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En el ciclo de vida del virus del VIH, ¿cómo ingresa el ADN creado a la membrana nuclear?

En el ciclo de vida del virus del VIH, ¿cómo ingresa el ADN creado a la membrana nuclear?


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Estoy en una clase de biología de la escuela secundaria, por lo que no puedo dar fe de cuán precisa es la información que me brindan, pero hasta donde yo sé, solo el ARN y moléculas muy pequeñas pueden ingresar a la membrana nuclear a través de los poros (excluyendo así el ADN ). Además, estoy bastante seguro de que la transcriptasa inversa utilizada en el proceso de transcripción inversa del ARN viral debe usarse fuera de la membrana nuclear, en el citosol. Mi pregunta es: ¿Cómo ingresa el ARN viral, después de su transcripción inversa, a la membrana nuclear?

Mi maestra y yo llegamos a la conclusión de que probablemente crea el provirus en algún momento durante la mitosis, cuando la membrana nuclear se disuelve, pero esto es más una suposición fundamentada.

¡Gracias por adelantado!


Algunas proteínas son transportadas del citoplasma al núcleo por la familia de las importinas a través del poro nuclear. Estas proteínas tienen una secuencia específica llamada secuencia de localización nuclear (NLS) y la familia importina reconoce NLS para importarlas. Recientemente ha quedado claro que la proteína accesoria vps que se traduce del ARN viral y compone el complejo de preintegración (PIC) con el ADN viral tiene una secuencia atípica como NLS. Entonces. Se ha pensado que el ADN del VIH es importado al núcleo del huésped por la familia importina con PIC.


Sobre viral

A sobre viral es la capa más externa de muchos tipos de virus. [1] Protege el material genético en su ciclo de vida cuando viaja entre las células huésped. No todos los virus tienen envoltura.

Las envolturas se derivan típicamente de porciones de las membranas de la célula huésped (fosfolípidos y proteínas), pero incluyen algunas glicoproteínas virales. Pueden ayudar a que los virus eviten el sistema inmunológico del huésped. Las glicoproteínas en la superficie de la envoltura sirven para identificar y unirse a los sitios receptores en la membrana del huésped. Luego, la envoltura viral se fusiona con la membrana del huésped, lo que permite que la cápside y el genoma viral entren e infecten al huésped. [ cita necesaria ]

Todos los virus envueltos también tienen una cápside, otra capa de proteína, entre la envoltura y el genoma. [1]

La célula de la que brota un virus a menudo muere o se debilita y arroja más partículas virales durante un período prolongado. La envoltura de la bicapa lipídica de estos virus es relativamente sensible a la desecación, el calor y los anfífilos como el jabón y los detergentes; por lo tanto, estos virus son más fáciles de esterilizar que los virus sin envoltura, tienen una supervivencia limitada fuera de los entornos del hospedador y, por lo general, deben transferirse directamente desde el hospedador. para albergar. Los virus envueltos poseen una gran adaptabilidad y pueden cambiar en poco tiempo para evadir el sistema inmunológico. Los virus envueltos pueden causar infecciones persistentes. [ cita necesaria ]


Farmacología y terapéutica de receptores activos constitutivamente

Colleen A. Flanagan, en Avances en farmacología, 2014

2.3.2 Activación de la proteína quinasa

La unión de la Env del VIH a CCR5 activa una serie de vías de señalización de la proteína quinasa. Al igual que con los ligandos de quimiocinas, gp120 estimula la fosforilación de la tirosina quinasa Pyk2 en líneas celulares, células T primarias y macrófagos (Cheung et al., 2008 Cicala et al., 1999 Davis et al., 1997 Del Corno et al., 2001 Francois & amp Klotman, 2003 Juno & amp Fowke, 2010 Lee et al., 2003). En los macrófagos, la activación de Pyk2 por gp120 depende del calcio, pero no es inhibida por PTX (Del Corno et al., 2001 Lee et al., 2003). Pyk2 es parte de la vía de señalización celular que vincula la unión de gp120-CCR5 a la fusión de las membranas virales y celulares, a través de la Rho GTPasa, Rac-1, en las líneas celulares de astroglioma U87 y carcinoma cervical TZM-bl (Harmon, Campbell, & amp Ratner , 2010 Pontow, Heyden, Wei y Ratner, 2004). La activación de Env de Rac-1 y la fusión de membranas no es inhibida por PTX o por la eliminación de Gαi por ARNi en estas líneas celulares. Sin embargo, tanto la fusión de membranas dirigida por Env como por Rac-1 son inhibidas por la caída de Gαq (Harmon & amp Ratner, 2008), lo que demuestra que la expresión de Gαq se requiere corriente arriba de Rac-1. De acuerdo con la activación de Gαq Rac-1 a través de Pyk2, los inhibidores de PLCβ, la proteína quinasa C y la movilización de calcio inhiben la fosforilación de Pyk2, la activación de Rac-1 y la fusión de la membrana celular en líneas celulares y células T primarias, mientras que la eliminación de ARNip de Pyk2 inhibe Env- activación dependiente de Rac-1 y fusión de la membrana celular (Harmon & amp Ratner, 2008). Los mismos autores continuaron definiendo la vía por la cual Rac-1 regula el reordenamiento del citoesqueleto de actina para formar los poros de la membrana celular que permiten la entrada del núcleo del VIH en la célula (Blumenthal, Durell, & amp Viard, 2012 Harmon et al., 2010).


Entrada a la célula huésped

HA es un homotrímero que forma picos en la membrana lipídica viral. Estos picos de HA se unen al ácido siálico que se encuentra en la superficie de la membrana de la célula huésped [7]. El precursor de HA, HA0, está formado por dos subunidades: HA1, que contiene el dominio de unión al receptor, y HA2, que contiene el péptido de fusión. Estas subunidades están unidas por enlaces disulfuro [8]. Se encuentran dos enlaces principales entre los ácidos siálicos y los carbohidratos a los que están unidos en las glicoproteínas: & # x003b1 (2,3) y & # x003b1 (2,6). Estos son extremadamente importantes para la especificidad de las moléculas de HA en la unión a los receptores de ácido siálico de la superficie celular que se encuentran en diferentes especies. Los virus de los humanos reconocen el enlace & # x003b1 (2,6), mientras que los de aves y equinos reconocen los enlaces & # x003b1 (2,3). Los de cerdos reconocen ambos [7]. Esto explica la importancia de que los cerdos sean un buen recipiente para mezclar los virus de la influenza aviar y humana, y por lo tanto producen virus patógenos peligrosos.

Tras la unión a los residuos de ácido siálico de la célula huésped, se produce una endocitosis mediada por receptores y el virus entra en la célula huésped en un endosoma. El endosoma tiene un pH bajo de alrededor de 5 a 6, lo que desencadena la fusión de las membranas viral y endosomal. El pH bajo induce un cambio conformacional en HA0, lo que lleva al mantenimiento del dominio de unión al receptor HA1 pero expone el péptido de fusión HA2. Este péptido de fusión se inserta en la membrana endosomal, poniendo en contacto las membranas viral y endosomal. Varias estructuras cristalinas de HA en sus diversas conformaciones, es decir, a pH neutro y ácido, se han resuelto y se revisan en [7] y [8].

El entorno ácido del endosoma no solo es importante para inducir la conformación en HA0 y, por lo tanto, la fusión de las membranas viral y endosómica, sino que también abre el canal de iones M2. M2 es una proteína transmembrana de tipo III que forma tetrámeros, cuyos dominios transmembrana forman un canal que actúa como un canal iónico selectivo de protones [9,10]. La apertura de los canales iónicos M2 acidifica el núcleo viral. Este ambiente ácido en el virión libera el vRNP de M1 de modo que el vRNP es libre de entrar en el citoplasma de la célula huésped [11].


Puntos clave

Hasta ahora, se han diseñado inhibidores contra el VIH-1 para antagonizar las enzimas proteasa y transcriptasa inversa viral. Sin embargo, existen preocupaciones sobre los efectos a largo plazo de los inhibidores de la proteasa y la capacidad del VIH-1 para desarrollar resistencia a estos fármacos.

Los nuevos intentos de bloquear la infección por VIH-1 se han diversificado para considerar muchos pasos en el ciclo de vida viral del VIH-1 que son cruciales para la infección. Estos incluyen la unión de células de virus, la entrada de virus y el desencadenamiento de virus. La transcripción inversa del ADNc viral, la importación nuclear y la integración en el genoma de la célula huésped también son sitios potenciales de inhibición.

Los antagonistas de la entrada viral se encuentran en ensayos clínicos en humanos o se acercan a ellos. Estos inhibidores están dirigidos contra las glicoproteínas virales que interactúan con los receptores y los correceptores en la membrana de la célula huésped. El diseño de los inhibidores posteriores a la entrada sigue siendo problemático, ya que los inhibidores más avanzados incluyen agonistas de la enzima integrasa, que media la integración del ADNc viral en el genoma de la célula huésped.

El diseño de nuevos inhibidores de entrada viral también considera las vías de escape adoptadas por el virus VIH-1 en evolución en respuesta a la inhibición de su ruta de entrada normal. Se prevé que el enfoque terapéutico de mayor éxito será un? Cóctel? de inhibidores, que bloquean la infección en varios puntos, incluidas las posibles vías de escape.


Interacciones del VIH en el Centro de Evolución Viral

Karin y William presentaron este taller sobre ARN en la Reunión All-Hands de HIVE de verano de 2018.

PINTURA CELULAR

CellPAINT es un nuevo programa para crear ilustraciones de VIH, suero sanguíneo y células T basadas en estructuras moleculares experimentales. Con el programa, puede dibujar membranas y agregar moléculas para crear una escena personalizada. & # 160Estamos buscando activamente probadores beta para ayudarnos a mejorar el programa. Puede descargar el programa en http://cellpaint.scripps.edu.

CellVIEW

CellVIEW es una nueva herramienta que proporciona una representación rápida de escenas macromoleculares biológicas muy grandes y está inspirada en técnicas de gráficos por computadora de última generación. CellVIEW se implementa en un motor de juego gratuito, unity3D. CellVIEW proporciona una representación rápida al introducir nuevos medios para reducir de manera eficiente la cantidad de geometrías procesadas. CellVIEW es único y ha sido diseñado específicamente para coincidir con las ambiciones del biólogo estructural de modelar y visualizar de forma interactiva estructuras compuestas por varios miles de millones de átomos, como este modelo de un virión del VIH completo en el plasma sanguíneo. & # 160CellVIEW es el fruto de una colaboración con Mathieu Le Muzic e Ivan Viola de la Universidad Tecnológica de Viena. El software se puede descargar gratis en & # 160http: //www.autopack.org/home/cellview

Visualización del VIH

Estas ilustraciones intentan representar el VIH basándose en la información estructural y bioquímica actualmente disponible. Estamos interesados ​​en actualizar las imágenes a medida que haya nueva información disponible. No dude en enviar comentarios y críticas a&#[email protected]

VIH maduro e inhibido por ALLINI (David S. Goodsell 2016)

Los resultados recientes de los investigadores del Centro HIVE han revelado que la integrasa es importante para empaquetar el genoma del VIH dentro de la cápside, y que las ALLINI agregan integrasa y, a menudo, conducen a viriones con el genoma fuera de la cápside. Estas dos pinturas muestran secciones transversales de VIH maduro (izquierda) y VIH inhibido con ALLINI (derecha).

Sección transversal del VIH inmaduro (2013, David S. Goodsell)

Esta pintura representa la partícula inmadura del VIH, después de la gemación pero antes de la maduración. Gag está en rosa claro, otra proteína viral está en magenta, el ARN está en amarillo, la proteína celular está en azul y el tRNA está en verde.

Haga clic en la imagen para obtener un archivo de tamaño completo.

Corte transversal de VIH maduro (2011, David S. Goodsell)

Esta pintura representa la partícula madura del VIH, con proteínas estructurales en azul, enzimas virales en magenta, proteínas accesorias en verde y ARN viral en amarillo. Las proteínas del huésped y el ARNt se muestran en violeta.

Hay varios recursos educativos disponibles en el Protein Data Bank, usando esta imagen en una actividad interactiva Flash y un póster.

La ciencia detrás de la pintura se describe en: BAMBED 40, 291-296 (2012)

Haga clic en la imagen para ver una versión en tamaño completo.

Ciclo de vida del VIH

Ciclo de vida del VIH (2015, David S. Goodsell)

Estas ilustraciones integran información de biología estructural, microscopía electrónica y estudios biofísicos, con el objetivo de simular una vista de la estructura macromolecular del VIH en su entorno celular. Cada ilustración captura el virus en un punto de su ciclo de vida, en una sección transversal que muestra todas las macromoléculas y membranas. Los esfuerzos actuales están ampliando estas ilustraciones semicuantitativas, utilizando estas diversas fuentes de información para especificar modelos 3D del VIH y su interacción con las células huésped, para su uso en la generación y simulación de hipótesis.

1 - VIH y anticuerpos
En esta sección transversal, el VIH se muestra en la parte inferior derecha, con las proteínas virales en rojo y magenta y el ARN viral en amarillo. El plasma sanguíneo se muestra en la parte superior e izquierda. Varios anticuerpos ampliamente neutralizantes (A) se unen a la glicoproteína de la envoltura del VIH (B). Otras proteínas virales incluyen matriz (C), cápside (D), transcriptasa inversa (E), integrasa (F), proteasa (G), Vif (H) y Tat (I).

2 - Apego al VIH
En esta sección transversal, el VIH se muestra en la parte superior y una célula objetivo se muestra en la parte inferior en azul. La proteína de la envoltura del VIH (A) se ha unido al receptor CD4 (B) y luego al correceptor CCR5 (C), provocando un cambio en la conformación que inserta péptidos de fusión en la membrana celular.

3 - Transcripción inversa del VIH y nucleocápside
Una vez que la cápside ha entrado en la célula, la transcriptasa inversa (A) crea una copia de ADN (verde) del genoma del ARN del VIH (amarillo), utilizando un ARN de transferencia celular (B) como cebador. La proteína de la nucleocápside del VIH (C) actúa como acompañante para desplegar la estructura secundaria del ARN. La actividad ribonucleasa de RT elimina el ARN viral después de que se crea la cadena de ADN. También se muestra la interacción de VIH Vif (D) con APOBEC (E) celular.

