3. LOS VIRUS. Características generales

Transcripción

1 3. LOS VIRUS Características generales Los virus son partículas microscópicas visibles solamente al microscopio electrónico. Su tamaño es tan pequeño, que atraviesan los filtros que normalmente retienen a las células. Carecen de estructura celular, por lo que se llaman formas acelulares. Constituyen la frontera entre lo vivo y lo inerte. Están formados por un ácido nucleico (ADN o ARN, nunca los dos) envuelto por una cápsula proteica, llamada cápsida, y en ocasiones, una envoltura membranosa por fuera de la cápsida. Cuando se encuentran fuera de una célula son totalmente inertes, ya que no poseen enzimas para desarrollar un metabolismo propio. Los virus en su fase extracelular reciben el nombre de VIRIONES. Cuando se adhieren a la superficie de una célula, comienzan la fase intracelular o infectiva, para lo cual introducen en el interior de la misma su genoma vírico, y allí se reproduce y es capaz de sintetizar las cápsidas de nuevos virus, utilizando para ello la materia, la energía y el sistema enzimático de la célula parasitada. Son, por tanto, parásitos estrictos u obligados. Es necesario que la partícula vírica esté completa para que sea infectiva. Presentan una fase de eclipse en su ciclo de multiplicación, en la que no pueden ser localizados dentro de la célula huésped. Composición y estructura Los virus que más componentes tienen, constan de: 1. GENOMA VÍRICO: se compone de una o varias moléculas de ADN o de ARN, pero nunca los dos simultáneamente. Estas moléculas pueden ser monocatenarias o bicatenarias, circulares o lineales. Casi todos los virus de ADN se replican en el núcleo de la célula parasitada y la mayoría de los virus de ARN se replican en el citoplasma. 2. CÁPSIDA: es la cubierta proteica que envuelve al genoma vírico, al que le sirve de protección. En los virus carentes de envoltura membranosa, la cápsida sirve también para el reconocimiento de los receptores de membrana de las células parasitadas. El conjunto formado por el genoma vírico y por la cápsida recibe el nombre de NUCLEOCÁPSIDA. La cápsida está formada por subunidades de naturaleza proteica, que pueden ser iguales o distintas entre sí, llamadas CAPSÓMEROS, que se disponen de una manera regular y simétrica. El genoma vírico codifica tres tipos de proteínas: estructurales, que constituyen la estructura final del virión, enzimáticas, entre las que destacan las implicadas en la síntesis de los ácidos nucleicos, y aglutinantes, que son las que interactúan con los receptores celulares y capacitan al virión para propagar la infección. No obstante, la mayoría utiliza los enzimas celulares para su replicación, transcripción y traducción. Las cápsidas pueden ser de varios tipos: - CÁPSIDA POLIÉDRICA: es la que tiene forma de poliedro. Muchos virus presentan una cápsida ICOSAÉDRICA, que tiene forma de icosaedro, poliedro formado por 20 caras triangulares, cada una de ellas formada por capsómeros; el conjunto tiene un aspecto globoso. Un ejemplo de virus con cápsida icosaédrica es el virus humano de las verrugas, que pertenece al grupo de los adenovirus (virus de ADN), al igual que los virus causantes del resfriado. (a) (b) (a) (c) (d) Fibras caudales Espinas basales cabeza cola placa basal

