Curso de Microbiología IV (Virología)

Los microbios primitivos evolucionaron en la Tierra hace aproximadamente tres mil millones de años, pero fueron asilados por los humanos solo a fines del siglo XIX, alrededor de veinte años antes de que Hilaire Belloc escribiera su poema “el microbio”. Debe haber tomado un gran salto de fe para que la gente aceptara que los pequeños organismos vivos eran responsables de enfermedades que hasta ahora se habían atribuido a diversas maneras a la voluntad de los dioses, la alineación de los planetas, cometas o los vapores de descomposición de la metería orgánica. Por su puesto, esta comprensión no comenzó de la noche a la mañana, pero a medida que se identificaron más y más microbios, la “teoría de los gérmenes” se afianzó, y a principios del siglo XX fue ampliamente aceptada incluso en círculos no científicos que los microbios podrían causar enfermedades.
La clave de este salto transcendental es la compresión del desarrollo técnico en el microscopio a partir de los lentes de Antonie van Leeuwenhoek (1623-1723) en el siglo XVII. Fue el primero en visualizar microbios, pero no fue hasta mediados de 1800 que Louis Pasteur (1822-1895) trabajando en París y Robert Koch (1843-1910) en Berlín establecieron los “gérmenes” como la causa de las enfermedades infecciosas. Pasteur fue determinante para disipar la creencia general en la “generación espontánea”, es decir, la generación de vida a partir de material inorgánico. Demostró que el crecimiento de moho se podía prevenir hirviendo y luego usando cámaras con filtros para excluir la entrada de cualquier material particular del aire. Esto demostró la existencia de “gérmenes” microscópicos en el aire.
Koch descubro la primera bacteria. Bacillus anthraci en 1876. Pronto desarrolló métodos para cultivas microbios en el laboratorio y luego, uno tras otro, se identificaron y caracterizaron los microbios causantes de enfermedades temidas como el ántrax, la tuberculosis, el cólera, la difteria, el tétanos y al sífilis. Quedo claro que las bacterias tienen una estructura similar a las células de mamíferos con pared celular que rodea el citoplasma que contiene una sola molécula circular de ADN enrollada. La mayoría son de vida libre y pueden fabricar todas las proteínas que necesitan para metalizar y dividir.
Sin embargo, seguía habiendo un grupo de enfermedades infecciosas para las cuales no se podían encontrar organismos causantes, como la viruela, el sarampión, las paperas, las rubéola y la gripe. Estos microbios eran obviamente muy pequeños a medida que pasaban a través de filtros que atrapaban bacterias, y en consecuencia se llamaban “agentes filtrables”. En ese momento, la mayoría de los científicos pensaban que se trataba de bacterias diminutas.
En 1876, Adolf Mayer (1843-1942), director de la Estación Experimental Agrícola en Holanda, comenzó a investigar una nueva enfermedad de las plantas de tabaco que devastó la industria tabacalera holandesa. La llamó “enfermedad del mosaico del tabaco” debido al patrón moteado que produce en las hojas de la planta enfermedad era infecciosa al transmitirla a plantas sanas utilizando savia extraída de una planta con la enfermedad. Pensó que la enfermedad era causada por una bacteria muy pequeña o una toxina.
Más tarde, el biólogo Dimitry Ivanovsky (1864-1920) también trabajó en la enfermedad del mosaico del tabaco en San Petersburgo en Rusia, y en 1892 demostró que su agente causal pasaba a través de filtros que atrapan bacterias. Al igual que Mayer, sugirió que fue causada por una toxina producida por una bacteria.
En 1898, Martinus Beijerinck (1851-1931), de la escuela agrícola de Wageningen, siguió los experimentos de Mayer al mostrar que el agente crecía en las células en división y recuperaba toda su fuerza cada vez que afectaba una planta. Concluyó que un microbio vivo era el responsable, y fue el primero en acuñar el nombre VIRUS, del latín que significa veneno o liquido viscoso.
A principios del siglo XX, los virus se definieron como un grupo de microbios que eran infecciosos, filtrables y requerían células vivas para su propagación, pero la naturaleza de su estructura seguía siendo un misterio. En la década de 1930, se pensó que al igual que el virus del mosaico, los otros virus estaban compuestos puramente de proteínas, pero poco después se descubrió un componente de ácido nucleico y se demostró que era esencialmente para la efectividad de su propagación. Sin embargo, no fue hasta la invención del microscopio electrónico en 1932 que los virus se visualizaron por primera vez y su estructura se elucidó, mostrándose como una clase única de microbios.
