INFECTIOUS DISEASE

VIROLOGÍA – CAPÍTULO UNO

VIROLOGÍA BÁSICA: DEFINICIONES, CLASIFICACIÓN, MORFOLOGÍA Y QUÍMICA

Dr Margaret Hunt 
University of South Carolina School of Medicine
Columbia
SC
USA

Traducido por :
Sarah M. Castillo - Jorge
Medico Pasante
Clinica Corominas
Santiago
Rep. Dominicana

GLOSARIO

OBJETIVOS

Una introducción a los virus, su naturaleza, estructura y clasificación

Imagen 1
Tamaño relativo de virus y bacterias    Adaptado de  Koneman et al. Color Atlas and Textbook of Microbiology 5ta Ed. 1997 Virus imagen © Dr Linda Stannard, Universidad de Cape Town. Usado con autorización.

Imagen 2. Tamaño de los virus de DNA y de RNA

   Tamaño de virus de DNA 
Imagen © 1995  Dr Linda Stannard, Universidad de Cape Town y © 1994 División de Ciencias Veterinarias, Universidad de Queens, en Belfast
 

Los virus se componen de ácido nucleico (ADN o ARN) asociado a proteínas codificadas por dicho ácido nucleico. Los virus pueden también constar con una bicapa lipídica membranosa (o envoltura), pero esta es adquirida de las células huésped, usualmente por yemación a través de la membrana de dichas células. Si el virus posee membrana, también debe de tener una o más proteínas víricas que actúen como ligando para los receptores en la membrana de la célula huésped. Muchos virus codifican proteínas estructurales (aquellas que forman una partícula vírica madura (o virión)) y quizás una enzima que participa en la replicación del genoma viral. Otros virus pueden codificar muchas más proteínas, de las cuales la mayoría no está presente en la partícula madura pero sí participan de alguna manera en la replicación viral. El herpes virus es uno de los más complejos y tiene 90 genes. Dado que muchos virus producen pocas o ninguna enzima, son dependientes de las enzimas del huésped para la replicación. De esta manera la composición vírica y la replicación son fundamentalmente diferentes de aquellas en organismos celulares. La dependencia de los virus en las células huésped en varios aspectos de su ciclo evolutivo ha complicado el desarrollo de medicamentos, puesto que la mayoría de los mismos inhibe el crecimiento celular y la multiplicación viral (ya que se utilizan las mismas enzimas en ambos).

Una de las principales razones para estudiar el metabolismo viral es para el desarrollo y descubrimiento de fármacos que selectivamente inhiban la replicación vírica, y es por esto que necesitamos saber cuándo los virus utilizan sus propias proteínas para su ciclo replicativo – podemos tratar de desarrollar drogas que inhiban específicamente proteínas virales (especialmente enzimas virales). En contraste con los virus, las bacterias (imagen 1) llevan a cabo sus propios procesos metabólicos. Aún cuando están catalizando reacciones similares, las enzimas bacterianas difieren de sus homólogas eucarióticas y por ello pueden ser atacadas por antibióticos específicos. Al igual que los virus, algunas bacterias (como micoplasma, rickettsia y clamidia) pueden invadir al citoplasma de células eucarióticas y volverse parasíticas. Estas pequeñas bacterias sin embargo, proveen todas las enzimas necesarias para la replicación. Así, los mecanismos de control bacteriano, incluyendo bacterias con modos de vida de tipo parásitos, son más fácilmente desarrollados que los de los virus.

  Tamaño de los virus de RNA negativos
Imagen © 1995  Dr Linda Stannard, University of Cape Town and © 1994 Veterinary Sciences Division, Queen's University Belfast

Los virus infectan a la mayoría de los organismos: vertebrados, invertebrados, plantas, hongos, bacterias; pero algunos virus afectan a más organismos que otros, teniendo así un rango de infectividad más amplio; sin embargo, ninguno puede romper la barrera eucariota/procariota.

Factores que afectan el rango de infectividad:

i) Si pueden o no invadir la célula huésped

ii) Si el virus puede invadir la célula, ¿es la maquinaria celular apropiada para la replicación viral?

iii) Si el virus puede replicarse, ¿pueden las partículas víricas infecciosas salir de la célula y expandir la infección?

ESTRUCTURA VIRAL

Los virus varían en tamaño en un rango desde menos de 100 nanómetros en diámetro a varios cientos de nanómetros en longitud en el caso de los filoviridae (Imagen 1 y 2).  

