Unidad 5 (5.2).

5.2. Virus, viroides y priones

Recordemos la definición de vida.

Vida es el estado de actividad de un organismo, constituido por al menos una célula, cuya función está controlada por un programa genético, y sustentada por energía para mantener y reproducir su organización.

Los priones, los viroides y los virus son partículas infecciosas que no alcanzan el nivel de organización de célula; en consecuencia, no son seres vivos. La inclusión de esta unidad es referencial y trascendente, por el hecho de que estas moléculas (priones y viroides) y complejos macromoleculares (virus) están asociados estrechamente con células vivas, en las cuales son capaces de producir copias de su propia estructura.

5.2.1. Virus

Aun sin conocer la naturaleza de los virus, varios métodos fueron desarrollados para prevenir las enfermedades infecciosas causadas por ellos.

A principios del siglo XVIII, Lady Mary Montagu (1689-1762) observó que las personas que se picaban la piel con agujas impregnadas con pus de viruela vacuna (i.e., de vaca), nunca se enfermaban de viruela humana. Ella hizo inocular entonces a sus hijos y divulgó su conocimiento, pero no fue sino hasta 1796 cuando Edward Jenner (1749-1823) desarrolló formalmente la vacuna contra la viruela, enfermedad causada por el virus de la viruela.

En 1945, Max Delbrück (1906-1981) y Salvador Luria (1912-1991) descubrieron experimentalmente que el ADN de un bacteriófago (i.e., un virus que ataca bacterias) contiene información genética suficiente para producir bacteriófagos completos, formados por ADN y proteína, dentro de una célula infectada.

En 1952, Alfred Hershey (1908-1997) y Martha Chase (1927-2003) demostraron por experimentación con radioisótopos de fósforo 32P como marcador de ADN y de azufre 35S como marcador de proteínas, que el ADN es la molécula portadora de la información genética, y no las proteínas.

En 1969, el Instituto Karolinska otorgó a Max Delbrück, Alfred Hershey y Salvador Luria el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, por sus descubrimientos del mecanismo de replicación y la estructura genética de los virus.

La investigación sobre la naturaleza de los virus es necesaria para entender y combatir las enfermedades virales de los seres vivos.

Un virus es un complejo macromolecular constituido por un genoma pequeño de ADN o ARN, protegido por una cápside y en algunos casos también por una envoltura. Es capaz de replicarse utilizando la maquinaria de transcripción y traducción de la célula a la que infecta.

Virus

Los virus no son seres vivos porque:
– No están constituidos por al menos una célula.
– Su programa genético sólo se expresa en el interior de las células
a las que infectan.
– Utilizan energía de las células infectadas para reproducir su
organización.

El genoma viral está protegido por una cápside o cubierta de proteína, la cual por lo general tiene una forma geométrica, ya sea cilíndrica, poliédrica o incluso más compleja.

Muchos virus poseen además una envoltura o membrana adquirida de una célula previamente infectada.

Una sola partícula viral, constituida por genoma, cápside y envoltura (en caso de tenerla), se denomina virión.

Los genomas virales son más parecidos a los genomas de las células que infectan, que a los genomas de otros virus. Por esta razón, muchos científicos sugieren que los virus han aparecido en diversas ocasiones en el curso de la evolución, posiblemente como fragmentos de organismos celulares adaptados en forma extrema al parasitismo. En consecuencia, los virus no son clasificados como los seres vivos en un árbol filogenético.

Los virus están estrechamente asociados con los seres vivos porque dependen totalmente de ellos para reproducirse.

Es tradicional asociar el nombre del virus con la enfermedad que causan, por ejemplo: virus de la gripe, de la rabia, de la poliomielitis, del sarampión, del herpes, de la hepatitis B, del papiloma humano, de la inmunodeficiencia humana, etcétera.

Virus de la influenza humana A (H1N1)

El virus de la influenza humana A (H1N1), cuyo genoma de ARN segmentado proviene principalmente de aves y cerdos, consiguió en el 2009 infectar al ser humano. Ese mismo año, la Organización Mundial de la Salud declaró pandemia, por la inminente propagación del virus A (H1N1) por todo el mundo. Las vacunas contra el virus de la influenza humana desarrolladas en unos pocos meses por diferentes laboratorios, están siendo el medio más efectivo para prevenir la enfermedad.