4 - Integración del VIH
El desprendimiento de la cápside viral (que se muestra en la parte superior) y la interacción con las proteínas de los poros nucleares como Nup358 (A) libera el ADN viral (B). El ADN ingresa al núcleo a través del poro nuclear (mostrado en púrpura) y es empalmado en el genoma celular por la enzima VIH integrasa (C). La proteína celular LEDGF (D) es importante para la localización del sitio de integración en el ADN en los nucleosomas (E).

5 - Transcripción del VIH y proteína Tat
La proteína Tat del VIH (A), unida a la estructura de tallo-bucle de ARN de TAR, se une al complejo P-TEFb (B), activando el alargamiento transcripcional por la ARN polimerasa (C). La ilustración también muestra el VIH Rev (D) unido al elemento de respuesta Rev y CRM1 (E), una proteína celular involucrada en el transporte a través del poro nuclear.

6 - Traducción del VIH
La poliproteína gag del VIH (A, que se muestra en rojo) se traduce del genoma del ARN del VIH (en amarillo) por los ribosomas celulares (B). Una estructura de tallo-bucle en el genoma (C) induce un cambio de marco aproximadamente el 5% del tiempo, produciendo la proteína gag-pol más larga (D).

7 - VIH en ciernes
La proteína gag del VIH (A) y el gag-pol (B) forman matrices en la superficie celular, capturando dos copias del genoma del VIH (en amarillo), que se dimerizan a través de una secuencia específica (C) y se unen a un ARN de transferencia celular (D) que actuará como cebador para la transcripción inversa. También se incorporan las proteínas virales Vpr (E) y Vif (F). Varias proteínas celulares del sistema ESCRT (G) están involucradas en el proceso de gemación.

8 - Maduración del VIH
Esta ilustración muestra un virión inmaduro en proceso de maduración en la parte inferior derecha y un virión casi maduro en la parte superior izquierda. La proteasa del VIH (A) escinde las proteínas gag y gag-pol en proteínas funcionales.

Recursos en línea

Enlaces a recursos en línea sobre la estructura y función del VIH

FightAIDS @ Home utiliza los ciclos inactivos de su computadora para ayudar a la investigación fundamental a descubrir nuevos medicamentos, basándose en nuestro creciente conocimiento de la biología estructural del SIDA.


Los pasos del ciclo reproductivo de los virus.

Recuerde que los virus son estructuras que solo están formadas por ácidos nucleicos y algunas proteínas. Debido a esto, son muy pequeños. Los científicos no los clasifican como seres vivos ni muertos. Sin embargo, hacen dos cosas que son características de los seres vivos: interacción y reproducción.

Virus contienen una molécula genética que casi siempre está rodeada por una capa de proteína y azúcar. Cuando llegan a una célula huésped entran en el núcleo y la secuestran: es decir, la ponen a trabajar para su propio beneficio. Después de eso, comienzan a multiplicarse.

Fase de adsorción y penetración

La primera fase del ciclo reproductivo de los virus es la adsorción o adhesión. Este es el momento en que el el virus entra en contacto con el organismo que va a infectar. Generalmente, esto sucede al azar: como cuando alguien estornuda y hay una persona cerca de él.

Lo que sucede a continuación es que el virus reconoce los receptores de la célula en la que va a vivir y, cuando lo hace, se adhiere a la membrana de esa célula. Después de eso, comienza la segunda fase del ciclo reproductivo de los virus, que es la penetración. Esto es cuando el virus inyecta su material genético en la célula a la que está adherido.

El proceso es similar a lo que ocurre con una jeringa, pero en este caso el virus inyecta información genética. Para hacer esto, tiene que romper la membrana celular y lo hace liberando una enzima.

Fase de multiplicación y ensamblaje

Una vez que el virus ha penetrado en la célula de su huésped y lo ha secuestrado, puede comenzar la siguiente fase de su ciclo reproductivo: la multiplicación. Es entonces cuando el virus replica su material genético. El virus quiere crear los componentes que necesita para crear nuevas partículas virales.

Dado que existen diferentes tipos de virus, existen diferentes formas de completar este proceso. Cuando termina el proceso de multiplicación, comienzan a ensamblar. Esto es cuando diferentes piezas se unen en una estructura que forma nuevos viriones, o el cuerpo del virus.

Fase de lanzamiento

La fase final es la liberación de los nuevos cuerpos de virus, o viriones, fuera de la célula. Estos se esparcen hasta que encuentran una nueva célula huésped y luego repiten todo el ciclo reproductivo.

Algunos tipos de virus fuerzan la liberación de viriones. Es decir, ellos se van rompiendo la membrana de la célula en la que fueron creados. Si el virus tiene una envoltura lipídica, entonces realizan un proceso llamado gemación. En este caso, toman parte de la membrana de la célula huésped y se cubren con ella.

Como puede ver, en esta fase final los virus rompen las membranas celulares y esto conduce a la muerte de la célula. Este proceso se repite una y otra vez: los virus avanzan a través del cuerpo matando células.

El cuerpo activa el sistema inmunológico para combatirlos. y evitar que sigan haciendo daño. Si el sistema inmunológico no puede manejarlo, debe usar medicamentos para ayudar a ganar la batalla. Si el medicamento también falla, es entonces cuando ocurren enfermedades graves o incluso la muerte.


Importación nuclear: antígenos de matriz y proteína viral R

En los vertebrados, el poro nuclear tiene un diámetro máximo de 120 nm. El poro nuclear puede facilitar el movimiento de moléculas menores de 9 nm hasta un diámetro máximo de 39 nm.Este aspecto del poro nuclear es uno de los tres principales desafíos que debe superar un virus para introducir su genoma en el núcleo. El segundo problema de la importación nuclear implica el desencadenamiento de la cápside o núcleo viral. Este paso es crucial, ya que el desprendimiento prematuro de la cápside podría dañar el genoma viral. Además, se requiere que los ácidos nucleicos tengan altas densidades y sean muy compactos mientras están en el núcleo. El último problema principal con la importación nuclear tiene que ver con las interacciones hidrofóbicas entre las nucleoporinas y el ácido nucleico cargado negativamente. El virus del VIH es capaz de superar estos desafíos e infectar células que no se diferencian [2].

El papel de las proteínas de la matriz (MA) y la proteína viral R (Vpr) en la importación nuclear es un tema controvertido ya que el papel que juegan estas proteínas aún no está claro. MA forma un "caparazón estructural" en la membrana interna y está asociado con el ensamblaje y la salida del virión. Estas proteínas están formadas por la escisión de la poliproteína Gag por la proteasa viral [5]. Se ha encontrado una señal de localización nuclear (NLS) en la región N-terminal de la proteína Gag que codifica MA. Se demostró que las mutaciones de lisina 26 y 27 en este dominio inhiben la replicación del VIH-1 solo en macrófagos que no se dividen pero no en células en proliferación. Además, una fosforilación de tirosina C-terminal en MA permitió que la proteína se integrara en el PIC y podría tener un efecto sobre la infección viral. Aunque algunos estudios no pudieron encontrar evidencia de la existencia de NLS en MA, otros han informado de su presencia [2].

Se ha determinado que dos NLS son responsables de la regulación de las importaciones nucleares en el VIH-1 MA. Estos dos NLS ocurren en una región básica de MA [6]. El primer NLS (NLS-1) se produce a partir de los residuos 24 a 31, 24GKKKYKLKH [2] [6]. Esta señal actuó de manera similar a una señal de importación nuclear y una cepa de VIH-1 que tenía una mutación en este NLS no pudo infectar células no diferenciadas. Estos resultados se asociaron con la incapacidad del mutante para formar círculos 2-LTR. El otro NLS ocurre en el residuo 110 del C-terminal, 110KSKKK (NLS-2). Se demostró que las mutaciones dentro de estos dos NLS inhiben la replicación viral en macrófagos. Sin embargo, estas mutaciones no resultaron en la abolición de la importación nuclear. Por lo tanto, la importancia de la MA en la importación nuclear aún no está clara [7]. Además, se ha encontrado una señal de exportación nuclear (NES) que está involucrada en la infección viral. Se demostró que esta NES tiene un mayor impacto en los términos del virus I de poder anular la señal NLS [2]. Haffar y col. presentó que NLS-1 era la NSL dominante en la dirección de la importación nuclear. Las mutaciones al reemplazar la lisina con residuos de alanina dieron como resultado la ausencia de importación nuclear en ambos NLS. Además, la mutación en NLS-2 no abolió la importación nuclear, pero las mutaciones tanto en NLS-1 como en NLS-2 dieron como resultado que los mutantes no entraran en el núcleo. Además, los mutantes NLS-1 y NLS-2 no pudieron replicarse en macrófagos, lo que indica que MA es importante en la infección por macrófagos. Se demostró que NLS-2 tiene una afinidad de unión por carioferina-α [6]. Las carioferinas α son un grupo de proteínas que se unen a NLA y están directamente involucradas en la importación nuclear. La carioferina-β se dirige al complejo cariófilo-carioferina α y ayuda en esta interacción al aumentar la afinidad de unión de la carioferina-α por NLS. Además, la carioferina-β participa en el acoplamiento del genoma viral a la nucleoporina [8]. Por tanto, las interacciones entre MA NSL-2 y karyopherin-α sugieren que MA juega un papel importante en la importación nuclear del genoma del VIH-1.

Aparte de MA, Vpr es un factor de transcripción y es responsable de la importación de ADN a través de la membrana nuclear. Vpr también participa en la apoptosis y la detención del ciclo celular G2 (slonc). Un estudio observó que el virus VIH-1 con mutaciones NLS-1 MA podía replicarse en presencia de Vpr y la replicación viral solo se inhibía cuando había mutaciones tanto en MA como en Vpr [rijck]. Aquí, estos resultados implican el papel principal que podría desempeñar Vpr en la importación nuclear. La estructura secundaria de Vpr consta de tres hélices α en los residuos 17-33 de la región N-terminal, en los residuos 35-50, y reside en el 55-77 de la región central [rijck, haffar]. Se ha demostrado que la primera estructura de hélice α en Vpr media en el acoplamiento del PIC al complejo de poros nucleares (NPC) a través de regiones específicas en nucleoporinas, como las secuencias de repetición de fenilalanina-glicina. Además, la proteína exhibe algunas interacciones con importina α, que también interactúa con MA e integrasa. Hay dos formas diferentes en que Vpr interactúa con importina α. Una posibilidad es que la importina α se una a PIC a través de MA o integrasa, mientras que Vpr se une a la importina α para acoplar la PIC al NPC. En la otra vía, Vpr ayuda en la importación nuclear al estabilizar la unión de importina α y PIC [7]. Vpr parece jugar un papel muy importante y complejo en la importación nuclear. Vpr puede contener dos NLS no clásicos, uno ubicado en el extremo N-terminal y el otro en el C-terminal. Cuando se utilizó una proteína de fusión para localizar la proteína en el núcleo, la primera hélice α y la tercera hélice α de la proteína mostraron translocación al poro nuclear [7].

Además, las mutaciones de las hélices α pueden afectar la incorporación de Vpr en virones. La mutación de la hélice α N-terminal afecta la progresión del ciclo celular y la mutación de la hélice α central afecta la translocación nuclear. Vpr también contiene un C-terminal rico en arginina. Las mutaciones dentro de esta región afectan la localización nuclear y algunos componentes del ciclo celular. Hay tres hipótesis sobre el papel de Vpr en la importación nuclear del VIH-1. Un modelo propone que Vpr regula la importación nuclear de PIC a través de una vía independiente de carioferina-α ya que la importación nuclear facilitada por Vpr era resistente a una carioferina-α no funcional. La segunda hipótesis sugiere que Vpr requiere carioferina α pero no β para acoplar con éxito el PIC en el poro nuclear. Por último, el Vpr podría unirse a la cariofherina α para mejorar la interacción cariofherina-α y NLS y, en general, aumenta la importación nuclear dependiente de carioferina [6].

Aunque las funciones de Vpr siguen sin estar claras, se ha demostrado que la proteína aumenta en gran medida la infectividad del VIH-1 en macrófagos que no se dividen. Un estudio informó que, si bien las mutaciones en el MA NLS solo disminuyeron la importación nuclear, la ausencia de Vpr en los virus mutantes exhibió la ausencia completa de actividad de importación nuclear. Los investigadores también encontraron que si bien MA tiene que ser un componente del PIC para realizar sus funciones, Vpr puede regular eficazmente la importación nuclear sin ser parte del PIC. De manera similar a MA, se observó que Vpr interactuaba con carioferina-α. Por el contrario, Vpr no se unió a cariofherina-α a través de NLS como MA. Dado que la unión de cariofherina-α por Vpr es independiente de NLS, Vpr puede unirse a cariofherina-α al mismo tiempo que MA y disminuir la inhibición competitiva por NLS y actuar como un regulador para aumentar la afinidad de unión de MA a cariofherina-α. Además, Vpr puede aumentar la importación nuclear de cariófilos débiles artificiales, pero en concentraciones altas puede inhibir la importación nuclear de todos los cariófilos artificiales. Este estudio presenta un modelo para la importación nuclear de PIC donde Vpr se une a karyopherin-α y aumenta su afinidad de unión a MA a través de NLS. El aumento de la afinidad aumenta la capacidad de PIC para competir por heterodímeros de carioferina-α / β y facilitar la translocación del PIC a través del poro del núcleo. A pesar de estos hallazgos, aunque la Vpr aumenta la importancia nuclear y es importante para la infección viral, no es necesaria para la infección por VIH-1 [9].


Propiedades de los virus (con diagrama)

Algunas de las propiedades más importantes de los virus son las siguientes:

1. Tamaño viral:

Los virus son el agente causante de enfermedades más pequeño en los organismos vivos.

Los virus vegetales varían en tamaño de 17 nm a 2000 nm, mientras que los virus animales varían en tamaño de 20 a 350 nm.

2. Forma viral:

La forma de los viriones varía mucho. Por ejemplo, en forma de varilla o filamentosa (TMV), en forma de ladrillo (por ejemplo, Poxvirus), en forma de bala (por ejemplo, rabdovirus o virus de la rabia), esférica (VIH, influenza, virus del herpes, etc.), en forma de renacuajo (por ejemplo, bacteriófagos) .

