VIROLOGÍA. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 2

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2 VIROLOGÍA Virología es el estudio de los virus, su clasificación y evolución, su estructura, sus formas, replicación, enfermedades que causan, las técnicas para aislar y su uso en la investigación y terapia. La virología es considerada una parte de la microbiología. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 2

3 LOS VIRUS Los virus son partículas de ácidos nucleicos ADN o ARN. Las dos características fundamentales que presentan los virus son: su composición simple y su forma de multiplicación especial, siendo ambas propiedades determinantes de su parasitismo intracelular obligado. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 3

4 La partícula viral madura, denominada virión consiste básicamente de un bloque de material genético rodeado de proteínas que lo protegen del medio ambiente y le sirven como vehículo para permitir su transmisión de una célula a otra. Esta estructura puede presentar mayor o menor grado de complejidad. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 4

5 Estructura y organización de las partículas virales Los virus más pequeños y simples están constituidos únicamente por ácido nucleico y proteínas. El ácido nucleico es el genoma viral, ubicado en el interior de la partícula, y puede ser ADN o ARN. Generalmente está asociado con un número pequeño de moléculas proteicas que pueden tener actividad enzimática o cumplir alguna función estabilizadora para el plegamiento del ácido nucleico y armado de la partícula viral. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 5

6 Este conjunto de genoma y proteínas íntimamente asociadas es llamado "core", núcleo. Este núcleo central está rodeado por una cubierta proteica, la cápside, que junto con el genoma constituye la nucleocápside. Las cápsides virales están formadas por un gran número de subunidades polipeptídicas que se ensamblan adoptando una simetría de tipo helicoidal (nucleocápside en forma de bastón) o icosaédrica (partículas casi esféricas). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 6

7 En algunos virus más complejos, por fuera de la cápside se encuentra otra cubierta, la envoltura, que es una estructura membranosa constituida por lípidos y glicoproteínas. Dicha cubierta viral puede ser considerada una cubierta protectora adicional. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 7

8 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 8

9 Ácidos nucleicos virales Los virus se caracterizan, a diferencia de los otros organismos, por presentar una única especie de ácido nucleico constitutiva que puede ser ADN o ARN, monocatenario o bicatenario con estructura de doble hélice. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 9

10 Tipos de ADN virales La mayoría de los virus ADN presentan un genoma bicatenario, con excepción de los parvovirus, constituidos por ADN monocatenario. Además las moléculas de ADN viral pueden ser lineales o circulares. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 10

11 La conformación circular que presentan los Papovaviridae y Hepadnaviridae, confiere una serie de ventajas al ácido nucleico respecto de la estructura lineal, otorgándole protección frente al ataque de exonucleasas, facilitando la replicación completa de la molécula y su posible integración al ADN celular. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 11

12 En el caso de los papovavirus, el ADN puede presentar tres conformaciones: la forma I corresponde a la molécula circular covalentemente cerrada y superenrollada sobre sí misma. Si se produce una ruptura en una unión en una de las cadenas, la doble hélice se desenrolla y resulta una molécula circular relajada (forma II). Por último, la forma III es el resultado de una ruptura en la otra cadena que origina una molécula bicatenaria lineal. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 12

13 El ADN circular de los hepadnavirus tiene una estructura muy peculiar y de características únicas dentro de los ADN virales: una de las cadenas (S, corta) es incompleta, de manera que el 15-50% de la molécula es monocatenaria; la otra cadena (L, larga) presenta ruptura en un único punto de la molécula y además tiene una proteína unida covalentemente en el extremo 5`. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 13

14 Tipos de ARN virales Los ARN de los virus animales son en su gran mayoría de cadena simple, siendo Reoviridae y Birnaviridae las únicas familias que presentan como genoma ARN bicatenario. En algunos grupos de virus, el ARN genómico está segmentado en varios fragmentos, cuyo número es característico de cada familia. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 14

15 Además de las características físicas y químicas mencionadas, la polaridad o sentido de la cadena de ARN es una propiedad fundamental utilizada para definir los distintos tipos de ARN viral. Se parte de definir como polaridad positiva la secuencia de bases correspondiente al ARNm y polaridad negativa a la secuencia complementaria a la del ARNm. Un virus es de cadena positiva cuando su ARN genómico tiene la polaridad que le permite actuar como ARNm, o sea ser traducido en proteínas, inmediatamente después de haber entrado a la célula. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 15