La vacunación prácticamente ha erradicado la viruela, y ha disminuido notablemente otras enfermedades virales, como la poliomielitis y el sarampión. Sin embargo, una realidad tecnológica es que no han sido desarrolladas vacunas contra todas las enfermedades virales. Por ejemplo, no hay vacuna contra la infección causada por el virus de la inmunodeficiencia humana. De hecho, no hay una única vacuna ni siquiera contra la gripe, cada año debe desarrollarse una contra la cepa más predominante del virus.

Vacuna contra la viruela

Analicemos los ciclos de infección del bacteriófago lambda a Escherichia coli y del virus de la inmunodeficiencia humana a un linfocito T o a un macrófago, los cuales pueden resumirse en tres etapas: (1) entrada a la célula, (2) copia y ensamble y (3) salida de la célula.

5.2.1.1. Bacteriófago lambda

El fago lambda es un virus que infecta a la bacteria Escherichia coli. Su estructura consiste en un genoma de ADN bicatenario, protegido por una cápside en forma de icosaedro, la cual está unida a un tallo con un filamento en su extremo.

Bacteriófago

El ciclo de infección comúnmente procede así:

Etapa 1. Entrada a la célula

El fago lambda se adhiere por su filamento extremo al receptor de maltosa LamB de la bacteria Escherichia coli. Esta adsorción induce la formación de un poro a través del cual el fago lambda inyecta linealmente su ADN al citoplasma de Escherichia coli. Después de haber entrado al hospedero, el ADN forma un círculo por unión de sus extremos cohesivos, con participación de una ligasa del hospedero.

Etapa 2. Copia y ensamble

El programa genético del fago lambda le permite seguir una de dos vías de desarrollo: lisogenia o lisis, según las condiciones celulares.

Vía lisogénica. El genoma del fago lambda se integra al cromosoma de Escherichia coli, y se denomina profago. La replicación del profago ocurre pasivamente al replicarse el cromosoma bacteriano. Pero las condiciones celulares también pueden
inducir la transición de lisogenia a lisis, y el profago se separa entonces del cromosoma bacteriano.

Vía lítica. El genoma del fago lambda se copia activamente múltiples veces, habiendo transcripción y traducción de sus genes. Las proteínas producidas por el fago lambda son necesarias para reproducir de una manera finamente regulada su estructura y organización.

Vía lítica y vía lisogénica

El ADN se empaca dentro de la cápside y ésta posteriormente se une al tallo, cuya fibra terminal es capaz de reconocer el receptor Lam-B sobre la superficie bacteriana.

Etapa 3. Salida de la célula

Los viriones maduros (i.e., ensamblados y funcionales) están atrapados en la bacteria infectada. Para poder salir, el genoma del fago lambda también produce dos enzimas: una holina y una endolisina. Al final del ciclo, la holina abre poros en la membrana plasmática, y la endolisina degrada la pared celular. La lisis o destrucción celular libera los viriones al medio.

5.2.1.2. Virus de la inmunodeficiencia humana

El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) infecta principalmente a dos tipos de células humanas: linfocitos T y macrófagos.

Virus de la inmunodeficiencia humana

El genoma del VIH consiste en dos copias de ARN monocatenario positivo –i. e. su secuencia es como la del ARN mensajero correspondiente–, las cuales están protegidas por proteínas de nucleocápside (p6/p7) y encerradas en una cápside (p24) junto con cuatro clases de enzimas: transcriptasa inversa, integrasa, proteasa y ARNasa.

La cápside a su vez está rodeada por una matriz (p17) y una envoltura, la cual es una membrana adquirida de una célula previamente infectada, pero dotada con glucoproteínas propias.

El ciclo de infección comúnmente procede así:

Etapa 1. Entrada a la célula

La glucoproteína gp120 se adhiere al receptor primario CD4 y a un correceptor, que es CXCR4 en linfocitos T y CCR5 en macrófagos. Para entrar a la célula, el VIH fusiona su membrana con la membrana plasmática. Después hay desprendimiento de cápside y nucleocápside, quedando las dos moléculas de ARN y sus proteínas asociadas en el citosol.