Virus más pequeños y más grandes:

Virus de la planta más pequeña: virus satélite de necrosis del tabaco, 17 nm

Virus de la planta más grande: virus Citrus Triesteza, 2000 x 12 nm

Virus animal más pequeño: virus de la fiebre aftosa, 20 nm

Virus animal más grande: Small Poxvirus (Variola), 350 x 250 x l00 nm

3. Simetría viral:

Los virus tienen tres tipos de simetría: simetría helicoidal, poliédrica (cúbica) y binal. La simetría helicoidal que se encuentra en viriones en forma de bastón donde los capsómeros (subunidades de proteínas) se disponen de forma helicoidal alrededor de un eje central, por ejemplo, en TMV. La simetría poliédrica que se encuentra en viriones aproximadamente esféricos (isométricos) donde los capsómeros están dispuestos en forma de icosaedro, una estructura con 20 facetas o lados triangulares equiláteros, 12 vértices o esquinas y tiene 30 bordes, por ejemplo, virus de la poliomielitis, adenovirus, pollo. viruela, herpes simple, etc. La simetría compleja que se encuentra en los viriones binales donde la cápside de la cabeza es poliédrica y está conectada a la cola helicoidal, por ejemplo, bacteriófagos.

4. Genoma viral:

Todos los viriones son nucleocápsidas. Cada virión consta de un núcleo de ácido nucleico (cromosoma o genoma viral) y una vaina proteínica llamada cápside. El genoma viral son los planos moleculares para la construcción del virión intacto. Puede ser ADN o ARN que puede ser de doble hebra (ds) o monocatenario (ss), y lineal o circular.

Los virus con genomas de ARN se denominan ribovirus y los que tienen genomas de ADN se denominan desoxivirus. Los virus de plantas generalmente poseen genomas de ARN, con algunas excepciones, como el virus del mosaico de la coliflor (CMV), que contiene ADN. Los virus y bacteriófagos animales, por otro lado, generalmente poseen ADN. Muy raramente, los virus animales poseen ARN.

Según el número de hebras del genoma (ácido nucleico), los virus pueden ser de cuatro tipos:

(a) virus de ADN ss (por ejemplo, colipliages)

(b) virus de ADN ds (por ejemplo, virus del herpes, virus de la viruela, vacuna, bacteriófagos T-incluso)

(c) virus de ARN ss (por ejemplo, TMV, virus de la poliomielitis)

(d) virus ds ARN (por ejemplo, virus Reo)

Los virus con ADN ss como genoma son raros, p. Ej., Parvovirus, bacteriófagos como Ø x 174, ml3, fd, etc. En los virus con ARN ss, el ARN ss del genoma puede ser ARN de cadena positiva (cuando funciona como ARN m) o cadena negativa ARN (cuando funciona para servir como ARNm). En algunos casos, los viriones poseen un genoma segmentado, por ejemplo, en ortomixovirus / moléculas de ARN de cadena negativa encontradas.

5. Cápside viral:

La vaina proteica protectora que rodea el genoma viral se llama cápside. La cápside consta de subunidades idénticas repetidas llamadas capsómeras. Cada capsómero consta de una o más cadenas polipeptídicas llamadas protómeros. El número de capsómeros es una característica de un tipo particular de virus. Por ejemplo, la cápside del herpes simple tiene 162 capsómeros, los adenovirus tienen 252 capsómeros. Cerca del punto de encuentro de los capsómeros se presentan hendiduras o cañones que pueden acomodar receptores cuando el virus se adhiere a una célula huésped.

La cápside viral da forma al virión. Puede ser helicoidal, isométrica (casi esférica), cúbica (icosaedro) o binal (en forma de renacuajo).

6. Envoltura viral:

Las partículas de virus pueden estar envueltas o no envueltas (desnudas). En los virus con envoltura (p. Ej., La mayoría de los virus animales como el sarampión, las paperas, la rabia, la influenza y los virus del herpes), la nucleocápside está cubierta externamente por una membrana de lipoproteína llamada envoltura. La parte lipídica se deriva de la célula huésped, mientras que la parte proteica está codificada por genes virales.

La envoltura viral puede contener glicoproteína como proyecciones superficiales que se denominan picos o peplómeros. Un virión puede tener más de un tipo de pico. Por ejemplo, el virus de la influenza lleva una espiga triangular (hem-aglutinina) y una espiga en forma de hongo (neuraminidasa). Los virus que carecen de envoltura se denominan virus desnudos, por ejemplo, virus de plantas y bacteriófagos.

7. Enzimas virales:

Anteriormente, se creía que los virus carecen de enzimas. Pero ahora, se sabe que muchos virus contienen enzimas. Los picos de virus envueltos como la influenza, el sarampión y las paperas contienen la enzima neuraminidasa que ayuda a penetrar en la célula huésped. En algunos casos, los picos también contienen hemoglutinina que permite la acumulación de glóbulos rojos y ayuda en la adsorción a células huésped específicas, por ejemplo, poliovirus, adenovirus, influenza, sarampión y paperas, etc. Las puntas de las colas de bacteriófagos contienen enzima lisozima que facilita la penetración en la célula huésped .

En retrovirus como el VIH, el virus del sarcoma de Rous, una ADN polimerasa dependiente de ARN llamada transcriptasa inversa, se encuentra asociada con el genoma. Esta enzima sintetiza ADN a partir de ARN viral y el proceso se denomina transcripción inversa o teminismo (H.M.Temin & ampD. Baltimore. 1970).

8. Rango de host virales:

El grupo de tipos de células adecuados que un virus específico puede infectar colectivamente se denomina rango de hospedadores. En la mayoría de los virus, los rangos de hospedadores son estrechos. Por ejemplo, los colifagos solo pueden infectar a E. coli. Algunos virus pueden infectar tanto a insectos como a plantas, por ejemplo, el virus de la enana amarilla de la papa. Pero algunos otros virus tienen amplios rangos de hospedadores, por ejemplo, los virus de la estomatitis vesicular infectan insectos y muchas células de mamíferos diferentes.

9. Transmisión viral:

La transmisión de virus de un huésped enfermo a un huésped sano se produce a través de varias agencias o vectores. Se sabe que los virus de las plantas se transmiten a través del suelo (p. Ej., Virus del mosaico del trigo), semillas (p. Ej., Mosaicos de frijoles, caupí, lechuga, etc.), polen (p. Ej., Mosaicos de frijoles), malezas (p. Ej., Cuscuta, un parásito total) , nematodos (p. ej., sonajero de tabaco, mosaico de Colocasia, pardeamiento temprano de guisantes), hongos (p. ej., necrosis del tabaco, venas grandes de lechuga, etc.), mediante injerto a. vástago sano a una población infectada o viceversa. Los virus del mosaico de la papa, la avena y el trigo generalmente se transmiten a través de las manos, herramientas y otros implementos agrícolas.

Transmisión de algunas enfermedades víricas de los animales:

1. La varicela se transmite por contacto cercano, vómitos, etc.

2. La viruela se transmite a través del contacto cercano, el esputo, los vómitos, las escamas y, como informan Biswas y Biswas (1976), a veces también a través de la placenta de la madre.

3. El pollo se transmite a través del esputo y la cara. Las cucarachas también actúan como vector del virus de la polio.

4. La influenza y el resfriado se contagian a través del contacto cercano y la secreción nasal.

5. La fiebre amarilla se transmite a través de las cucarachas.

6. La fiebre aftosa se transmite principalmente a través de la leche del ganado infectado. Las aves también pueden actuar como su vector.

7. Algunas enfermedades virales, como la fiebre del valle del Rift, son hereditarias.

8. La encefalitis equina, la fiebre amarilla y el dengue se transmiten principalmente a través de mosquitos.

10. Reproducción viral (replicación o ciclo de vida)

Los virus no se reproducen por sí mismos ni se dividen. Más bien, se reproducen por replicación solo dentro de las células huésped. En la replicación viral, todos los componentes virales se sintetizan por separado y se ensamblan en la progenie de virus. En todos los virus, los ciclos de replicación implican la entrada de un virus en una célula huésped susceptible, la reproducción intracelular para producir viriones hijos o descendientes y escapar de éstos al medio ambiente para una nueva infección.

Un ciclo de replicación viral generalizado implica los siguientes pasos:

(a) Entrada de virus en las células huésped, ya sea a través de rupturas en la pared celular (en virus vegetales) o por adsorción (virus animales y bacterianos).

(b) Fase de eclipse o biosíntesis que incluye la replicación del genoma viral y la síntesis de proteínas virales.

(d) Liberación de viriones descendientes

El intervalo de tiempo entre la infección viral (es decir, la entrada del genoma viral en la célula) y la aparición de la primera partícula de virus intracelular se denomina período de eclipse. El tiempo transcurrido entre la infección viral y la primera liberación de virus descendientes se denomina período de latencia. Para los bacteriófagos, es de 15 a 30 minutos y para los virus animales es de 15 a 30 horas.

Las células huésped se denominan permisivas cuando permiten que el ciclo de replicación produzca viriones. En algunas células, llamadas células no permisivas, la infección viral no produce viriones descendientes o, si se producen, no son infecciosos. A esto se le llama infección abortiva. Algunos virus son genéticamente defectuosos y, por lo tanto, incapaces de producir viriones hijos infecciosos sin la ayuda del virus auxiliar. Estos se denominan virus defectuosos, incompletos o satélites.

11. Nomenclatura de virus:

El criptograma es un código adoptado para describir un virus que consta de cuatro pares de símbolos. Fue propuesto por Gibbs y Harrison (1968).

1er par & # 8211 Tipo de ácido nucleico / número de hebras en el ácido nucleico.

2º par & # 8211 Representa el peso molecular del ácido nucleico en millones / porcentaje de ácido nucleico.

3er par & # 8211 Forma de virión / forma de nucleocápside.

(S & # 8211 representan esférico, E & # 8211 alargado con lados paralelos, extremos no redondeados U & # 8211 para alargados con lados paralelos, extremo redondeado y X- para complejo o ninguno de los anteriores).

4º par-Tipo de huésped infectado / naturaleza del vector.

(Símbolos: A & # 8211 actinomicetos B & # 8211 bacteria F & # 8211 hongo I & # 8211 invertebrados S & # 8211 plantas con semillas V- vertebrado y así sucesivamente).

Por ejemplo & # 8211 Criptograma de TMV: R / l: 2/5: E / E: S / A. Virus de la influenza: R / l: 2-3 / 10: S / E-.V / A Virus de la polio: R / l: 2.5 / 30: S / S: V / O. T4 bacteriófago: D / 2: 130/40: X / X: B / O

TMV- Un virus vegetal:

El TMV (virus del mosaico del tabaco) es el virus vegetal más estudiado e históricamente importante. TMV causa la enfermedad del mosaico del tabaco. También puede infectar las plantas de la familia de las solanáceas. TMV es un virus hueco, en forma de varilla con simetría helicoidal. Tiene aproximadamente 300 nm (3000 A) de largo y 18 nm (180 A) de diámetro (figura 10.4). TMV es un ribovirus compuesto de ARN ss y cápside. La cápside consta de 2130 capsómeros dispuestos helicoidalmente alrededor de un núcleo hueco central de 4 nm (40 A) de diámetro. Un virión completo contiene alrededor de 130 vueltas.

Cada vuelta helicoidal contiene aproximadamente 16 1/3 capsómeros y tres vueltas contienen aproximadamente 49 capsómeros. Cada capsómero consta de una cadena polipeptídica con 168 aminoácidos. Un surco presente en el lado interior de cada capsómero. Debido a esto, hay un surco helicoidal en toda la longitud de la cápside que acomoda el genoma del ARN ss (7300 ribótidos y 330 nm de longitud).


Introducción

Una de las propiedades que distinguen al VIH-1 y otros lentivirus de la mayoría de los otros retrovirus es la capacidad de infectar células independientemente del ciclo celular [1, 2]. Esta capacidad permite que el VIH-1 se propague en células que no se dividen in vivo, como las células T CD4 + en reposo [3] y los macrófagos diferenciados terminalmente [4]. Por otro lado, otros retrovirus, como el virus de la leucemia murina (MLV), requieren la progresión del ciclo celular para lograr una infección productiva [5,6].

Ha habido una controversia considerable sobre los determinantes de la infectividad del VIH en células que no se dividen, y la mayoría de los estudios se concentran en los supuestos determinantes de la importación nuclear [2,7]. Sin embargo, recientemente demostramos que ninguno de los elementos cariofílicos previamente identificados en el genoma del VIH es necesario para que el VIH infecte células que no se dividen [8]. Más bien, demostramos que la proteína de la cápside retroviral (CA) es un determinante importante de la infección por retrovirus en células que no se dividen porque un virus quimérico basado en el VIH con MLV CA no infecta a las células que no se dividen [8]. No obstante, no estaba claro si se requería o no la CA del VIH para infectar células que no se dividían, o si habíamos transferido un regulador negativo de la entrada nuclear de MLV al VIH. El presente estudio fue diseñado para determinar si la CA del VIH juega un papel directo en la capacidad de este virus para infectar células que no se dividen.

La proteína CA es una proteína estructural importante que constituye los núcleos virales y también desempeña un papel en las primeras etapas de la infección (revisado en [9]). Poco después de la entrada del virus en la célula diana, los viriones entrantes desmontan sus núcleos en el citoplasma (destapando). Sin embargo, no se comprende bien exactamente cómo tiene lugar el proceso de desencubrimiento en las células infectadas de forma aguda y qué factores celulares pueden estar implicados [10, 11]. Además, los pasos de desencubrimiento pueden ser diferentes entre el VIH y el MLV, ya que la mayoría de las proteínas CA del VIH se disocian de los complejos nucleoproteínicos de los viriones entrantes [10-17], mientras que una gran cantidad de CA permanece unida a los complejos intracelulares de MLV después de la infección [18 –20]. Por lo tanto, una hipótesis plausible es que la diferencia en el proceso de desrevestimiento puede influir en el destino de la infección por retrovirus en las células que no se dividen al afectar a sucesos posteriores (importación e integración nuclear) [21].