2 - CÁPSIDA HELICOIDAL: es la formada por una serie de capsómeros que se disponen helicoidalmente, formando una estructura tubular hueca, con forma de bastoncillo, en cuyo interior se sitúa el ácido nucleico, formando una espiral. Un ejemplo de este tipo de virus es el virus de la rabia o el virus del mosaico del tabaco (VMT), cuyo ácido nucleico es ARN. (b) - CÁPSIDA COMPLEJA o BINARIA: aparece en algunos bacteriófagos (virus que infectan a bacterias). Esta cápsida se compone de dos partes: una cabeza, de tipo icosaédrico, que contiene el ácido nucleico, y una cola, que está adaptada para inyectar ese ácido nucleico en el interior de la bacteria. La cola consta de un eje tubular, rodeado de una vaina proteica contráctil, una placa basal hexagonal de la que emergen las espinas basales y las fibras caudales, cuya misión es actuar como órgano de fijación a las células y facilitar así la penetración del genoma vírico en la célula que infectan. Un ejemplo de este tipo de virus es el bacteriófago T4 cuyo ácido nucleico es ADN bicatenario. (c) 3. ENVOLTURA MEMBRANOSA: sólo la poseen algunos tipos de virus, como el de la gripe, el de la rabia o el del SIDA. Esta envoltura aparece rodeando la nucleocápsida y se compone de una doble capa lipídica procedente de la célula parasitada (de la que salen por gemación) con glucoproteínas integradas, cuya síntesis depende del genoma vírico, y sirven para reconocimiento de la célula huésped y para la inducción de la penetración del virión en ella por fagocitosis. En otros virus puede proceder de la membrana nuclear, del retículo endoplasmático o del aparato de Golgi. (d) Clasificación de los virus Los virus se pueden clasificar atendiendo a varios criterios: Según la forma de la cápsida, tenemos: (explicar aquí la estructura de la cápsida vista antes) Helicoidales (VMT). Poliédricos (virus de las verrugas). Binarios o complejos (fago T4 que infecta a la bacteria Escherichia coli). Según el tipo de ácido nucleico: Virus de ADN: que puede ser monocatenario o bicatenario (herpes labial, fago T4). En ambos casos, el ADN puede ser circular o lineal. Virus de ARN: que puede ser bicatenario circular o lineal (reovirus) o monocatenario circular o lineal (polio, hepatitis A, paperas, sarampión, resfriado común, hepatitis C, rubeola, SIDA). Un grupo de virus de ARN es el de los retrovirus, como el virus del SIDA, también llamado VIH. Son virus animales que al infectar una célula, copian el ARN en ADN, al revés de lo que ocurre en las células, de ahí su nombre. La síntesis de ADN a partir de ARN, se lleva a cabo por un enzima viral, la transcriptasa inversa. Según tengan o no envoltura membranosa. Con envoltura (explicada arriba). Son ejemplos el virus del SIDA, el de la gripe, el del herpes, o el de la rabia). Desnudos: son virus que carecen de envoltura. Ej.: hepatitis B, fago T4, VMT. Según las células que parasitan: Bacteriófagos: son los virus que parasitan a las bacterias. Ej.: fago T4, fago λ (lambda). Virus vegetales: son los que parasitan a los vegetales. Ej.: VMT. Virus animales: son los que parasitan a los animales. Ej.: virus de la rabia, el de la hepatitis, el del SIDA o el del sarampión.

3 Ciclo de vida Como ya hemos dicho anteriormente, los virus carecen de funciones de nutrición y de relación, y el contacto con la célula huésped es puramente fortuito. Sin embargo, una vez que entran en contacto con ella, poseen unos complejos mecanismos para reproducirse dentro de la célula huésped y utilizar su materia y su energía, así como toda su maquinaria, para fabricar su ácido nucleico y sus capsómeros. El ciclo de reproducción de cualquier virus consta de las siguientes fases: 1. Fase de fijación o de adsorción: las células huésped o diana tienen en sus membranas receptores específicos para los virus que las infectan, uniéndose proteínas de la cápsida, glucoproteínas de las espículas o de las envolturas externas del virus con proteínas o glucoproteínas de la membrana de la célula infectada. La adhesión puede ser mecánica o química. Como ejemplo de fijación mecánica tenemos la de algunos bacteriófagos a través de sus espinas basales. La interacción química es la más frecuente, y en ella se establecen enlaces débiles entre los sitios de fijación y los receptores. Algunos virus animales o vegetales no tienen sitios fijos de unión. Es el caso sobre todo de algunos virus vegetales, que no se fijan a sitios específicos de la célula, sino que penetran directamente a través de zonas de rotura o heridas, o por la acción de artrópodos transmisores, principalmente insectos. A lo largo de la evolución, cada tipo de virus ha adquirido la capacidad de fijarse a un determinado tipo celular, ya que en estas uniones existe una gran especificidad. Los virus poseen un rango muy limitado de hospedadores. Así, un virus vegetal no suele infectar a una célula animal, e incluso, un tipo de virus solo infecta a un tipo de célula. 2. Fase de penetración: los virus utilizan diferentes mecanismos de penetración en la célula parasitada: Los bacteriófagos, como el T4 de E. Coli perforan la pared bacteriana mediante un enzima, la lisozima, después se contrae la cola del virus y el ADN se inyecta en el interior (se verá después). Los virus envueltos fusionan su envoltura con la membrana de la célula huésped, pasando al interior solamente la nucleocápsida, o engloban el virión entero por endocitosis mediada por receptor. Los virus desnudos (sin envoltura) introducen toda la nucleocápsida en la célula, bien por penetración directa al perforar la membrana mediante enzimas hidrolíticos, o por endocitosis mediada por receptor, quedando englobados en una vesícula o vacuola.