Los virus no son células sino partículas. Consisten en una capa de proteína que rodea y protege su material genético, o como lo denominó el famoso inmunólogo Sir Peter Medawar (1915-1987), “un virus en un pedazo de malas noticias envueltas en proteína”. Toda la estructura se llama virión y la copa exterior se llama cápside. Las cápsides vienen en varias formas y tamaños, cada característica de la familia de virus a la que pertenece. Se construyen de subunidades de proteínas llamadas capsómeros y es la disposición de estos alrededor del material genético central lo que determina la forma del virión. Por ejemplo, los virus de la viruela tienen forma de ladrillo, los virus del herpes son icosaédricos (esferas de veinte lados), el virus de la rabia tiene forma de bala y el virus del mosaico del tabaco es largo y delgado como una varilla. Algunos virus tienen una capa externa que rodea la cápside llamada envoltura.
Los virus son pequeños parásitos intracelulares obligados que, por definición, contienen un genoma de ARN o ADN rodeado por una cubierta proteica codificada por el virus. Los virus pueden verse como elementos genéticos móviles, muy probablemente de origen celular y caracterizados por una larga coevolución de virus y huésped. Para la propagación, los virus dependen de células huésped especializadas que suministran la compleja maquinaria metabólica y biosintética de las células eucariotas o procariotas. Una partícula de virus completa se llama virión. La función principal del virión es entregar su genoma de ADN o ARN en la célula huésped para que la célula huésped pueda expresar (transcribir y traducir) el genoma. El genoma viral, a menudo con proteínas básicas asociadas, está empaquetado dentro de una cápside proteica simétrica. La proteína asociada al ácido nucleico, llamada nucleoproteína, junto con el genoma, forma la nucleocápside. En los virus con envoltura, la nucleocápside está rodeada por una bicapa lipídica derivada de la membrana de la célula huésped modificada y tachonada con una capa externa de glicoproteínas de la envoltura del virus.
Morfología: los virus se agrupan según el tamaño y la forma, la composición química y la estructura del genoma y el modo de replicación. La morfología helicoidal se observa en las nucleocápsidas de muchos virus filamentosos y pleomórficos. Las nucleocápsides helicoidales consisten en una matriz helicoidal de proteínas de la cápside (protómeros) envueltas alrededor de un filamento helicoidal de ácido nucleico. La morfología icosaédrica es característica de las nucleocápsidas de muchos virus “esféricos”. El número y disposición de los capsómeros (subunidades morfológicas del icosaedro) son útiles en la identificación y clasificación. Muchos virus también tienen una envoltura exterior.
Composición química y modo de replicación: el genoma de un virus puede consistir en ADN o ARN, que puede ser de cadena sencilla (ss) o de cadena doble (ds), lineal o circular. El genoma completo puede ocupar una molécula de ácido nucleico (genoma monopartido) o varios segmentos de ácido nucleico (genoma multipartido). Los diferentes tipos de genoma requieren diferentes estrategias de replicación.
Además de los datos físicos, la estructura del genoma y el modo de replicación son criterios que se aplican en la clasificación y nomenclatura de los virus, incluida la composición química y la configuración del ácido nucleico, ya sea que el genoma sea monopartito o multipartito. La cadena de ARN genómico de los virus de ARN monocatenario se denomina sentido (sentido positivo, sentido positivo) en orientación si puede servir como ARNm, y antisentido (sentido negativo, sentido negativo) si una cadena complementaria sintetizada por una transcriptasa de ARN viral sirve como ARNm. También se considera en la clasificación viral el sitio de ensamblaje de la cápside y, en los virus envueltos, el sitio de envolvimiento.
Los virus son inertes fuera de la célula huésped. Los virus pequeños, por ejemplo, el virus de la poliomielitis y el mosaico del tabaco, pueden incluso cristalizarse. Los virus no pueden generar energía. Como parásitos intracelulares obligados, durante la replicación dependen totalmente de la complicada maquinaria bioquímica de las células eucariotas o procariotas. El propósito principal de un virus es entregar su genoma a la célula huésped para permitir su expresión (transcripción y traducción) por parte de la célula huésped.