16 Por el contrario, en los virus de polaridad negativa el ARN genómico tiene la secuencia complementaria al ARNm viral; por lo tanto, cuando se produce la infección y el ARN viral entra en la célula debe sintetizar la cadena complementaria que será el ARNm. Para ello, los virus de polaridad negativa llevan en el virión asociada a su genoma una ARN polimerasa dependiente de ARN, enzima denominada transcriptasa, que efectúa la transcripción del ARN mensajero a partir del ARN genómico. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 16

17 Cápside La cápside es una cubierta proteica externa que encierra y protege al genoma viral de la acción de nucleasas y otros factores adversos del medio exterior. Además, en los virus desnudos carentes de envoltura, la cápside es la encargada de establecer a través de alguna de sus proteínas la unión con la célula que será parasitada por el virus. Asimismo, las proteínas de la cápside contienen los determinantes antigénicos contra los que el sistema inmune del huésped elaborará la respuesta de anticuerpos en defensa del organismo. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 17

18 Hay dos tipos básicos de estructura que pueden presentar las cápsides virales: simetría icosaédrica, observándose el virión al microscopio de forma aproximadamente esférica, o simetría helicoidal, resultando nucleocápsides filamentosas tubulares pero que pueden estar encerradas dentro de una envoltura que confiere a la partícula forma esférica o de bastón. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 18

19 Simetría icosaédrica: El icosaedro es un poliedro de 20 caras triangulares equiláteras con 12 vértices. Presenta simetría rotacional, por lo que tiene 6 ejes de simetría quíntuple que pasan a través de pares de vértices opuestos; 10 ejes de simetría triple que pasan a través del centro de las caras, y 15 ejes de simetría binaria, a través de los puntos medios de las aristas. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 19

20 Envoltura La envoltura de un virus es una membrana constituida por una doble capa lipídica asociada a glicoproteínas que pueden proyectarse en forma de espículas desde la superficie de la partícula viral hacia el exterior. Los virus adquieren su estructura mediante un proceso de brotación a través de alguna membrana celular. El número de glicoproteínas que presentan los virus animales es muy variable. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 20

21 Las glicoproteínas virales que forman las espículas son proteínas integrales de membrana que atraviesan la bicapa de lípidos presentando tres dominios topológicamente diferenciables: 1) Un gran dominio hidrofílico hacia el exterior de la membrana. 2) Un pequeño dominio hidrofóbico formado por aminoácidos que atraviesa la capa lipídica y ancla la glicoproteína a la membrana. 3) Un pequeño dominio hidrofílico hacia el interior de la partícula viral. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 21

22 Las glicoproteínas virales cumplen diversas funciones biológicas durante el ciclo de vida de un virus, siendo esenciales para la infectividad, ya que actúan: 1) En la adsorción a la célula huésped. 2) En el proceso de fusión que permite la entrada de la nucleocápside viral al citoplasma. 3) En la brotación, que permite la salida del virus envuelto a partir de la célula infectada. Además las glicoproteínas son el blanco de reacción para el sistema inmune tanto en la respuesta humoral como celular. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 22

23 CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS Los virus se clasifican en base a su morfología, composición química y modo de replicación. Los virus que infectan a humanos frecuentemente se agrupan en 21 familias, reflejando sólo una pequeña parte del espectro de la multitud de diferentes virus cuyo rango de huéspedes como vertebrados, protozoos, plantas, hongos, bacterias. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 23

24 NOMENCLATURA El nombre de los virus obedece a distintas consideraciones. Algunas veces se debe a la enfermedad que ellos producen, por ejemplo el virus polio se llama así porque produce la poliomielitis. También puede deberse al nombre de los descubridores como el virus del Epstein-Barr, o a características estructurales de los mismos como los coronavirus. Algunos poseen un nombre derivado del lugar donde se los halló por primera vez, tal es el caso del virus Coxsackie o Norwalk. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 24

25 El ICTV (International Committee on taxonomy of viruses) ha propuesto un sistema universal de clasificación viral. El sistema utiliza una serie de taxones como se indica a continuación: Orden (-virales) Familia (-viridae) Subfamilia (-virinae) Género (-virus) Especie ( ) Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 25

26 Por ejemplo, el virus del Ebola de Kikwit se clasifica de la siguiente manera: Orden Mononegavirales Familia Filoviridae Género Filovirus Especie: Ebola virus Zaire Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 26