Aquí, mostramos que las mutaciones en la CA del VIH pueden reducir específicamente la infectividad del VIH en las células que no se dividen y recapitular la necesidad de progresión del ciclo celular como se ve para MLV. Además, la independencia del ciclo celular de la mayoría de los mutantes se pierde solo en un tipo de célula particular, lo que sugiere que un factor celular limita su replicación en células que no se dividen. Mostramos que la transcripción inversa y la importación nuclear de estos mutantes proceden normalmente en células que no se dividen. Por último, mostramos que, contrariamente a las expectativas, la cinética de desenmascaramiento de la mayor parte de CA de los núcleos de virus entrantes no se correlaciona con la capacidad de infectar células que no se dividen. Sin embargo, un ensayo funcional para la asociación de CA con el complejo de transcriptasa inversa (RTC) sugiere que la asociación prolongada de algunos CA con RTC se asocia con una pérdida de independencia del ciclo celular. Estos resultados sugieren un papel directo de la AC que es importante para la capacidad del VIH de infectar células que no se dividen.


Contenido

La palabra es del latín neutro virus refiriéndose al veneno y otros líquidos nocivos, de la misma base indoeuropea que el sánscrito visa, Avestan visa, y el griego antiguo ἰός (todos significan "veneno"), atestiguado por primera vez en inglés en 1398 en la traducción de John Trevisa de Bartholomeus Anglicus De Proprietatibus Rerum. [14] [15] Virulento, del latín virulento (venenoso), data de c. 1400. [16] [17] El significado de "agente que causa una enfermedad infecciosa" se registró por primera vez en 1728, [15] mucho antes del descubrimiento de los virus por Dmitri Ivanovsky en 1892. El plural en inglés es virus (a veces también vira), [18] mientras que la palabra latina es un sustantivo de masas, que no tiene un plural atestiguado clásicamente (vira se utiliza en neo-latín [19]). El adjetivo viral data de 1948. [20] El término virión (plural viriones), que data de 1959, [21] también se utiliza para referirse a una sola partícula viral que se libera de la célula y es capaz de infectar otras células del mismo tipo. [22]

Louis Pasteur no pudo encontrar un agente causante de la rabia y especuló sobre un patógeno demasiado pequeño para ser detectado por microscopios. [23] En 1884, el microbiólogo francés Charles Chamberland inventó el filtro Chamberland (o filtro Pasteur-Chamberland) con poros lo suficientemente pequeños como para eliminar todas las bacterias de una solución que pasa a través de él. [24] En 1892, el biólogo ruso Dmitri Ivanovsky usó este filtro para estudiar lo que ahora se conoce como el virus del mosaico del tabaco: los extractos de hojas trituradas de plantas de tabaco infectadas permanecieron infecciosos incluso después de la filtración para eliminar las bacterias. Ivanovsky sugirió que la infección podría ser causada por una toxina producida por bacterias, pero no siguió la idea. [25] En ese momento se pensaba que todos los agentes infecciosos podían ser retenidos por filtros y cultivados en un medio nutritivo; esto era parte de la teoría de los gérmenes de la enfermedad. [4] En 1898, el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck repitió los experimentos y se convenció de que la solución filtrada contenía una nueva forma de agente infeccioso. [26] Observó que el agente se multiplicaba solo en las células que se estaban dividiendo, pero como sus experimentos no demostraron que estuviera hecho de partículas, lo llamó un contagium vivum fluidum (germen vivo soluble) y reintrodujo la palabra virus. Beijerinck sostuvo que los virus eran de naturaleza líquida, una teoría desacreditada más tarde por Wendell Stanley, quien demostró que eran partículas. [25] Ese mismo año, Friedrich Loeffler y Paul Frosch pasaron el primer virus animal, el aftovirus (el agente de la fiebre aftosa), a través de un filtro similar. [27]

A principios del siglo XX, el bacteriólogo inglés Frederick Twort descubrió un grupo de virus que infectan bacterias, ahora llamados bacteriófagos [28] (o comúnmente 'fagos'), y el microbiólogo franco-canadiense Félix d'Herelle describió virus que, cuando se agregan a las bacterias en una placa de agar, produciría áreas de bacterias muertas. Diluyó con precisión una suspensión de estos virus y descubrió que las diluciones más altas (concentraciones de virus más bajas), en lugar de matar todas las bacterias, formaban áreas discretas de organismos muertos. Contar estas áreas y multiplicar por el factor de dilución le permitió calcular el número de virus en la suspensión original. [29] Los fagos fueron anunciados como un tratamiento potencial para enfermedades como la fiebre tifoidea y el cólera, pero su promesa se olvidó con el desarrollo de la penicilina. El desarrollo de resistencia bacteriana a los antibióticos ha renovado el interés en el uso terapéutico de bacteriófagos. [30]

A fines del siglo XIX, los virus se definieron en términos de su infectividad, su capacidad para pasar filtros y su requerimiento de huéspedes vivos. Los virus se habían cultivado solo en plantas y animales. En 1906 Ross Granville Harrison inventó un método para hacer crecer tejido en la linfa, y en 1913 E. Steinhardt, C. Israelí y R.A. Lambert utilizó este método para cultivar el virus vaccinia en fragmentos de tejido corneal de cobaya. [31] En 1928, H. B. Maitland y M. C. Maitland desarrollaron el virus vaccinia en suspensiones de riñones de gallina picados. Su método no se adoptó ampliamente hasta la década de 1950, cuando el poliovirus se cultivó a gran escala para la producción de vacunas. [32]

Otro gran avance se produjo en 1931 cuando el patólogo estadounidense Ernest William Goodpasture y Alice Miles Woodruff desarrollaron influenza y varios otros virus en huevos de gallina fertilizados. [33] En 1949, John Franklin Enders, Thomas Weller y Frederick Robbins desarrollaron poliovirus en células cultivadas de tejido embrionario humano abortado, [34] el primer virus que se cultivó sin utilizar tejido animal sólido o huevos. Este trabajo permitió a Hilary Koprowski, y luego a Jonas Salk, hacer una vacuna eficaz contra la polio. [35]

Las primeras imágenes de virus se obtuvieron tras la invención de la microscopía electrónica en 1931 por los ingenieros alemanes Ernst Ruska y Max Knoll. [36] En 1935, el bioquímico y virólogo estadounidense Wendell Meredith Stanley examinó el virus del mosaico del tabaco y descubrió que estaba compuesto principalmente de proteínas. [37] Poco tiempo después, este virus se separó en proteínas y partes de ARN. [38] El virus del mosaico del tabaco fue el primero en cristalizarse y, por lo tanto, su estructura pudo dilucidarse en detalle. Las primeras imágenes de difracción de rayos X del virus cristalizado fueron obtenidas por Bernal y Fankuchen en 1941. Basándose en sus imágenes cristalográficas de rayos X, Rosalind Franklin descubrió la estructura completa del virus en 1955. [39] Ese mismo año, Heinz Fraenkel-Conrat y Robley Williams demostraron que el ARN del virus del mosaico del tabaco purificado y su cubierta proteica pueden ensamblarse por sí mismos para formar virus funcionales, lo que sugiere que este mecanismo simple fue probablemente el medio a través del cual se crearon los virus dentro de sus células huésped. [40]

La segunda mitad del siglo XX fue la edad de oro del descubrimiento de virus, y la mayoría de las especies documentadas de virus animales, vegetales y bacterianos se descubrieron durante estos años. [41] En 1957 se descubrió el arterivirus equino y la causa de la diarrea por virus bovino (un pestivirus). En 1963 Baruch Blumberg descubrió el virus de la hepatitis B [42], y en 1965 Howard Temin describió el primer retrovirus. La transcriptasa inversa, la enzima que utilizan los retrovirus para hacer copias de ADN de su ARN, fue descrita por primera vez en 1970 por Temin y David Baltimore de forma independiente. [43] En 1983, el equipo de Luc Montagnier en el Instituto Pasteur en Francia, aisló por primera vez el retrovirus ahora llamado VIH. [44] En 1989, el equipo de Michael Houghton en Chiron Corporation descubrió la hepatitis C. [45] [46]

Los virus se encuentran dondequiera que haya vida y probablemente han existido desde que las células vivas evolucionaron por primera vez. [47] El origen de los virus no está claro porque no forman fósiles, por lo que se utilizan técnicas moleculares para investigar cómo surgieron. [48] ​​Además, el material genético viral se integra ocasionalmente en la línea germinal de los organismos hospedadores, por lo que pueden transmitirse verticalmente a la descendencia del hospedador durante muchas generaciones. Esto proporciona una fuente invaluable de información para que los paleovirólogos rastreen virus antiguos que han existido hasta hace millones de años. Hay tres hipótesis principales que tienen como objetivo explicar el origen de los virus: [49] [50]

Hipótesis regresiva Los virus pueden haber sido alguna vez células pequeñas que parasitaban células más grandes. Con el tiempo, se perdieron genes que no requerían su parasitismo. Las bacterias rickettsia y clamidia son células vivas que, como los virus, solo pueden reproducirse dentro de las células huésped. Ellos apoyan esta hipótesis, ya que es probable que su dependencia del parasitismo haya causado la pérdida de genes que les permitieron sobrevivir fuera de una célula. Esto también se denomina "hipótesis de degeneración", [51] [52] o "hipótesis de reducción". [53] Hipótesis del origen celular Algunos virus pueden haber evolucionado a partir de fragmentos de ADN o ARN que "escaparon" de los genes de un organismo más grande. El ADN escapado podría provenir de plásmidos (fragmentos de ADN desnudo que pueden moverse entre las células) o transposones (moléculas de ADN que se replican y se mueven a diferentes posiciones dentro de los genes de la célula). [54] Una vez llamados "genes saltarines", los transposones son ejemplos de elementos genéticos móviles y podrían ser el origen de algunos virus. Fueron descubiertos en el maíz por Barbara McClintock en 1950. [55] Esto a veces se llama la "hipótesis de la vagancia", [51] [56] o la "hipótesis de escape". [53] Hipótesis de coevolución Esto también se llama la 'hipótesis del virus primero' [53] y propone que los virus pueden haber evolucionado a partir de moléculas complejas de proteína y ácido nucleico al mismo tiempo que las células aparecieron por primera vez en la Tierra y habrían sido dependiente de la vida celular durante miles de millones de años. Los viroides son moléculas de ARN que no se clasifican como virus porque carecen de una cubierta proteica. Tienen características que son comunes a varios virus y, a menudo, se denominan agentes subvirales. [57] Los viroides son patógenos importantes de las plantas. [58] No codifican proteínas, pero interactúan con la célula huésped y utilizan la maquinaria del huésped para su replicación. [59] El virus de la hepatitis delta de los seres humanos tiene un genoma de ARN similar a los viroides, pero tiene una cubierta de proteína derivada del virus de la hepatitis B y no puede producir uno propio. Es, por tanto, un virus defectuoso. Aunque el genoma del virus de la hepatitis delta puede replicarse de forma independiente una vez dentro de una célula huésped, requiere la ayuda del virus de la hepatitis B para proporcionar una capa de proteína de modo que pueda transmitirse a nuevas células. [60] De manera similar, el virófago sputnik depende del mimivirus, que infecta al protozoo. Acanthamoeba castellanii. [61] Estos virus, que dependen de la presencia de otras especies de virus en la célula huésped, se denominan "satélites" y pueden representar intermediarios evolutivos de viroides y virus. [62] [63]

En el pasado, había problemas con todas estas hipótesis: la hipótesis regresiva no explicaba por qué incluso los parásitos celulares más pequeños no se parecen a los virus de ninguna manera. La hipótesis de escape no explicó las cápsides complejas y otras estructuras en las partículas del virus. La hipótesis del virus primero contradecía la definición de virus en el sentido de que requieren células huésped. [53] Los virus ahora se reconocen como antiguos y con orígenes anteriores a la divergencia de la vida en los tres dominios. [64] Este descubrimiento ha llevado a los virólogos modernos a reconsiderar y reevaluar estas tres hipótesis clásicas. [64]

La evidencia de un mundo ancestral de células de ARN [65] y el análisis informático de las secuencias de ADN virales y del huésped están proporcionando una mejor comprensión de las relaciones evolutivas entre diferentes virus y pueden ayudar a identificar los antepasados ​​de los virus modernos. Hasta la fecha, estos análisis no han demostrado cuál de estas hipótesis es correcta. [65] Parece poco probable que todos los virus actualmente conocidos tengan un ancestro común, y es probable que los virus hayan surgido numerosas veces en el pasado por uno o más mecanismos. [66]

Propiedades de vida

Las opiniones científicas difieren sobre si los virus son una forma de vida o estructuras orgánicas que interactúan con los organismos vivos. [11] Se han descrito como "organismos al borde de la vida", [10] ya que se parecen a los organismos en el sentido de que poseen genes, evolucionan por selección natural [67] y se reproducen creando múltiples copias de sí mismos mediante el autoensamblaje. . Aunque tienen genes, no tienen una estructura celular, que a menudo se considera la unidad básica de la vida. Los virus no tienen su propio metabolismo y requieren una célula huésped para fabricar nuevos productos. Por lo tanto, no pueden reproducirse de forma natural fuera de una célula huésped [68], aunque algunas bacterias como la rickettsia y la clamidia se consideran organismos vivos a pesar de la misma limitación. [69] [70] Las formas de vida aceptadas utilizan la división celular para reproducirse, mientras que los virus se ensamblan espontáneamente dentro de las células. Se diferencian del crecimiento autónomo de los cristales, ya que heredan mutaciones genéticas mientras están sujetos a la selección natural. El autoensamblaje del virus dentro de las células huésped tiene implicaciones para el estudio del origen de la vida, ya que da más credibilidad a la hipótesis de que la vida podría haber comenzado como moléculas orgánicas autoensambladas. [2]

Estructura

Los virus muestran una amplia diversidad de formas y tamaños, denominados "morfologías". En general, los virus son mucho más pequeños que las bacterias. La mayoría de los virus que se han estudiado tienen un diámetro de entre 20 y 300 nanómetros. Algunos filovirus tienen una longitud total de hasta 1400 nm y sus diámetros son solo de aproximadamente 80 nm. [71] La mayoría de los virus no se pueden ver con un microscopio óptico, por lo que se utilizan microscopios electrónicos de barrido y transmisión para visualizarlos. [72] Para aumentar el contraste entre los virus y el fondo, se utilizan "tinciones" densas en electrones. Se trata de soluciones de sales de metales pesados, como el tungsteno, que dispersan los electrones de las regiones cubiertas por la mancha. Cuando los viriones se recubren con tinción (tinción positiva), los detalles finos se oscurecen. La tinción negativa supera este problema al teñir solo el fondo. [73]