4 3. Fase de eclipse: en ella, el genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando los recursos de la célula (ATP, enzimas, aminoácidos, ribosomas...). Por supuesto, como el genoma vírico es extraño a la célula, es atacado por enzimas, pero cuando no es destruido, se produce la infección. En función de la duración de la fase eclipse se distinguen principalmente dos ciclos: el ciclo lítico y el ciclo lisogénico. En esta fase se produce la replicación del acido nucleico (ADN o ARN) y transcripción de los ARN m para la síntesis de las proteínas víricas. 4. Fase de maduración o ensamblaje: los capsómeros se ensamblan formando la cápsida, a la vez que el ácido nucleico se pliega en su interior, formándose así la nucleocápsida. 5. Fase de liberación: los virus salen de la célula, básicamente por dos mecanismos: Por gemación, induciendo en la membrana celular la formación de pequeñas vesículas o yemas, en las que se introducen los virus, y que acaban separándose de la célula. Así se liberan los virus con envoltura. Aprovechando los mecanismos de exocitosis de la célula, o provocando pequeños agujeros en su membrana mediante enzimas líticos. Es el caso de los virus desnudos. Por lisis celular, ya que el virus lleva información para la formación de un enzima, la endolisina, que rompe la membrana y la pared bacteriana, lisando la célula y liberando los viriones al exterior. Los virus presentan básicamente dos tipos de ciclo de multiplicación: uno virulento o ciclo lítico, y otro no virulento, atemperado, o ciclo lisogénico o de infección persistente. a. CICLO LÍTICO O VIRULENTO: lo estudiaremos para el bacteriófago T4, cuya estructura hemos estudiado. Su ácido nucleico es una molécula de ADN bicatenario. Este ciclo se llama lítico porque conduce a la destrucción de la célula parasitada. Las fases de este ciclo son: 1. Fase de fijación o de adsorción: la membrana de la célula parasitada presenta glucoproteínas y proteínas que actúan como receptores de membrana que permiten la adhesión de los viriones, ya que la superficie del virus presenta proteínas que se unen o adsorben específicamente a ellas. Primero se produce la unión de las fibras caudales a la pared bacteriana, para pasar después a clavar en ella las espinas basales. La unión es específica. Los virus no son agentes infecciosos muy eficaces, ya que se necesitan miles de viriones para que uno pueda quedar adherido a la célula. 2. Fase de penetración: la placa basal contiene unas enzimas llamadas lisozimas, capaces de perforar la pared de la bacteria. Posteriormente, la vaina de la cola se contrae y el ADN es inyectado en el interior de la célula a través del orificio producido. La cápsida queda fuera. 3. Fase de eclipse: se llama así porque no se observan virus en el interior de la célula, aunque hay una gran actividad metabólica al servicio del virus, que utilizando los nucleótidos y la ARN-polimerasa de la bacteria, transcribe su ADN para producir ARNm viral que se traducirá para dar lugar a las proteínas de la cápsida, a endonucleasas que destruirán el ADN bacteriano y a endolisinas que romperán la membrana celular. También en esta fase se produce la replicación

5 del ADN vírico con los complejos enzimáticos de la célula. Existe, por tanto, un cese en el metabolismo bacteriano y se orienta hacia la síntesis de elementos del fago. 4. Fase de ensamblaje: los capsómeros se unen para formar la cápsida, y el ADN vírico se pliega y se introduce en su interior, formándose la nucleocápsida. 5. Fase de lisis o de liberación: la endolisina fabricada en la fase de eclipse destruye la membrana y la pared de la bacteria, produciéndose el proceso de lisis, con lo que los viriones formados son liberados, pudiendo ser capaces de infectar otras bacterias. Todo este ciclo va acompañado de una serie de daños, alteraciones o modificaciones, más o menos profundas de la actividad bioquímica y de la morfología del citoplasma de la célula. b. CICLO LISOGÉNICO, NO VIRULENTO O ATEMPERADO: se produce en algunos virus como el caso del fago λ, que al infectar una célula huésped, no la destruyen, sino que su genoma se incorpora al ADN bacteriano, permaneciendo en estado de vida latente con la mayoría de sus genes reprimidos, sobre todo los que controlan el ciclo lítico, y es replicado como una parte más del ADN de la célula huésped, con lo que se consigue su multiplicación. A estos virus incluidos en el genoma celular se les llama virus atenuados, atemperados, provirus o profagos y a la célula receptora, célula lisogénica. La relación entre el virus y la célula lisogénica se llama lisogenia. El ADN vírico puede permanecer en estado latente durante varias generaciones de la célula huésped, hasta que un estímulo (una proteina activadora o un agente externo como los rayos UV) puede inducir la separación del profago, que inicia entonces un ciclo lítico. Este proceso se llama inducción. Hay que decir que mientras la célula parasitada posee el ADN del profago, es inmune a infecciones de este mismo virus o de virus afines, inmunidad que se heredará de generación en generación, ya que el profago va inserto en el ADN celular. A veces, los fagos liberados llevan consigo genes de la bacteria, de manera que al infectar a otra bacteria, estos genes se transmitan a esta, produciéndose un intercambio de informacion genética, es un fenómeno parasexual denominado TRANSDUCCION.