27 REPLICACIÓN DE LOS VIRUS Los virus sólo se multiplican en células vivientes. La célula huésped debe proporcionar la energía y la maquinaria de síntesis, también los precursores de bajo peso molecular para la síntesis de las proteínas virales y de los ácidos nucleicos. El ácido nucleico viral transporta la especificidad genética para cifrar todas las macromoléculas específicas virales en una forma altamente organizada. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 27

28 La única característica de la multiplicación viral consiste en que, poco después de su interacción con una célula huésped, el virión infectante se desintegra y pierde la infecciosidad que se puede medir. Esta fase del ciclo celular se llama periodo de eclipse; su duración varía dependiendo del virus y de la célula huésped en particular, y termina con la formación de las primeras partículas virales descendientes infecciosas Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 28

29 En algunos casos, tan pronto como el ácido nucleico viral penetra a la célula huésped, el metabolismo celular es recanalizado exclusivamente hacia la síntesis de nuevas partículas virales. En otros casos, los procesos metabólicos de la célula huésped no se alteran significativamente, aunque la célula sintetiza proteínas virales y ácidos nucleicos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 29

30 Los virus han desarrollado diversas estrategias para lograr la multiplicación en las células huéspedes parasitadas por ellos. Aunque los detalles varían de un grupo a otro, el patrón general de los ciclos de replicación es semejante. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 30

31 Fijación, penetración y pérdida de la cubierta: La primera etapa de la infección viral es la interacción de un virión con un sitio receptor específica de la superficie celular. Las moléculas receptoras difieren para los distintos virus y son proteínas en algunos casos (por ejemplo, picornavirus) y oligosacáridos en otros (por ejemplo, ortovirus y paramixovirus) Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 31

32 La presencia o la ausencia de receptores desempeña una función determinante de primer orden en el tropismo celular y la patogenia viral; por ejemplo, el poliovirus es capaz de fijarse sólo en las células del sistema nervioso central y las vías digestivas de los primates. Se cree que la fijación en receptores refleja homologías configurativas fortuitas entre la estructura de la superficie del virión y un componente de la superficie celular. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 32

33 Por ejemplo, el virus de la inmunodeficiencia humana (HIV) se une al receptor CD4 en las células del sistema inmunitario y se cree que el virus de la rabia interactúa con los receptores de acetilcolina y que el virus de Epstein-Barr reconoce al receptor para el tercer componente del complemento en las células B. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 33

34 Después de la fijación, la partícula viral entra en la célula. Esta etapa se conoce como penetración, viropexia o fagocitosis. En algunos sistemas, se realiza por endocitosis mediada por receptores, con captación de las partículas virales ingeridas dentro de endosomas. Están menos claros los detalles de la penetración en otros sistemas. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 34

35 Ocurre pérdida de la cubierta de manera concomitante con la penetración o poco después de la misma. La pérdida de la cubierta, o descubrimiento, es la separación física del ácido nucleico viral a partir de los componentes estructurales externos del virión. En este momento se pierde la infecciosidad del virus original. Los virus son los únicos agentes infecciosos en los que la disolución del agente infectante es una etapa obligatoria de la vía de la replicación. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 35

36 SINTESIS DE COMPONENTES VIRALES Poco después de quedar descubierto el genoma viral, se inicia la fase sintética del ciclo de replicación del virus. El aspecto esencial de la replicación viral consiste en que deben transcribirse los ARNm específicos del ácido nucleico viral para que se exprese y duplique con éxito la información genética. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 36

37 Una vez que se logra esta etapa, los virus recurren a los componentes de la célula para traducir el ARNm. Diversas clases de virus emplean vías diferentes para sintetizar los ARNm según la estructura del ácido nucleico viral. Algunos virus (por ejemplo, rhabdovirus, ortomixovirus y paramixovirus) poseen ARN polimerasas que sintetizan a los ARNm. Los virus ARN de este tipo se llaman virus de sentido negativo, puesto que su genoma de ARN de una sola cadena es complementario del ARNm, el cual se designa por acuerdo general como de sentido positiva. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 37

38 Durante la replicación viral se sintetizan todas las macromoléculas especificadas del virus en una secuencia muy organizada. En algunas infecciones por virus, notablemente las producidas por virus de doble tira que contienen ADN, se sintetizan proteínas virales tempranas poco después de la infección y aparecen proteínas tardías sólo durante la fase tardía del proceso infeccioso, una vez que ha ocurrido la síntesis del ADN viral. Pueden activarse o no genes tempranos cuando se elaboran los productos tardíos. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 38