Una partícula de virus completa, conocida como virión, consta de ácido nucleico rodeado por una capa protectora de proteína llamada cápside. Estos se forman a partir de subunidades de proteínas llamadas capsómeros. [74] Los virus pueden tener una "envoltura" lipídica derivada de la membrana de la célula huésped. La cápside está formada por proteínas codificadas por el genoma viral y su forma sirve como base para la distinción morfológica. [75] [76] Las subunidades de proteínas codificadas por virus se autoensamblan para formar una cápside, lo que en general requiere la presencia del genoma del virus. Los virus complejos codifican proteínas que ayudan en la construcción de su cápside. Las proteínas asociadas con el ácido nucleico se conocen como nucleoproteínas, y la asociación de proteínas de la cápside viral con el ácido nucleico viral se denomina nucleocápside. La cápside y la estructura completa del virus se pueden sondear mecánicamente (físicamente) mediante microscopía de fuerza atómica. [77] [78] En general, hay cinco tipos principales de virus morfológicos:

Helicoidal Estos virus se componen de un solo tipo de capsómero apilado alrededor de un eje central para formar una estructura helicoidal, que puede tener una cavidad central o tubo. Esta disposición da como resultado viriones que pueden ser bastones cortos y muy rígidos, o filamentos largos y muy flexibles. El material genético (típicamente ARN monocatenario, pero ADN monocatenario en algunos casos) se une a la hélice de la proteína mediante interacciones entre el ácido nucleico cargado negativamente y las cargas positivas de la proteína. En general, la longitud de una cápside helicoidal está relacionada con la longitud del ácido nucleico contenido en su interior, y el diámetro depende del tamaño y la disposición de los capsómeros. El bien estudiado virus del mosaico del tabaco [79] y el inovirus [80] son ​​ejemplos de virus helicoidales. Icosaédrico La mayoría de los virus animales son icosaédricos o casi esféricos con simetría icosaédrica quiral.Un icosaedro regular es la forma óptima de formar una capa cerrada a partir de subunidades idénticas. El número mínimo de capsómeros requeridos para cada cara triangular es 3, lo que da 60 para el icosaedro. Muchos virus, como el rotavirus, tienen más de 60 capsómeros y parecen esféricos, pero conservan esta simetría. Para lograr esto, los capsómeros en los ápices están rodeados por otros cinco capsómeros y se denominan pentones. Los capsómeros en las caras triangulares están rodeados por otros seis y se llaman hexones. [81] Los hexones son esencialmente planos y los pentones, que forman los 12 vértices, son curvos. La misma proteína puede actuar como subunidad tanto de los pentámeros como de los hexámeros o pueden estar compuestos de diferentes proteínas. [82] Prolate Se trata de un icosaedro alargado a lo largo del eje quíntuple y es una disposición común de las cabezas de los bacteriófagos. Esta estructura está compuesta por un cilindro con una tapa en cada extremo. [83] Envuelto Algunas especies de virus se envuelven en una forma modificada de una de las membranas celulares, ya sea la membrana externa que rodea una célula huésped infectada o membranas internas como una membrana nuclear o un retículo endoplásmico, obteniendo así una bicapa lipídica externa conocida como una envoltura viral. Esta membrana está repleta de proteínas codificadas por el genoma viral y el genoma del huésped, la propia membrana lipídica y los carbohidratos presentes se originan en su totalidad en el huésped. El virus de la influenza, el VIH (que causa el SIDA) y el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (que causa el COVID-19) [84] utilizan esta estrategia. La mayoría de los virus envueltos dependen de la envoltura para su infectividad. [85] Complejo Estos virus poseen una cápside que no es ni puramente helicoidal ni puramente icosaédrica, y que puede poseer estructuras adicionales como colas de proteínas o una pared externa compleja. Algunos bacteriófagos, como el fago T4 de Enterobacteria, tienen una estructura compleja que consiste en una cabeza icosaédrica unida a una cola helicoidal, que puede tener una placa base hexagonal con fibras proteicas en la cola que sobresalen. Esta estructura de la cola actúa como una jeringa molecular, adhiriéndose al huésped bacteriano y luego inyectando el genoma viral en la célula. [86]

Los poxvirus son virus grandes y complejos que tienen una morfología inusual. El genoma viral está asociado con proteínas dentro de una estructura de disco central conocida como nucleoide. El nucleoide está rodeado por una membrana y dos cuerpos laterales de función desconocida. El virus tiene una envoltura exterior con una gruesa capa de proteína tachonada sobre su superficie. Todo el virión es ligeramente pleomórfico, desde ovoide hasta en forma de ladrillo. [87]

Virus gigantes

El mimivirus es uno de los virus caracterizados más grandes, con un diámetro de cápside de 400 nm. Los filamentos de proteínas que miden 100 nm se proyectan desde la superficie. La cápside parece hexagonal bajo un microscopio electrónico, por lo tanto, la cápside probablemente sea icosaédrica. [88] En 2011, los investigadores descubrieron el virus más grande conocido en ese momento en muestras de agua recolectadas del fondo del océano frente a la costa de Las Cruces, Chile. Provisionalmente nombrado Megavirus chilensis, se puede ver con un microscopio óptico básico. [89] En 2013, el género Pandoravirus fue descubierto en Chile y Australia, y tiene genomas aproximadamente dos veces más grandes que Megavirus y Mimivirus. [90] Todos los virus gigantes tienen genomas de dsDNA y se clasifican en varias familias: Mimiviridae, Pithoviridae, Pandoraviridae, Phycodnaviridae, y el género Mollivirus. [91]

Algunos virus que infectan a Archaea tienen estructuras complejas no relacionadas con ninguna otra forma de virus, con una amplia variedad de formas inusuales, que van desde estructuras en forma de huso hasta virus que se asemejan a varillas en forma de gancho, lágrimas o incluso botellas. Otros virus de las arqueas se asemejan a los bacteriófagos de cola y pueden tener múltiples estructuras de cola. [92]

Genoma

  • ADN
  • ARN
  • Tanto el ADN como el ARN (en diferentes etapas del ciclo de vida)
  • Lineal
  • Circular
  • Segmentario
  • De una sola hebra (ss)
  • De doble hebra (ds)
  • De doble hebra con regiones de monocatenario
  • Sentido positivo (+)
  • Sentido negativo (-)
  • Ambisense (+/−)

Se puede ver una enorme variedad de estructuras genómicas entre las especies virales como grupo, contienen más diversidad genómica estructural que plantas, animales, arqueas o bacterias. Hay millones de tipos diferentes de virus, [6] aunque se han descrito en detalle menos de 7.000 tipos. [93] En enero de 2021, la base de datos del genoma del virus NCBI tiene más de 193.000 secuencias genómicas completas, [94] pero sin duda hay muchas más por descubrir. [95] [96]

Un virus tiene un genoma de ADN o de ARN y se denomina virus de ADN o virus de ARN, respectivamente. La gran mayoría de los virus tienen genomas de ARN. Los virus vegetales tienden a tener genomas de ARN monocatenario y los bacteriófagos tienden a tener genomas de ADN bicatenario. [97]

Los genomas virales son circulares, como en los poliomavirus, o lineales, como en los adenovirus. El tipo de ácido nucleico es irrelevante para la forma del genoma. Entre los virus de ARN y ciertos virus de ADN, el genoma a menudo se divide en partes separadas, en cuyo caso se denomina segmentado. Para los virus de ARN, cada segmento a menudo codifica solo una proteína y generalmente se encuentran juntos en una cápside. No se requiere que todos los segmentos estén en el mismo virión para que el virus sea infeccioso, como lo demuestra el virus del mosaico del bromo y varios otros virus de plantas. [71]

Un genoma viral, independientemente del tipo de ácido nucleico, es casi siempre monocatenario (ss) o bicatenario (ds). Los genomas monocatenarios consisten en un ácido nucleico desapareado, análogo a la mitad de una escalera dividida por la mitad. Los genomas bicatenarios constan de dos ácidos nucleicos pareados complementarios, análogos a una escalera. Las partículas de virus de algunas familias de virus, como las que pertenecen al Hepadnaviridae, contienen un genoma que es parcialmente bicatenario y parcialmente monocatenario. [97]

Para la mayoría de los virus con genomas de ARN y algunos con genomas de ADN monocatenario (ssDNA), se dice que las cadenas simples son de sentido positivo (llamado 'cadena más') o de sentido negativo (llamado 'cadena menos' ), dependiendo de si son complementarios al ARN mensajero viral (ARNm). El ARN viral de sentido positivo tiene el mismo sentido que el ARNm viral y, por lo tanto, la célula huésped puede traducir inmediatamente al menos una parte de él. El ARN viral de sentido negativo es complementario del ARNm y, por tanto, debe convertirse en ARN de sentido positivo mediante una ARN polimerasa dependiente de ARN antes de la traducción. La nomenclatura de ADN para virus con ssDNA genómico es similar a la nomenclatura de RNA, en que el ssDNA viral de hebra positiva es idéntica en secuencia al mRNA viral y, por lo tanto, es una hebra codificante, mientras que el ssDNA viral de sentido negativo es complementario al mRNA viral y, por lo tanto, es una hebra de plantilla. [97] Varios tipos de virus ssDNA y ssRNA tienen genomas que son ambisentidos en el sentido de que la transcripción puede ocurrir en ambas cadenas en un intermedio replicativo bicatenario. Los ejemplos incluyen geminivirus, que son virus de plantas de ssDNA y arenavirus, que son virus de ssRNA de animales. [98]

Tamaño del genoma

El tamaño del genoma varía mucho entre especies. El más pequeño: los circovirus ssDNA, familia Circoviridae- codifican solo dos proteínas y tienen un tamaño de genoma de solo dos kilobases [99], los más grandes, los pandoravirus, tienen tamaños de genoma de alrededor de dos megabases que codifican alrededor de 2500 proteínas. [90] Los genes del virus rara vez tienen intrones y, a menudo, están dispuestos en el genoma de manera que se superponen. [100]

En general, los virus de ARN tienen un tamaño de genoma más pequeño que los virus de ADN debido a una mayor tasa de error al replicarse y tienen un límite de tamaño superior máximo. [48] ​​Más allá de esto, los errores al replicar hacen que el virus sea inútil o no competitivo. Para compensar, los virus de ARN a menudo tienen genomas segmentados (el genoma se divide en moléculas más pequeñas), lo que reduce la posibilidad de que un error en un genoma de un solo componente incapacite a todo el genoma. Por el contrario, los virus de ADN generalmente tienen genomas más grandes debido a la alta fidelidad de sus enzimas de replicación. [101] Los virus de ADN monocatenario son una excepción a esta regla, ya que las tasas de mutación de estos genomas pueden acercarse al extremo del caso del virus ssRNA. [102]

Mutación genética

Los virus sufren cambios genéticos por varios mecanismos. Estos incluyen un proceso llamado deriva antigénica donde las bases individuales en el ADN o ARN mutan a otras bases. La mayoría de estas mutaciones puntuales son "silenciosas", no cambian la proteína que codifica el gen, pero otras pueden conferir ventajas evolutivas como la resistencia a los medicamentos antivirales. [103] [104] El cambio antigénico ocurre cuando hay un cambio importante en el genoma del virus. Esto puede ser el resultado de una recombinación o reordenamiento. Cuando esto sucede con los virus de la influenza, pueden producirse pandemias. [105] Los virus de ARN a menudo existen como cuasiespecies o enjambres de virus de la misma especie pero con secuencias de nucleósidos del genoma ligeramente diferentes. Estas cuasiespecies son un objetivo primordial para la selección natural. [106]

Los genomas segmentados confieren ventajas evolutivas. Las diferentes cepas de un virus con un genoma segmentado pueden barajar y combinar genes y producir virus de progenie (o descendencia) que tienen características únicas. Esto se llama reordenamiento o "sexo viral". [107]

La recombinación genética es el proceso mediante el cual una hebra de ADN se rompe y luego se une al final de una molécula de ADN diferente. Esto puede ocurrir cuando los virus infectan las células simultáneamente y los estudios de evolución viral han demostrado que la recombinación ha sido desenfrenada en las especies estudiadas. [108] La recombinación es común para los virus de ARN y ADN. [109] [110]

Ciclo de replicación

Las poblaciones virales no crecen por división celular, porque son acelulares. En cambio, utilizan la maquinaria y el metabolismo de una célula huésped para producir múltiples copias de sí mismos y se ensamblan en la célula. [111] Cuando se infecta, la célula huésped se ve obligada a producir rápidamente miles de copias del virus original. [112]

Su ciclo de vida difiere mucho entre las especies, pero hay seis etapas básicas en su ciclo de vida: [113]

Adjunto es una unión específica entre las proteínas de la cápside viral y los receptores específicos en la superficie celular del huésped. Esta especificidad determina el rango de hospedadores y el tipo de célula hospedadora de un virus. Por ejemplo, el VIH infecta una gama limitada de leucocitos humanos. Esto se debe a que su proteína de superficie, gp120, interactúa específicamente con la molécula CD4, un receptor de quimiocinas, que se encuentra más comúnmente en la superficie de las células T CD4 +. Este mecanismo ha evolucionado para favorecer a aquellos virus que infectan solo células en las que son capaces de replicarse. La unión al receptor puede inducir a la proteína de la envoltura viral a sufrir cambios que dan como resultado la fusión de las membranas viral y celular, o cambios de las proteínas de la superficie del virus sin envoltura que permiten la entrada del virus. [114]

Penetración o entrada viral sigue la unión: los viriones ingresan a la célula huésped a través de endocitosis mediada por receptores o fusión de membranas. La infección de las células vegetales y fúngicas es diferente a la de las células animales. Las plantas tienen una pared celular rígida hecha de celulosa y los hongos una de quitina, por lo que la mayoría de los virus pueden ingresar a estas células solo después de un trauma en la pared celular. [115] Casi todos los virus de plantas (como el virus del mosaico del tabaco) también pueden moverse directamente de una célula a otra, en forma de complejos de nucleoproteínas monocatenarias, a través de poros llamados plasmodesmos. [116] Las bacterias, como las plantas, tienen paredes celulares fuertes que un virus debe romper para infectar la célula. Dado que las paredes de las células bacterianas son mucho más delgadas que las paredes de las células vegetales debido a su tamaño mucho más pequeño, algunos virus han desarrollado mecanismos que inyectan su genoma en la célula bacteriana a través de la pared celular, mientras que la cápside viral permanece afuera. [117]