Etapa 2. Copia y ensamble

La transcriptasa inversa pasa la información de ARN monocatenario a ADN bicatenario. Este segmento de ADN se integra al genoma de la célula infectada, y se denomina provirus. El ADN proviral sigue procesos normales de expresión genética hasta obtener todos los componentes estructurales y regulatorios necesarios para producir viriones en serie.

Las nucleocápsides protegen a los genomas y las cápsides se ensamblan con sus contenidos, mientras que las glucoproteínas de membrana gp41 y gp120 están listas para ser ensambladas como parte de la envoltura que cada virión adquiere al salir de la célula.

Etapa 3. Salida de la célula

Los viriones terminan de ensamblarse en la membrana plasmática y desde ahí salen por gemación de la célula. Cada célula infectada produce varios miles de viriones, capaces de infectar a otras células.

El VIH causa el síndrome de la inmunodeficiencia adquirida (SIDA). Las células infectadas son gradualmente destruidas, el sistema inmunológico funciona entonces de manera deficiente y finalmente se diagnostica SIDA.

El individuo inmunodeficiente es altamente vulnerable a infecciones y tumores. No hay todavía una vacuna capaz de prevenir la infección por VIH. El SIDA es incurable.

5.2.2. Viroides

Un viroide es una molécula circular de ARN monocatenario (de 246 a 400 nucleótidos), que no posee ni codifica proteínas, pero que es capaz de replicarse en el núcleo o en los cloroplastos de la célula vegetal a la que infecta.

Los viroides conocidos se trasmiten mecánicamente por injertos o por medio de insectos. Algunas plantas susceptibles de infección son cítricos, papa, manzana, coco y otras.

5.2.3. Priones

En la década de 1950, Carleton Gajdusek (1923-2008) investigó el kuru, una enfermedad neurodegenerativa letal que atacaba a una tribu de costumbres muy primitivas en Nueva Guinea.

Gajdusek descubrió que el kuru se trasmitía por un canibalismo ritual, en el que los deudos honraban a sus muertos comiéndose sus cerebros. En 1959, al dejar de practicarse ese canibalismo ritual, el kuru casi desapareció de la tribu; pero el agente infeccioso permaneció siendo un misterio.

En la década de 1970, el descubrimiento de los priones por Stanley B. Prusiner resolvió el misterio detrás del kuru.

Un prion es una proteína plegada en una conformación anormal, capaz de inducir el plegamiento anormal de proteínas homólogas normales y de infectar por su acumulación a la célula que la sintetiza.

Los priones pueden ocurrir ya sea de manera espontánea, por inducción posterior a haber ingerido priones o por predisposición hereditaria.

Virus, priones y viroides

Otras enfermedades semejantes al kuru han sido documentadas, siendo todas ellas neurodegenerativas y letales. En 1986, la encefalopatía espongiforme bovina, mejor conocida como enfermedad de “las vacas locas”, alcanzó cierta notoriedad por haber afectado a miles de reses en el Reino Unido; pero principalmente porque tal enfermedad resultó trasmisible a algunos seres humanos que consumieron tejidos infectados de vaca. Desde entonces, los ingleses han sacrificado a más de dos millones de reses por considerarlas infectadas por priones.
El descubrimiento de los priones ha permitido entender la patogénesis de otras demencias más comunes, como la enfermedad de Alzheimer.


Cuestionario de repaso


1. Señale cuáles de las siguientes son partículas infecciosas, pero que no alcanzan el nivel de organización para ser clasificadas como seres vivos:

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2. Todos los seres vivos están clasificados en tres dominios. ¿En qué dominio están clasificados los virus?

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3. La rabia se produce por:

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4. ¿Qué es un bacteriófago?

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5. El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) causa:

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6. Científicos que demostraron que el ADN es la molécula portadora de la información genética, y no las proteínas:

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7. Investigador que desarrolló formalmente la vacuna contra la viruela:

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8. El SIDA se produce por:

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