o virus
atenuado, mientras que la célula infectada se denomina célula lisogénica.
En este estado el
profago puede mantenerse durante un tiempo indeterminado, pudiendo incluso,
reproducirse la célula, generando nuevas células hijas lisogénicas. El profago
se mantendrá latente hasta producirse un cambio en el medio ambiente celular
que provoque un cambio celular, por ejemplo, por variaciones bruscas de
temperatura, o desecación, o disminución en la concentración de oxígeno. Este
cambio induce a la liberación del profago, transformándose en un virus activo
que continúa el ciclo de infección hasta producir la muerte celular y la
liberación de nuevos virus.