Destapando es un proceso en el que se elimina la cápside viral: esto puede ser por degradación por enzimas virales o enzimas del huésped o por simple disociación, el resultado final es la liberación del ácido nucleico genómico viral. [118]

Replicación de los virus implica principalmente la multiplicación del genoma. La replicación implica la síntesis de ARN mensajero viral (ARNm) a partir de genes "tempranos" (con excepciones para los virus de ARN de sentido positivo), síntesis de proteínas virales, posible ensamblaje de proteínas virales y luego replicación del genoma viral mediada por la expresión de proteínas temprana o reguladora. Esto puede ir seguido, para virus complejos con genomas más grandes, por una o más rondas adicionales de síntesis de ARNm: la expresión génica "tardía" es, en general, de proteínas estructurales o viriónicas. [119]

Montaje - Después del autoensamblaje de las partículas virales mediado por la estructura, a menudo se produce alguna modificación de las proteínas. En virus como el VIH, esta modificación (a veces denominada maduración) se produce después de que el virus se ha liberado de la célula huésped. [120]

Liberación - Los virus pueden ser liberados de la célula huésped por lisis, un proceso que mata a la célula al reventar su membrana y pared celular si está presente: esta es una característica de muchos virus bacterianos y algunos animales. Algunos virus experimentan un ciclo lisogénico en el que el genoma viral se incorpora mediante recombinación genética en un lugar específico del cromosoma del huésped. El genoma viral se conoce entonces como un "provirus" o, en el caso de los bacteriófagos, un "profago". [121] Siempre que el huésped se divide, el genoma viral también se replica. El genoma viral es mayoritariamente silencioso dentro del hospedador. En algún momento, el provirus o profago puede dar lugar al virus activo, que puede lisar las células huésped. [122] Los virus envueltos (por ejemplo, el VIH) generalmente se liberan de la célula huésped por gemación. Durante este proceso, el virus adquiere su envoltura, que es una pieza modificada del plasma del huésped u otra membrana interna. [123]

Replicación del genoma

El material genético dentro de las partículas de virus y el método por el cual se replica el material varía considerablemente entre los diferentes tipos de virus.

Virus de ADN La replicación del genoma de la mayoría de los virus de ADN tiene lugar en el núcleo de la célula. Si la célula tiene el receptor apropiado en su superficie, estos virus ingresan a la célula ya sea por fusión directa con la membrana celular (p. Ej., Herpesvirus) o, más generalmente, por endocitosis mediada por receptores. La mayoría de los virus de ADN dependen por completo de la maquinaria de síntesis de ADN y ARN de la célula huésped y de la maquinaria de procesamiento de ARN. Los virus con genomas más grandes pueden codificar gran parte de esta maquinaria ellos mismos. En eucariotas, el genoma viral debe atravesar la membrana nuclear de la célula para acceder a esta maquinaria, mientras que en las bacterias solo necesita ingresar a la célula. [124] Virus de ARN La replicación de los virus de ARN generalmente tiene lugar en el citoplasma. Los virus de ARN se pueden colocar en cuatro grupos diferentes según sus modos de replicación. La polaridad (si los ribosomas pueden o no usarla directamente para producir proteínas) de los virus de ARN monocatenarios determina en gran medida el mecanismo de replicación; el otro criterio principal es si el material genético es monocatenario o bicatenario. Todos los virus de ARN utilizan sus propias enzimas replicasa de ARN para crear copias de sus genomas. [125] Virus de transcripción inversa Los virus de transcripción inversa tienen ssRNA (Retroviridae, Metaviridae, Pseudoviridae) o dsDNA (Caulimoviridae, y Hepadnaviridae) en sus partículas. Los virus de transcripción inversa con genomas de ARN (retrovirus) usan un intermedio de ADN para replicarse, mientras que aquellos con genomas de ADN (pararetrovirus) usan un intermedio de ARN durante la replicación del genoma. Ambos tipos usan una transcriptasa inversa, o enzima ADN polimerasa dependiente de ARN, para llevar a cabo la conversión de ácido nucleico. Los retrovirus integran el ADN producido por transcripción inversa en el genoma del hospedador como un provirus como parte del proceso de replicación. Los pararetrovirus no lo hacen, aunque las copias genómicas integradas de pararetrovirus especialmente vegetales pueden dar lugar a virus infecciosos. [126] Son susceptibles a fármacos antivirales que inhiben la enzima transcriptasa inversa, p. Ej. zidovudina y lamivudina. Un ejemplo del primer tipo es el VIH, que es un retrovirus. Ejemplos del segundo tipo son los Hepadnaviridae, que incluye el virus de la hepatitis B. [127]

Efectos citopáticos sobre la célula huésped

La gama de efectos estructurales y bioquímicos que tienen los virus en la célula huésped es extensa. [128] Estos se denominan "efectos citopáticos". [129] La mayoría de las infecciones por virus eventualmente resultan en la muerte de la célula huésped. Las causas de muerte incluyen lisis celular, alteraciones de la membrana superficial de la célula y apoptosis. [130] A menudo, la muerte celular es causada por el cese de sus actividades normales debido a la supresión de proteínas específicas del virus, no todas las cuales son componentes de la partícula del virus. [131] La distinción entre citopático e inofensivo es gradual. Algunos virus, como el virus de Epstein-Barr, pueden hacer que las células proliferen sin causar malignidad, [132] mientras que otros, como los papilomavirus, son causas establecidas de cáncer. [133]

Infecciones latentes y latentes

Algunos virus no causan cambios aparentes en la célula infectada. Las células en las que el virus está latente e inactivo muestran pocos signos de infección y, a menudo, funcionan con normalidad. [134] Esto causa infecciones persistentes y el virus a menudo permanece inactivo durante muchos meses o años. Este suele ser el caso de los virus del herpes. [135] [136]

Rango de host

Los virus son, con mucho, las entidades biológicas más abundantes en la Tierra y superan en número a todas las demás juntas. [137] Infectan todo tipo de vida celular, incluidos animales, plantas, bacterias y hongos. [93] Los diferentes tipos de virus pueden infectar solo una gama limitada de huéspedes y muchos son específicos de la especie. Algunos, como el virus de la viruela, por ejemplo, pueden infectar sólo a una especie, en este caso a los seres humanos, [138] y se dice que tienen un rango de huéspedes limitado. Otros virus, como el virus de la rabia, pueden infectar diferentes especies de mamíferos y se dice que tienen una amplia variedad. [139] Los virus que infectan a las plantas son inofensivos para los animales y la mayoría de los virus que infectan a otros animales son inofensivos para los humanos. [140] El rango de hospedadores de algunos bacteriófagos se limita a una sola cepa de bacterias y pueden usarse para rastrear la fuente de brotes de infecciones mediante un método llamado tipificación de fagos. [141] El conjunto completo de virus en un organismo o hábitat se denomina viroma, por ejemplo, todos los virus humanos constituyen el viroma humano. [142]

La clasificación busca describir la diversidad de virus nombrándolos y agrupándolos sobre la base de similitudes. En 1962, André Lwoff, Robert Horne y Paul Tournier fueron los primeros en desarrollar un medio de clasificación de virus, basado en el sistema jerárquico de Linneo. [143] Este sistema se basa en la clasificación por filo, clase, orden, familia, género y especie. Los virus se agruparon según sus propiedades compartidas (no las de sus huéspedes) y el tipo de ácido nucleico que forma sus genomas. [144] En 1966, se formó el Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV). El sistema propuesto por Lwoff, Horne y Tournier no fue aceptado inicialmente por el ICTV porque el pequeño tamaño del genoma de los virus y su alta tasa de mutación dificultaban la determinación de su ascendencia más allá del orden. Como tal, el sistema de clasificación de Baltimore se ha utilizado para complementar la jerarquía más tradicional. [145] A partir de 2018, la ICTV comenzó a reconocer relaciones evolutivas más profundas entre los virus que se han descubierto a lo largo del tiempo y adoptó un sistema de clasificación de 15 rangos que va desde el reino a la especie. [146]

Clasificación ICTV

La ICTV desarrolló el sistema de clasificación actual y redactó pautas que otorgan mayor importancia a ciertas propiedades del virus para mantener la uniformidad familiar. Se ha establecido una taxonomía unificada (un sistema universal para clasificar virus). Solo se ha estudiado una pequeña parte de la diversidad total de virus.[147] A partir de 2020, 6 reinos, 10 reinos, 17 phyla, 2 subphyla, 39 clases, 59 órdenes, 8 subórdenes, 189 familias, 136 subfamilias, 2,224 géneros, 70 subgéneros y 9,110 especies de virus han sido definidos por el ICTV. [5]

A continuación se muestra la estructura taxonómica general de los rangos de taxones y los sufijos utilizados en los nombres taxonómicos. A partir de 2020, los rangos de subreal, subreino y subclase no se utilizan, mientras que todos los demás rangos están en uso.

Reino (-viria) Subrealmo (-vira) Reino (-virae) Sub-reino (-viritas) Phylum (-viricota) Subfilo (-viricotina) Clase (-viricetos) Subclase (-viricetidae) Pedido (-virales) Suborden (-virineae) Familia (-viridae) Subfamilia (-virinae) Género (-virus) Subgénero (-virus) Especies

Clasificación de Baltimore

El biólogo ganador del Premio Nobel David Baltimore ideó el sistema de clasificación de Baltimore. [43] [148] El sistema de clasificación ICTV se utiliza junto con el sistema de clasificación de Baltimore en la clasificación de virus moderna. [149] [150] [151]

La clasificación de virus de Baltimore se basa en el mecanismo de producción de ARNm. Los virus deben generar ARNm a partir de sus genomas para producir proteínas y replicarse, pero para lograrlo se utilizan diferentes mecanismos en cada familia de virus. Los genomas virales pueden ser monocatenarios (ss) o bicatenarios (ds), ARN o ADN, y pueden utilizar o no transcriptasa inversa (RT). Además, los virus ssRNA pueden ser con sentido (+) o antisentido (-). Esta clasificación coloca a los virus en siete grupos:

  • I: virus dsDNA (por ejemplo, adenovirus, herpesvirus, poxvirus)
  • II: virus ssDNA (+ hebra o "sentido") ADN (por ejemplo, parvovirus)
  • III: virus dsRNA (por ejemplo, reovirus)
  • IV: (+) virus ssRNA (hebra + o sentido) ARN (por ejemplo, coronavirus, picornavirus, togavirus)
  • V: (-) virus ssRNA (- hebra o antisentido) ARN (por ejemplo, ortomixovirus, rabdovirus)
  • VI: virus ssRNA-RT (+ hebra o sentido) ARN con ADN intermedio en el ciclo de vida (por ejemplo, retrovirus)
  • VII: virus dsDNA-RT ADN con ARN intermedio en el ciclo de vida (por ejemplo, hepadnavirus)

Ejemplos de enfermedades humanas comunes causadas por virus incluyen el resfriado común, la influenza, la varicela y el herpes labial. Muchas enfermedades graves como la rabia, la enfermedad por el virus del Ébola, el SIDA (VIH), la influenza aviar y el SARS son causadas por virus. La capacidad relativa de los virus para causar enfermedades se describe en términos de virulencia. Se están investigando otras enfermedades para descubrir si tienen un virus como agente causal, como la posible conexión entre el herpesvirus humano 6 (HHV6) y enfermedades neurológicas como la esclerosis múltiple y el síndrome de fatiga crónica. [153] Existe controversia sobre si el bornavirus, que anteriormente se pensaba que causaba enfermedades neurológicas en los caballos, podría ser responsable de enfermedades psiquiátricas en humanos. [154]

Los virus tienen diferentes mecanismos por los cuales producen enfermedad en un organismo, que depende en gran medida de la especie viral. Los mecanismos a nivel celular incluyen principalmente la lisis celular, la ruptura y la posterior muerte de la célula. En los organismos multicelulares, si mueren suficientes células, todo el organismo comenzará a sufrir los efectos. Aunque los virus causan alteraciones de la homeostasis saludable, lo que resulta en enfermedades, pueden existir de manera relativamente inofensiva dentro de un organismo. Un ejemplo incluiría la capacidad del virus del herpes simple, que causa el herpes labial, de permanecer en un estado latente dentro del cuerpo humano. Esto se denomina latencia [155] y es una característica de los virus del herpes, incluido el virus de Epstein-Barr, que causa la fiebre glandular, y el virus de la varicela zóster, que causa la varicela y el herpes zóster. La mayoría de las personas se han infectado con al menos uno de estos tipos de virus del herpes. [156] Estos virus latentes a veces pueden ser beneficiosos, ya que la presencia del virus puede aumentar la inmunidad contra patógenos bacterianos, como Yersinia pestis. [157]

Algunos virus pueden causar infecciones crónicas o de por vida, donde los virus continúan replicándose en el cuerpo a pesar de los mecanismos de defensa del huésped. [158] Esto es común en las infecciones por el virus de la hepatitis B y el virus de la hepatitis C. Las personas infectadas crónicamente se conocen como portadoras, ya que sirven como reservorios de virus infecciosos. [159] En poblaciones con una alta proporción de portadores, se dice que la enfermedad es endémica. [160]

Epidemiología

La epidemiología viral es la rama de la ciencia médica que se ocupa de la transmisión y el control de las infecciones víricas en los seres humanos. La transmisión de virus puede ser vertical, lo que significa de madre a hijo, u horizontal, lo que significa de persona a persona. Los ejemplos de transmisión vertical incluyen el virus de la hepatitis B y el VIH, donde el bebé nace ya infectado con el virus. [161] Otro ejemplo, más raro, es el virus de la varicela zóster, que, aunque causa infecciones relativamente leves en niños y adultos, puede ser fatal para el feto y el bebé recién nacido. [162]