Todos los virus contienen un genoma de ácido nucleico (ARN o ADN) y una capa proteínica protectora (llamada cápside). Al conjunto del genoma y cápside se le llama nucleocápside y la misma puede tener forma icosaédrica, helicoide o compleja. Los virus pueden o no tener envoltura. Los virus envueltos obtienen sus envolturas por yemación a través de las membranas de las células huésped. En algunos casos, los virus atraviesan la membrana plasmática pero en otros casos, la envoltura puede provenir de otras membranas como del aparato de Golgi o el núcleo. Algunos virus, yeman a través de porciones especializadas de la membrana plasmática de la célula huésped; por ejemplo, el virus Ébola se asocia a partes lipídicas ricas en esfingomielina, colesterol y glicoproteínas. Los Poxvirus son excepcionales  porque se envuelven en las membranas celulares del huésped utilizando mecanismos diferentes a los procesos de yemación usuales que usan otros virus.

Los virus envueltos no necesariamente tienen que eliminar a la célula huésped para salir de ellas, puesto que pueden yemar y salir fuera de ellas – y este proceso no es necesariamente letal – por tanto, algunos virus pueden provocar infecciones persistentes.

WEB RESOURCES

Platonic Solids
University of Utah

Triangulation Numbers
J-Y Sgro

ESTRUCTURAS DE LAS NUCLEOCÁPSIDES DE LOS VIRIONES

Morfología icosaédrica

El ácido nucleico está empacado dentro de la cápside, la cual lo protege del ambiente que le rodea (imagen 3D).

Las proteínas se asocian en unidades estructurales (esto es lo que se ve en una microscopía de electrones o cuando se empieza a disociar la cápside), las unidades estructurales se conocen como capsómeros – un capsómero puede contener uno o varios tipos de cadenas de polipéptidos. Los capsómeros en las 12 esquinas del icosaedro tienen una simetría de 5 dobleces e interactúan con 5 capsómeros vecinos, por lo tanto, a esta interacción se le llama pentones o pentámeros (imagen 3E). Los virus más grandes contienen más capsómeros; cualquier capsómero extra se ubica en un arreglo regular en las caras de los icosaedros. Tienen seis partículas vecinas, y en conjunto se llaman hexones o hexámeros (figura 3F).

El tamaño del icosaedro depende del número y tamaño de los capsómeros; siempre habrá 12 pentones (en cada vértice) pero el número de hexones aumenta con el tamaño (figura 3H). Un buen ejemplo de un virus icosaédrico es el adenovirus humano, el cual contiene los usuales 12 pentones más doscientos cuarenta hexones (figura 3G e I). La formación simétrica en los arreglos hexagonales en las caras del icosaedro puede darse en varias situaciones, por ejemplo, en el empacado de tubos de ensayo en un contenedor (figura 3J). También puede verse en el empacado de las subunidades del virus herpes, un virus icosaédrico cubierto. En la figura 3K, la membrana externa del virus herpes simplex ha sido removida para descubrir la nucleocápside. Aún cuando los icosaedros son de caras planas (como en la figura 3A), los virus icosaédricos generalmente son redondeados como se ve en la figura 3K. Un buen ejemplo de un virus icosaédrico pequeño es un balón de fútbol (figura 3L). Un icosaedro mayor es una cúpula geodésica (figura 3M).

Imagen 3 

  B
5:3:2 de simetría rotacional

  D
El acido nucleico se empaca dentro de la cápside
Imagen © Dr J.Y. Sgro – Usado con autorizacion

E
capsómeros en los 12 vértices tienen una simetría de 5 dobleces e interactúan con 5 capsómeros vecinos, y son, por lo tanto, llamados pentones (o pentámeros)

  F-ii
La nucleocápside del Herpes, se muestra pentones en los vértices del icosaedro.  Zhou et al. Baylor College of Medicine  Reference: Z. H. Zhou, B.V.V Prasad, J. Jakana, F.R. Rixon, W. Chiu Baylor College of Medicine, Journal of Molecular Biology

  J
Empacado de objetos uniformes circulares con una morfología hexagonal

  I
Adenovirus humano en tinción negativa © 1995  Dr Linda Stannard, University of Cape Town. Usado con autorizacion

L
La forma icosaédrica de un balón de fútbol. Note que la pelota consiste de pentones (negros) y hexones (blanco)

M
Cúpula geodésica
 

Imagen 4

Simetría o Morfología helicoide

B
Vista cercana de un único bastón del Virus del Mosaico del Tabaco. Imagen tomada de la base de datos del Comité Internacional de Taxonomía Viral.