39 En contraste, se expresa al mismo tiempo la mayor parte de la información genética de los virus que contienen ARN o toda ella. Además de estos controles temporales, existen también controles cuantitativos puesto que no se elaboran todas las proteínas virales en las mismas cantidades. Las proteínas específicas del virus pueden regular la extensión de la transcripción del genoma o la traducción del ARNm viral. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 39

40 Buenos modelos para el estudio de la expresión genética son los virus y los bacteriófagos pequeños de los animales. Su pequeño tamaño ha permitido aclarar la secuencia total de nucleótidos de unos cuantos virus. Esto ha hecho que se descubran genes sobrepuestos en los que se emplean algunas secuencias de ADN para la síntesis de dos polipéptidos diferentes, ya sea mediante el empleo de dos armazones de lectura diferentes o por medio de dos moléculas de ARNm que emplean los mismos armazones de lectura pero puntos de iniciación diferentes. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 40

41 Un sistema viral (adenovirus) reveló por primera vez el fenómeno de procesamiento de ARNm que se llama "empalme", por medio del cual se generan las secuencias de ARNm que codifican una proteina determinada a partir de secuencias separadas del modelo, con empalme de las secuencias no codificadoras intermedias de la transcripción. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 41

42 Se encuentra la variación más amplia en las estrategias de la expresión genética entre los virus que contienen ARN. Algunos viriones poseen polimerasas (ortomixovirus, reovirus); otros sistemas emplean mensajes subgenómicos generados a veces por empalme (ortomixovirus, retrovirus); por último, algunos virus sintetizan grandes precursores poliproteínicos que se someten a procesamiento y segmentación para generar los productos génicos finales (picornavirus, retrovirus). Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 42

43 La extensión a la que las enzimas específicas del virus participan en estos procesos varía de un grupo a otro. En general, los virus de mayor tamaño (herpesvirus, poxvirus) son más independientes de las funciones celulares que los virus de menor tamaño. Esta es una razón de que los virus de mayor tamaño sean más sensibles a la quimioterapia antiviral, porque se dispone de más procesos específicos de los virus como blancos de la acción farmacológica. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 43

44 Los sitios intracelulares en los que ocurren los diferentes acontecimientos de la replicación viral, varían de un grupo a otro. Es posible plantear algunas generalizaciones. La proteína viral se sintetiza en el citoplasma, sobre los polirribosomas compuestos por ARNm específico del virus y ribosomas de la célula huésped. El ADN viral suele replicarse en el núcleo. El ARN genómico viral se duplica generalmente en el citoplasma celular, aunque hay excepciones. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 44

45 Morfogénesis y liberación: Los genomas virales recién sintetizados y los polipéptidos de la cápside se ensamblan para formar los virus descendientes. Las cápsides icosaédricas pueden condensarse en ausencia de ácido nucleico, en tanto que las nucleocápsides de los virus de simetría helicoidal no pueden formarse sin ARN viral. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 45

46 No existen mecanismos especiales para la liberación de virus carentes de cubierta; las células infectadas acaban por experimentar lisis y liberar las partículas virales. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 46

47 Los virus cubiertos maduran por un proceso de gemación. Se insertan glucoproteínas de cubierta específica del virus en las membranas celulares y, a continuación, las nucleocápsides hacen gemación a través de la membrana a nivel de estos sitios modificados y, al hacerlo así, adquieren su cubierta. La gemación ocurre a menudo a nivel de la membrana plasmática y puede abarcar a otras membranas de la célula. Los virus cubiertos no son infecciosos hasta que han adquirido sus cubiertas. Por lo tanto, no se acumulan de manera típica viriones descendientes infecciosos en el interior de la célula infectada. Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 47

48 La maduración viral es a veces un proceso ineficaz. Pueden acumularse cantidades excesivas de componentes virales y participar en la formación de cuerpos de inclusión en la célula. Como resultado de los profundos efectos dañinos de la replicación viral, se desarrollan por último efectos citopáticos celulares y la célula muere. Sin embargo, hay casos en que el virus no lesiona a la célula y se producen infecciones persistentes y prolongadas. Ver relación de virus ADN y ARN Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 48

49 Dra. FLOR TERESA GARCÍA HUAMÁN 49

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