La transmisión horizontal es el mecanismo más común de propagación de virus en las poblaciones. [163] La transmisión horizontal puede ocurrir cuando se intercambian fluidos corporales durante la actividad sexual, por intercambio de saliva o cuando se ingieren alimentos o agua contaminados. También puede ocurrir cuando se inhalan aerosoles que contienen virus o por insectos vectores, como cuando los mosquitos infectados penetran en la piel de un huésped. [163] La mayoría de los tipos de virus están restringidos a solo uno o dos de estos mecanismos y se denominan "virus respiratorios" o "virus entéricos", etc. La tasa o velocidad de transmisión de infecciones virales depende de factores que incluyen la densidad de población, el número de individuos susceptibles (es decir, los que no son inmunes), [164] la calidad de la atención médica y el clima. [165]

La epidemiología se utiliza para romper la cadena de infección en poblaciones durante brotes de enfermedades virales. [166] Se utilizan medidas de control que se basan en el conocimiento de cómo se transmite el virus. Es importante encontrar la fuente o fuentes del brote e identificar el virus. Una vez que se ha identificado el virus, las vacunas a veces pueden romper la cadena de transmisión. Cuando no se dispone de vacunas, el saneamiento y la desinfección pueden ser eficaces. A menudo, las personas infectadas se aíslan del resto de la comunidad y las que han estado expuestas al virus se ponen en cuarentena. [167] Para controlar el brote de fiebre aftosa en el ganado en Gran Bretaña en 2001, se sacrificaron miles de cabezas de ganado. [168] La mayoría de las infecciones virales de humanos y otros animales tienen períodos de incubación durante los cuales la infección no causa signos ni síntomas. [169] Los períodos de incubación de las enfermedades virales varían de unos pocos días a semanas, pero se conocen para la mayoría de las infecciones. [170] Algo superpuesto, pero principalmente después del período de incubación, hay un período de transmisibilidad, un momento en el que un individuo o animal infectado es contagioso y puede infectar a otra persona o animal. [170] Esto también es conocido por muchas infecciones virales, y el conocimiento de la duración de ambos períodos es importante para el control de los brotes. [171] Cuando los brotes causan una proporción inusualmente alta de casos en una población, comunidad o región, se denominan epidemias. Si los brotes se extienden por todo el mundo, se denominan pandemias. [172]

Epidemias y pandemias

Una pandemia es una epidemia mundial. La pandemia de influenza de 1918, que duró hasta 1919, fue una pandemia de influenza de categoría 5 causada por un virus de influenza A inusualmente grave y mortal. Las víctimas eran a menudo adultos jóvenes sanos, en contraste con la mayoría de los brotes de influenza, que afectan predominantemente a pacientes jóvenes, ancianos o debilitados. [173] Estimaciones más antiguas dicen que mató a 40-50 millones de personas, [174] mientras que investigaciones más recientes sugieren que puede haber matado hasta 100 millones de personas, o el 5% de la población mundial en 1918. [175]

Aunque las pandemias virales son eventos poco frecuentes, el VIH, que se desarrolló a partir de virus que se encuentran en monos y chimpancés, ha sido una pandemia desde al menos la década de 1980. [176] Durante el siglo XX hubo cuatro pandemias causadas por el virus de la influenza y las que ocurrieron en 1918, 1957 y 1968 fueron graves. [177] La ​​mayoría de los investigadores creen que el VIH se originó en África subsahariana durante el siglo XX. [178] Ahora es una pandemia, con un estimado de 37,9 millones de personas que viven con la enfermedad en todo el mundo. [179] Hubo alrededor de 770.000 muertes por SIDA en 2018. [180] El Programa Conjunto de las Naciones Unidas sobre el VIH / SIDA (ONUSIDA) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) estiman que el SIDA ha causado la muerte de más de 25 millones de personas desde que apareció por primera vez. reconocida el 5 de junio de 1981, lo que la convierte en una de las epidemias más destructivas de la historia registrada. [181] En 2007 hubo 2,7 millones de nuevas infecciones por el VIH y 2 millones de muertes relacionadas con el VIH. [182]

Varios patógenos virales altamente letales son miembros de la Filoviridae. Los filovirus son virus similares a filamentos que causan fiebre hemorrágica viral e incluyen ebolavirus y marburgvirus. El virus de Marburgo, descubierto por primera vez en 1967, atrajo la atención de la prensa en abril de 2005 por un brote en Angola. [183] ​​La enfermedad por el virus del Ébola también ha causado brotes intermitentes con altas tasas de mortalidad desde 1976, cuando se identificó por primera vez. La peor y más reciente es la epidemia de África Occidental de 2013-2016. [184]

A excepción de la viruela, la mayoría de las pandemias son causadas por virus de nueva evolución. Estos virus "emergentes" suelen ser mutantes de virus menos dañinos que han circulado previamente en humanos o en otros animales. [185]

El síndrome respiratorio agudo severo (SARS) y el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) son causados ​​por nuevos tipos de coronavirus. Se sabe que otros coronavirus causan infecciones leves en humanos, [186] por lo que la virulencia y la rápida propagación de las infecciones por SARS, que en julio de 2003 habían causado alrededor de 8.000 casos y 800 muertes, fueron inesperadas y la mayoría de los países no estaban preparados. [187]

Un coronavirus relacionado surgió en Wuhan, China en noviembre de 2019 y se propagó rápidamente por todo el mundo. Se cree que se originó en murciélagos y posteriormente se denominó síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2, las infecciones con el virus causaron una pandemia en 2020. [188] [189] [190] Se han impuesto restricciones sin precedentes en tiempos de paz a los viajes internacionales, [191] y toques de queda impuestos en varias ciudades importantes del mundo. [192]

Cáncer

Los virus son una causa establecida de cáncer en humanos y otras especies. Los cánceres virales ocurren solo en una minoría de personas (o animales) infectados. Los virus del cáncer provienen de una variedad de familias de virus, incluidos los virus de ARN y ADN, por lo que no existe un solo tipo de "oncovirus" (un término obsoleto utilizado originalmente para los retrovirus de transformación aguda). El desarrollo del cáncer está determinado por diversos factores, como la inmunidad del huésped [193] y las mutaciones en el huésped. [194] Los virus que se acepta que causan cánceres humanos incluyen algunos genotipos del virus del papiloma humano, virus de la hepatitis B, virus de la hepatitis C, virus de Epstein-Barr, virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi y virus linfotrópico T humano. El virus del cáncer humano descubierto más recientemente es un poliomavirus (poliomavirus de células de Merkel) que causa la mayoría de los casos de una forma poco común de cáncer de piel llamado carcinoma de células de Merkel. [195] Los virus de la hepatitis pueden convertirse en una infección viral crónica que conduce al cáncer de hígado. [196] [197] La ​​infección por el virus linfotrópico T humano puede producir paraparesia espástica tropical y leucemia de células T adultas. [198] Los virus del papiloma humano son una causa establecida de cánceres de cuello uterino, piel, ano y pene. [199] Dentro del Herpesviridae, El virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi causa el sarcoma de Kaposi y el linfoma de cavidades corporales, y el virus de Epstein-Barr causa el linfoma de Burkitt, el linfoma de Hodgkin, el trastorno linfoproliferativo B y el carcinoma nasofaríngeo. [200] Poliomavirus de células de Merkel estrechamente relacionado con SV40 y poliomavirus de ratón que se han utilizado como modelos animales para virus de cáncer durante más de 50 años. [201]

Mecanismos de defensa del huésped

La primera línea de defensa del cuerpo contra los virus es el sistema inmunológico innato. Comprende células y otros mecanismos que defienden al huésped de la infección de forma no específica. Esto significa que las células del sistema innato reconocen y responden a los patógenos de forma genérica, pero, a diferencia del sistema inmunitario adaptativo, no confiere inmunidad protectora o de larga duración al huésped. [202]

La interferencia del ARN es una defensa innata importante contra los virus. [203] Muchos virus tienen una estrategia de replicación que involucra ARN bicatenario (dsRNA). Cuando un virus de este tipo infecta una célula, libera su molécula o moléculas de ARN, que se unen inmediatamente a un complejo de proteínas llamado cortador que corta el ARN en trozos más pequeños. Se activa una vía bioquímica, el complejo RISC, que asegura la supervivencia celular al degradar el ARNm viral. Los rotavirus han evolucionado para evitar este mecanismo de defensa al no destapar completamente el interior de la célula y liberar el ARNm recién producido a través de los poros de la cápside interna de la partícula. Su dsRNA genómico permanece protegido dentro del núcleo del virión. [204] [205]

Cuando el sistema inmunológico adaptativo de un vertebrado se encuentra con un virus, produce anticuerpos específicos que se unen al virus y, a menudo, lo vuelven no infeccioso. A esto se le llama inmunidad humoral. Son importantes dos tipos de anticuerpos. El primero, llamado IgM, es muy eficaz para neutralizar virus, pero es producido por las células del sistema inmunológico solo durante unas pocas semanas. El segundo, llamado IgG, se produce de forma indefinida. La presencia de IgM en la sangre del huésped se utiliza para detectar una infección aguda, mientras que la IgG indica una infección en el pasado. [206] El anticuerpo IgG se mide cuando se realizan pruebas de inmunidad. [207]

Los anticuerpos pueden seguir siendo un mecanismo de defensa eficaz incluso después de que los virus hayan logrado ingresar a la célula huésped. Una proteína que se encuentra en las células, llamada TRIM21, puede unirse a los anticuerpos en la superficie de la partícula del virus. Esto prepara la subsiguiente destrucción del virus por las enzimas del sistema proteosómico de la célula. [208]

Una segunda defensa de los vertebrados contra los virus se llama inmunidad mediada por células e involucra células inmunes conocidas como células T. Las células del cuerpo exhiben constantemente fragmentos cortos de sus proteínas en la superficie de la célula y, si una célula T reconoce un fragmento viral sospechoso allí, la célula huésped es destruida por las células 'T asesinas' y las células T específicas del virus proliferan. Células como los macrófagos son especialistas en esta presentación de antígenos. [209] La producción de interferón es un importante mecanismo de defensa del huésped. Esta es una hormona producida por el cuerpo cuando hay virus. Su papel en la inmunidad es complejo y finalmente detiene la reproducción de los virus al matar la célula infectada y sus vecinas cercanas. [210]

No todas las infecciones por virus producen una respuesta inmunitaria protectora de esta forma. El VIH evade el sistema inmunológico al cambiar constantemente la secuencia de aminoácidos de las proteínas en la superficie del virión. Esto se conoce como "mutación de escape", ya que los epítopos virales escapan al reconocimiento de la respuesta inmune del huésped. Estos virus persistentes evaden el control inmunológico por secuestro, bloqueo de la presentación de antígenos, resistencia a las citocinas, evasión de las actividades de las células asesinas naturales, escape de la apoptosis y cambio antigénico. [211] Otros virus, llamados 'virus neurotrópicos', se diseminan por diseminación neuronal donde el sistema inmunológico puede ser incapaz de alcanzarlos.

Prevención y tratamiento

Debido a que los virus utilizan vías metabólicas vitales dentro de las células huésped para replicarse, son difíciles de eliminar sin el uso de fármacos que causan efectos tóxicos en las células huésped en general. Los enfoques médicos más efectivos para las enfermedades virales son las vacunas para proporcionar inmunidad a las infecciones y los medicamentos antivirales que interfieren selectivamente con la replicación viral.

Vacunas

La vacunación es una forma barata y eficaz de prevenir infecciones por virus. Las vacunas se utilizaron para prevenir infecciones virales mucho antes del descubrimiento de los virus reales. Su uso ha provocado una disminución espectacular de la morbilidad (enfermedad) y la mortalidad (muerte) asociadas con infecciones virales como la poliomielitis, el sarampión, las paperas y la rubéola. [212] Se han erradicado las infecciones por viruela. [213] Hay vacunas disponibles para prevenir más de trece infecciones virales en humanos, [214] y más se utilizan para prevenir infecciones virales de animales. [215] Las vacunas pueden consistir en virus vivos atenuados o muertos, o proteínas virales (antígenos). [216] Las vacunas vivas contienen formas debilitadas del virus, que no causan la enfermedad pero, no obstante, confieren inmunidad. Estos virus se denominan atenuados. Las vacunas vivas pueden ser peligrosas cuando se administran a personas con una inmunidad débil (que se describen como inmunodeprimidas), porque en estas personas, el virus debilitado puede causar la enfermedad original. [217] Se utilizan técnicas de biotecnología e ingeniería genética para producir vacunas de subunidades. Estas vacunas utilizan solo las proteínas de la cápside del virus. La vacuna contra la hepatitis B es un ejemplo de este tipo de vacuna. [218] Las vacunas de subunidades son seguras para los pacientes inmunodeprimidos porque no pueden causar la enfermedad. [219] La vacuna contra el virus de la fiebre amarilla, una cepa viva atenuada llamada 17D, es probablemente la vacuna más segura y eficaz jamás generada. [220]

Medicamentos antivirales

Los medicamentos antivirales son a menudo análogos de nucleósidos (bloques de construcción de ADN falsos), que los virus incorporan por error en sus genomas durante la replicación. El ciclo de vida del virus se detiene luego porque el ADN recién sintetizado está inactivo. Esto se debe a que estos análogos carecen de grupos hidroxilo que, junto con los átomos de fósforo, se unen para formar la fuerte "columna vertebral" de la molécula de ADN. A esto se le llama terminación de la cadena de ADN. [221] Ejemplos de análogos de nucleósidos son el aciclovir para las infecciones por el virus del Herpes simple y lamivudina para las infecciones por el VIH y el virus de la hepatitis B. El aciclovir es uno de los medicamentos antivirales más antiguos y recetados con mayor frecuencia. [222] Otros fármacos antivirales en uso se dirigen a diferentes etapas del ciclo de vida viral. El VIH depende de una enzima proteolítica llamada proteasa del VIH-1 para que se vuelva completamente infeccioso. Existe una gran clase de medicamentos llamados inhibidores de la proteasa que inactivan esta enzima. [223]

La hepatitis C es causada por un virus ARN. En el 80% de las personas infectadas, la enfermedad es crónica y, sin tratamiento, quedan infectadas por el resto de sus vidas. En la actualidad existe un tratamiento eficaz que utiliza el fármaco análogo de nucleósido ribavirina combinado con interferón. [224] Se ha desarrollado el tratamiento de los portadores crónicos del virus de la hepatitis B mediante una estrategia similar con lamivudina. [225]