  C
Vista cercana de los bastones de virus del mosaico del tabaco © 1994 Estación Experimental  de Rothamsted

  D
Virus del Mosaico del Tabaco (TEM x207, 480)   © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Usado con autorizacion

 

  F
Virus de la rabia  Wadsworth Center, NY Dept o. de Salud

Morfología compleja

Imagen 5

  B

Poxvirus visto con tinción negativa © Stewart McNulty, 1994 Division de Ciencias  Veterinarias, Queen's University Belfast

LAS CINCO FORMAS ESTRUCTURAS BÁSICAS DE LOS VIRUS EN LA NATURALEZA

• Icosaédrico desnudo (no envuelto) i.e. poliovirus, adenovirus, virus hepatitis A
• helicoide desnudo (no envuelto) i.e. virus del mosaico del tabaco, hasta ahora no se conoce ningún virus humano con estas características
• icosaédrico envuelto i.e. herpes virus, virus de la malaria, virus de la rubella
• helicoide envuelto i.e. rabdivirus, virus influenza, virus parainfluenza, virus de la parotiditis, virus del sarampión
• Complejo i.e. poxvirus

(Imagen 6)

AGENTES NO CONVENCIONALES

Están los llamados ‘agente no convencionales’ o ‘virus no convencionales’ o ‘virus atípicos’ – los tipos principales que han sido estudiados son los viroides y los priones.

VIROIDES

Los viroides contiene únicamente ARN. Son pequeños (menos de 400 nucleótidos), de cadena sencilla, y ARNs circular. Los ARNs no son empacados, no aparentan codificar ninguna proteína, y hasta ahora solo han mostrado asociación con enfermedades en las plantas. Sin embargo, algunos autores sugieren que agentes similares posiblemente están asociados a enfermedades humanas.

Hasta ahora, el único agente causante de patologías humanas que puede asemejarse a los viroides es el agente de la hepatitis delta. En muchas formas, el agente o virus de la hepatitis delta aparenta ser un intermedio entre los ‘virus clásicos’ y los viroides. Este agente tiene un genoma de ARN pequeño, aunque un poco más grande que los otros viroides pero en su estructura y secuencia de ácidos nucleicos es similar a los viroides. Se diferencia de los viroides, en que codifica algunas proteínas. Y difiere de los virus verdaderos en que no codifica su propia proteína de adhesión. Contrario a los viroides, está empacado – actúa como un parásito en el virus de la hepatitis B, y usa la envoltura del mismo con las proteínas de adhesión que tiene. 

PRIONES

Los priones únicamente contienen proteínas (aunque este es un concepto aún controversial). Son pequeñas partículas proteináceas y existe controversia con respecto a si poseen ácido nucleico; pero, si en realidad hubiere ácido nucleico, muy poca si no ninguna parte del mismo codificara para proteínas. Ejemplos de patologías humanas causadas por priones: Kuru, Creutzfeld – Jacob y Gertsmann – Straussler. Los priones también causan el scrapie de las ovejas. 

¿LOS VIRUS ESTÁN VIVOS O MUERTOS?

Esto depende de la definición de vida. Para prevenir cualquier posible argumento, usualmente se refiere a si se han perdido o no algunos aspectos de las actividades biológicas más que referirse a virus vivos o muertos como tal. (Por tanto, se habla del número de partículas infecciosas, o número de partículas formadoras de placas en vez de número de partículas vivas.

  Familias de los virus de RNA
Modificado de Volk et al., Essentials of Medical Microbiology. 4ta Ed

Características secundarias

Estrategia de replicación

Algunas veces, en un grupo de virus que aparenta ser un grupo único según los criterios antes mencionados, se encuentran subgrupos de virus que fundamentalmente se diferencian en su estrategia de replicación – en este caso el grupo se divide basado en los modos de replicación.

ALGUNOS VIRUS DE INTERÉS POTENCIAL

I = MORFOLOGÍA ICOSAÉDRICA, H = MORFOLOGÍA HELICOIDE, C = MORFOLOGÍA COMPLEJA
 

LAS FAMILIAS DE VIRUS EN LA LISTA PRECEDENTE ESTAN ENUMERADOS EN ORDEN CRECIENTE DE ACUERDO AL TAMAÑO DEL GENOMA

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