6 c. Ciclo de un retrovirus (virus del SIDA o VIH): los retrovirus son virus con ARN monocatenario, que se replican a través de intermediarios de ADN bicatenario. Las enfermedades más importantes causadas por los retrovirus son el SIDA y algunos tipos de cánceres (sarcoma de Rous y algunos tipos de leucemia). La estructura del virus del SIDA es la siguiente: el virión tiene forma esférica, su envoltura es una bicapa fosfolipídica procedente de la célula huésped, de la que emergen unas protuberancias glucoproteicas de origen vírico. Cada protuberancia está anclada en otra proteína protuberancias bicapa que atraviesa la bicapa. Estas protuberancias poseen afinidad por receptores de la membrana de los linfocitos T, sus células diana. ARN transcriptasa inversa nucleocápsida proteica capa proteica El ciclo de vida es lisogénico y tiene dos fases: Una segunda envuelta, la nucleocápsida icosaédrica, exclusivamente proteica, rodea al nucleoide o corpúsculo central del virión que está formado por una tercera capa proteica en forma de cono truncado. En su interior, las dos moléculas idénticas de ARN se encuentran rodeadas por unas fundas de proteínas que llevan adheridas sendas moléculas del enzima transcriptasa inversa o retrotranscriptasa, que le van a permitir fabricar ADN utilizando ARN como hebra patrón. 1. Fase temprana: abarca desde el anclaje del virus hasta la integración de su genoma en el de la célula. Consta de las siguientes etapas: Entrada del VIH en la célula. Los receptores de la envoltura del virus interaccionan con los receptores CD4 de la célula huésped, y a continuación se produce la fusión de la envoltura del virus con la membrana del linfocito. Formación del ADN. La transcriptasa inversa es capaz de utilizar el ARN vírico, monocatenario, para sintetizar una doble cadena de ADN. Integración del ADN formado, que emigra al núcleo celular, en el genoma de la célula, constituyendo así el PROVIRUS. En la mayoría de las células, la infección se detiene en este punto, entrando en una fase de latencia vírica, que puede durar años. En algún momento se activa y sigue el ciclo infectivo. 2. Fase tardía: consta de las siguientes etapas: Transcripción del genoma del provirus, formándose ARN masi como las copias del ARN que irán a los viriones hijos. Traducción del ARNm, formándose muchas copias de las proteínas víricas (las de la cápsida, las de la envoltura y la transcriptasa inversa). Ensamblaje. Las proteínas de la envoltura van emigrando hacia la membrana de la célula y se introducen en su estructura, lo que origina en ella una pequeña protuberancia. El resto de proteínas se unen para formar la cápsida y encierran en su interior el ARN del virus, formando la nucleocápsida. Gemación. Las nucleocápsidas emigran hacia la membrana, de donde emergen los virus por gemación, que es una vía de salida no destructiva que a menudo hace que las infecciones de retrovirus se toleren durante largos periodos de tiempo. El brote de muchos virus mediante este sistema puede hacer que la membrana del linfocito se desintegre, con lo que la célula

7 muere. Durante esta etapa, el individuo infectado desarrolla la enfermedad propiamente dicha. La transmisión del virus se realiza fundamentalmente por vía sexual, por vía sanguínea y de una madre afectada al feto. Ocasionalmente pueden infectar las células germinales, de manera que cada uno de nosotros puede poseer perfectamente esos genes retrovíricos heredados unidos a nuestro ADN humano normal. En ocasiones, pueden permanecer completamente inactivos, probablemente reprimidos por los rígidos sistemas de control que dirigen la actividad de todos los genes celulares. Mediante radiación o la acción de diversas sustancias químicas carcinógenas, a menudo se puede inducir actividad a los genomas retrovíricos heredables inactivos.