Los virus infectan toda la vida celular y, aunque los virus ocurren universalmente, cada especie celular tiene su propio rango específico que a menudo infecta solo a esa especie. [226] Algunos virus, llamados satélites, solo pueden replicarse dentro de células que ya han sido infectadas por otro virus. [61]

Virus animales

Los virus son patógenos importantes del ganado. Enfermedades como la fiebre aftosa y la lengua azul son causadas por virus. [227] Los animales de compañía como gatos, perros y caballos, si no están vacunados, son susceptibles a infecciones virales graves. El parvovirus canino es causado por un pequeño virus de ADN y las infecciones suelen ser fatales en los cachorros. [228] Como todos los invertebrados, la abeja melífera es susceptible a muchas infecciones virales. [229] La mayoría de los virus coexisten de forma inofensiva en su huésped y no provocan signos o síntomas de enfermedad. [4]

Virus de plantas

Hay muchos tipos de virus de plantas, pero a menudo solo causan una pérdida de rendimiento y no es económicamente viable tratar de controlarlos. Los virus de las plantas a menudo se transmiten de una planta a otra a través de organismos, conocidos como vectores. Suelen ser insectos, pero algunos hongos, gusanos nematodos y organismos unicelulares son vectores. Cuando el control de las infecciones por virus de las plantas se considera económico, para las frutas perennes, por ejemplo, los esfuerzos se concentran en matar los vectores y eliminar huéspedes alternativos como las malas hierbas. [230] Los virus de las plantas no pueden infectar a los seres humanos ni a otros animales porque solo pueden reproducirse en células vegetales vivas. [231]

Originaria de Perú, la papa se ha convertido en un cultivo básico en todo el mundo. [232] El virus Y de la papa causa enfermedades en las papas y especies relacionadas, incluidos los tomates y los pimientos. En la década de 1980, este virus adquirió importancia económica cuando resultó difícil de controlar en los cultivos de semilla de papa. Transmitido por los pulgones, este virus puede reducir el rendimiento de los cultivos hasta en un 80 por ciento, provocando pérdidas significativas en el rendimiento de la papa. [233]

Las plantas tienen mecanismos de defensa elaborados y eficaces contra los virus. Uno de los más eficaces es la presencia de los denominados genes de resistencia (R). Cada gen R confiere resistencia a un virus en particular al desencadenar áreas localizadas de muerte celular alrededor de la célula infectada, que a menudo se pueden ver a simple vista como grandes manchas. Esto evita que la infección se propague. [234] La interferencia de ARN también es una defensa eficaz en las plantas. [235] Cuando se infectan, las plantas a menudo producen desinfectantes naturales que matan los virus, como el ácido salicílico, el óxido nítrico y las moléculas reactivas de oxígeno. [236]

Las partículas de virus de plantas o partículas similares a virus (VLP) tienen aplicaciones tanto en biotecnología como en nanotecnología. Las cápsides de la mayoría de los virus vegetales son estructuras simples y robustas y pueden producirse en grandes cantidades por infección de plantas o por expresión en una variedad de sistemas heterólogos. Las partículas de virus de plantas pueden modificarse genética y químicamente para encapsular material extraño y pueden incorporarse en estructuras supramoleculares para su uso en biotecnología. [237]

Virus bacterianos

Los bacteriófagos son un grupo común y diverso de virus y son la entidad biológica más abundante en los ambientes acuáticos; hay hasta diez veces más de estos virus en los océanos que bacterias, [238] alcanzando niveles de 250.000.000 de bacteriófagos por mililitro de agua de mar. . [239] Estos virus infectan bacterias específicas uniéndose a moléculas receptoras de superficie y luego ingresando a la célula. En poco tiempo, en algunos casos, solo unos minutos, la polimerasa bacteriana comienza a traducir el ARNm viral en proteína. Estas proteínas se convierten en nuevos viriones dentro de la célula, proteínas auxiliares, que ayudan al ensamblaje de nuevos viriones, o proteínas involucradas en la lisis celular. Las enzimas virales ayudan en la degradación de la membrana celular y, en el caso del fago T4, en poco más de veinte minutos después de la inyección se podrían liberar más de trescientos fagos. [240]

La principal forma en que las bacterias se defienden de los bacteriófagos es produciendo enzimas que destruyen el ADN extraño. Estas enzimas, llamadas endonucleasas de restricción, cortan el ADN viral que los bacteriófagos inyectan en las células bacterianas. [241] Las bacterias también contienen un sistema que usa secuencias CRISPR para retener fragmentos de los genomas de virus con los que las bacterias han entrado en contacto en el pasado, lo que les permite bloquear la replicación del virus a través de una forma de interferencia de ARN. [242] [243] Este sistema genético proporciona a las bacterias inmunidad adquirida a las infecciones. [244]

Virus Archaeal

Algunos virus se replican dentro de las arqueas: estos son virus de ADN con formas inusuales y, a veces, únicas. [7] [92] Estos virus se han estudiado con más detalle en las arqueas termofílicas, en particular los órdenes Sulfolobales y Thermoproteales. [245] Las defensas contra estos virus implican la interferencia de ARN de secuencias repetitivas de ADN dentro de los genomas arqueos que están relacionados con los genes de los virus. [246] [247] La ​​mayoría de las arqueas tienen sistemas CRISPR-Cas como defensa adaptativa contra virus. Estos permiten que las arqueas retengan secciones de ADN viral, que luego se utilizan para atacar y eliminar infecciones posteriores por el virus mediante un proceso similar a la interferencia de ARN. [248]

Los virus son la entidad biológica más abundante en los ambientes acuáticos. [2] Hay alrededor de diez millones de ellos en una cucharadita de agua de mar. [249] La mayoría de estos virus son bacteriófagos que infectan a bacterias heterótrofas y cianófagos que infectan a cianobacterias y son esenciales para la regulación de los ecosistemas de agua dulce y salada. [250] Los bacteriófagos son inofensivos para las plantas y los animales, y son esenciales para la regulación de los ecosistemas marinos y de agua dulce. [251] son ​​importantes agentes de mortalidad del fitoplancton, la base de la cadena alimentaria en los medios acuáticos. [252] Infectan y destruyen bacterias en comunidades microbianas acuáticas, y son uno de los mecanismos más importantes para reciclar el carbono y el ciclo de nutrientes en ambientes marinos. Las moléculas orgánicas liberadas de las células bacterianas muertas estimulan el crecimiento de algas y bacterias frescas, en un proceso conocido como derivación viral. [253] En particular, se ha demostrado que la lisis de bacterias por virus mejora el ciclo del nitrógeno y estimula el crecimiento del fitoplancton. [254] La actividad viral también puede afectar la bomba biológica, el proceso por el cual el carbono es secuestrado en las profundidades del océano. [255]

Los microorganismos constituyen más del 90% de la biomasa del mar. Se estima que los virus matan aproximadamente el 20% de esta biomasa cada día y que hay de 10 a 15 veces más virus en los océanos que bacterias y arqueas. [256] Los virus también son los principales agentes responsables de la destrucción del fitoplancton, incluidas las floraciones de algas nocivas, [257] El número de virus en los océanos disminuye más lejos de la costa y más profundamente en el agua, donde hay menos organismos hospedadores. [255]

En enero de 2018, los científicos informaron que 800 millones de virus, principalmente de origen marino, se depositan diariamente desde la atmósfera de la Tierra en cada metro cuadrado de la superficie del planeta, como resultado de una corriente atmosférica global de virus que circula por encima del sistema meteorológico. pero por debajo de la altitud de los viajes aéreos habituales, distribuyendo virus por todo el planeta. [258] [259]

Como cualquier organismo, los mamíferos marinos son susceptibles a las infecciones virales. En 1988 y 2002, miles de focas comunes murieron en Europa por el virus del moquillo focina. [260] Muchos otros virus, incluidos calicivirus, herpesvirus, adenovirus y parvovirus, circulan en las poblaciones de mamíferos marinos. [255]

Los virus son un medio natural importante de transferir genes entre diferentes especies, lo que aumenta la diversidad genética e impulsa la evolución. [9] [261] Se cree que los virus jugaron un papel central en la evolución temprana, antes de la diversificación del último ancestro común universal en bacterias, arqueas y eucariotas. [262] Los virus siguen siendo uno de los mayores reservorios de diversidad genética inexplorada en la Tierra. [255]

Ciencias de la vida y medicina

Los virus son importantes para el estudio de la biología molecular y celular, ya que proporcionan sistemas simples que pueden usarse para manipular e investigar las funciones de las células. [263] El estudio y uso de virus ha proporcionado información valiosa sobre aspectos de la biología celular. [264] Por ejemplo, los virus han sido útiles en el estudio de la genética y han ayudado a comprender los mecanismos básicos de la genética molecular, como la replicación del ADN, la transcripción, el procesamiento del ARN, la traducción, el transporte de proteínas y la inmunología.

Los genetistas suelen utilizar virus como vectores para introducir genes en las células que están estudiando. Esto es útil para hacer que la célula produzca una sustancia extraña o para estudiar el efecto de introducir un nuevo gen en el genoma. De manera similar, la viroterapia usa virus como vectores para tratar diversas enfermedades, ya que pueden atacar específicamente las células y el ADN. Muestra un uso prometedor en el tratamiento del cáncer y en la terapia génica. Los científicos de Europa del Este han utilizado la terapia con fagos como alternativa a los antibióticos durante algún tiempo, y el interés en este enfoque está aumentando debido al alto nivel de resistencia a los antibióticos que se encuentra ahora en algunas bacterias patógenas. [265] La expresión de proteínas heterólogas por virus es la base de varios procesos de fabricación que se utilizan actualmente para la producción de diversas proteínas, como antígenos y anticuerpos de vacunas. Recientemente se han desarrollado procesos industriales utilizando vectores virales y varias proteínas farmacéuticas se encuentran actualmente en ensayos clínicos y preclínicos. [266]

Viroterapia

La viroterapia implica el uso de virus modificados genéticamente para tratar enfermedades. [267] Los científicos han modificado los virus para que se reproduzcan en las células cancerosas y las destruyan, pero no infecten las células sanas. Talimogene laherparepvec (T-VEC), por ejemplo, es un virus del herpes simple modificado que tiene un gen, que es necesario para que los virus se repliquen en células sanas, eliminado y reemplazado por un gen humano (GM-CSF) que estimula la inmunidad. Cuando este virus infecta las células cancerosas, las destruye y, al hacerlo, la presencia del gen GM-CSF atrae las células dendríticas de los tejidos circundantes del cuerpo. Las células dendríticas procesan las células cancerosas muertas y presentan componentes de ellas a otras células del sistema inmunológico. [268] Tras completar con éxito ensayos clínicos, el virus obtuvo la aprobación para el tratamiento del melanoma a finales de 2015. [269] Los virus que se han reprogramado para destruir células cancerosas se denominan virus oncolíticos. [270]

Ciencia de materiales y nanotecnología

Las tendencias actuales en nanotecnología prometen hacer un uso mucho más versátil de los virus. [271] Desde el punto de vista de un científico de materiales, los virus pueden considerarse nanopartículas orgánicas. Su superficie lleva herramientas específicas que les permiten cruzar las barreras de sus células anfitrionas. El tamaño y la forma de los virus y el número y la naturaleza de los grupos funcionales en su superficie están definidos con precisión. Como tales, los virus se usan comúnmente en la ciencia de los materiales como andamios para modificaciones de la superficie unidas covalentemente. Una cualidad particular de los virus es que pueden adaptarse mediante una evolución dirigida. Las poderosas técnicas desarrolladas por las ciencias de la vida se están convirtiendo en la base de los enfoques de ingeniería hacia los nanomateriales, abriendo una amplia gama de aplicaciones que van mucho más allá de la biología y la medicina. [272]

Debido a su tamaño, forma y estructuras químicas bien definidas, los virus se han utilizado como plantillas para organizar materiales a nanoescala. Los ejemplos recientes incluyen el trabajo en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington, D.C., utilizando partículas del virus del mosaico del caupí (CPMV) para amplificar señales en sensores basados ​​en microarrays de ADN. En esta aplicación, las partículas de virus separan los colorantes fluorescentes utilizados para la señalización para prevenir la formación de dímeros no fluorescentes que actúan como inhibidores. [273] Otro ejemplo es el uso de CPMV como una placa de pruebas a nanoescala para la electrónica molecular. [274]

Virus sintéticos

Muchos virus se pueden sintetizar de novo ("desde cero") y el primer virus sintético se creó en 2002. [275] Aunque es un concepto algo erróneo, no es el virus real el que se sintetiza, sino su genoma de ADN (en caso de de un virus de ADN), o una copia de ADNc de su genoma (en el caso de virus de ARN). Para muchas familias de virus, el ADN o ARN sintético desnudo (una vez convertido enzimáticamente a partir del ADNc sintético) es infeccioso cuando se introduce en una célula. Es decir, contienen toda la información necesaria para producir nuevos virus. Esta tecnología se está utilizando ahora para investigar nuevas estrategias de vacunas. [276] La capacidad de sintetizar virus tiene consecuencias de gran alcance, ya que los virus ya no pueden considerarse extintos, siempre que se conozca la información de su secuencia genómica y se disponga de células permisivas. En febrero de 2021 [actualización], las secuencias genómicas completas de 10462 virus diferentes, incluida la viruela, están disponibles públicamente en una base de datos en línea mantenida por los Institutos Nacionales de Salud. [277]

Armas

La capacidad de los virus para causar epidemias devastadoras en las sociedades humanas ha suscitado la preocupación de que los virus puedan convertirse en armas para la guerra biológica. La recreación exitosa del infame virus de la influenza de 1918 en un laboratorio generó mayor preocupación. [278] El virus de la viruela devastó numerosas sociedades a lo largo de la historia antes de su erradicación. Solo hay dos centros en el mundo autorizados por la OMS para mantener existencias del virus de la viruela: el Centro Estatal de Investigación de Virología y Biotecnología VECTOR en Rusia y los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades en los Estados Unidos. [279] Puede utilizarse como arma, [279] dado que la vacuna contra la viruela a veces tenía efectos secundarios graves, ya no se utiliza de forma rutinaria en ningún país. Por lo tanto, gran parte de la población humana moderna casi no tiene una resistencia establecida a la viruela y sería vulnerable al virus. [279]

Notas

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