Un virus infeccioso completamente ensamblado se llama virión. Los viriones más simples constan de dos componentes básicos: ácido nucleico (ARN o ADN de cadena simple o doble) y una cubierta proteica, la cápside, que funciona como un caparazón para proteger el genoma viral de las nucleasas y que durante la infección une el virión a receptores específicos expuestos en la posible célula huésped. Las proteínas de la cápside están codificadas por el genoma del virus. Debido a su tamaño limitado, el genoma codifica solo unas pocas proteínas estructurales (además de las proteínas reguladoras no estructurales involucradas en la replicación del virus). Las cápsides se forman como cubiertas de proteínas simples o dobles y consisten en solo una o unas pocas especies de proteínas estructurales. Por lo tanto, múltiples copias de proteínas deben autoensamblarse para formar la estructura tridimensional continua de la cápside. El autoensamblaje de las cápsides virales sigue dos patrones básicos: simetría helicoidal, en la que las subunidades proteicas y el ácido nucleico se disponen en una hélice, y simetría icosaédrica, en la que las subunidades proteicas se ensamblan en una capa simétrica que cubre el núcleo que contiene el ácido nucleico.
Algunas familias de virus tienen una cubierta adicional, llamada envoltura, que generalmente se deriva en parte de las membranas de las células huésped modificadas. Las envolturas virales consisten en una bicapa lipídica que rodea estrechamente una capa de proteínas asociadas a la membrana codificadas por virus. El exterior de la bicapa está repleto de proteínas de membrana glicosiladas (trans) codificadas por el virus. Por lo tanto, los virus envueltos a menudo exhiben una franja de picos o protuberancias de glicoproteína, también llamados espículas o peplómeros. En los virus que adquieren su envoltura brotando a través del plasma u otra membrana celular intracelular, la composición lipídica de la envoltura viral refleja fielmente la de la membrana del huésped en particular. La cápside externa y las proteínas de la envoltura de los virus están glicosiladas y son importantes para determinar el rango de huéspedes y la composición antigénica del virión. Además de las proteínas de la envoltura específicas del virus, los virus en ciernes también llevan ciertas proteínas de la célula huésped como constituyentes integrales de la envoltura viral. Los sobres de virus pueden considerarse una capa protectora adicional. Los virus más grandes a menudo tienen una arquitectura compleja que consta de simetrías helicoidales e isométricas confinadas a diferentes componentes estructurales. Los virus pequeños, p. ej., el virus de la hepatitis B o los miembros de la familia de los picornavirus o parvovirus, son mucho más resistentes que los virus complejos más grandes, por ejemplo, miembros de las familias de herpes o retrovirus.
Las células de organismos de vida libre, incluidas las bacterias, contienen una variedad de orgánulos esenciales para la vida, como ribosoma que fabrican proteínas, mitocondrias u otras estructuras que generan energía, y membranas complejas para transportar moléculas dentro de la célula, y también a través de la pared celular. Los virus, al no ser células, no tienen ninguno de esto y, por lo tanto, son inertes hasta que infectan una célula y usan lo que necesitan, a menudo a la célula en el proceso. Por lo tanto, los virus están obligados a obtener componentes esenciales de otros seres vivos para componentes su ciclo de vida y, por tanto, se denomina parásitos obligados. Incluso el mimivirus, que infecta a las amebas, tiene que tomar prestado los orgánulos de la ameba para fabricar sus proteínas con el fin de ensamblar nuevos mimivirus.
Los virus de las plantas ingresan a las células a través de una ruptura en la pared celular o son inyectados por un insecto vector chupador de savia como los áfidos. Luego se propagan de manera muy eficiente de célula a través de plasmodesmos, poros que transportan moléculas entre las células. En contraste, los virus animales infectan las células al unirse a moléculas receptoras específicas de la superficie celular. El receptor celular es como un candado, y solo los virus que llevan la clave de unión al receptor pueden abrirla y entrar en es célula en particular. Las moléculas receptoras difieren de un tipo de virus a otro; aunque algunos se encuentran en la mayoría de las células, otros están restringidos a ciertos tipos de células. Esta interacción específica define el resultado de la infección y, en el caso del VIH, conduce a la destrucción de las células T “auxiliares” CD4 positivas que son críticas para la respuesta inmune. Eventualmente, el sistema inmunológico falla y se produce infecciones oportunistas. Esto es fatal a menos que se trate con medicamentos antivirales.

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