Indice
1.
Introducción
2.
Características
3.
Replicación
4. Los virus en la
medicina
6.
Tratamiento
7. Infecciones en
plantas
8. Papel en la
investigación
9.
Bacteriófago
T4
10. Estructura
viral
11. Replicación
viral
12.
Virus
1. Introducción
(Del latín, ‘veneno’),
entidades orgánicas compuestas tan sólo de material
genético, rodeado por una envuelta protectora. El
término virus se
utilizó en la última década del siglo pasado
para describir a los agentes causantes de enfermedades más
pequeños que las bacterias.
Carecen de vida independiente pero se pueden replicar en el
interior de las células
vivas, perjudicando en muchos casos a su huésped en este
proceso. Los
cientos de virus conocidos
son causa de muchas enfermedades distintas en
los seres humanos, animales,
bacterias y
plantas.
La existencia de los virus se estableció en
1892, cuando el científico ruso Dmitry I. Ivanovsky,
descubrió unas partículas microscópicas,
conocidas más tarde como el virus del mosaico del tabaco. En 1898
el botánico holandés Martinus W. Beijerinck
denominó virus a estas partículas infecciosas.
Pocos años más tarde, se descubrieron virus que
crecían en bacterias, a los que se denominó
bacteriófagos. En 1935, el bioquímico
estadounidense Wendell Meredith Stanley cristalizó el
virus del mosaico del tabaco,
demostrando que estaba compuesto sólo del material
genético llamado ácido ribonucleico (ARN) y de una
envoltura proteica. En la década de 1940 el desarrollo del
microscopio
electrónico posibilitó la visualización de
los virus por primera vez. Años después, el
desarrollo de
centrífugas de alta velocidad
permitió concentrarlos y purificarlos. El estudio de los
virus animales
alcanzó su culminación en la década de 1950,
con el desarrollo de los métodos
del cultivo de células,
soporte de la replicación viral en el laboratorio.
Después, se descubrieron numerosos virus, la
mayoría de los cuales fueron analizados en las
décadas de 1960 y 1970, con el fin de determinar sus
características físicas y
químicas.
Los virus son parásitos intracelulares
submicroscópicos, compuestos por ARN o por ácido
desoxirribonucleico (ADN) —nunca
ambos— y una capa protectora de proteína o de
proteína combinada con componentes lipídicos o
glúcidos. En general, el ácido nucleico es una
molécula única de hélice simple o doble; sin
embargo, ciertos virus tienen el material genético
segmentado en dos o más partes. La cubierta externa de
proteína se llama cápsida y las subunidades que la
componen, capsómeros. Se denomina nucleocápsida, al
conjunto de todos los elementos anteriores. Algunos virus poseen
una envuelta adicional que suelen adquirir cuando la
nucleocápsida sale de la célula
huésped. La partícula viral completa se llama
virión. Los virus son parásitos intracelulares
obligados, es decir: sólo se replican en células
con metabolismo
activo, y fuera de ellas se reducen a macromoléculas
inertes.
El tamaño y forma de los virus son muy
variables. Hay
dos grupos
estructurales básicos: isométricos, con forma de
varilla o alargados, y virus complejos, con cabeza y cola (como
algunos bacteriófagos). Los virus más
pequeños son icosaédricos (polígonos de 20
lados) que miden entre 18 y 20 nanómetros de ancho (1
nanómetro = 1 millonésima parte de 1
milímetro). Los de mayor tamaño son los alargados;
algunos miden varios micrómetros de longitud, pero no
suelen medir más de 100 nanómetros de ancho.
Así, los virus más largos tienen una anchura que
está por debajo de los límites de resolución
del microscopio
óptico, utilizado para estudiar bacterias y otros
microorganismos.
Muchos virus con estructura
helicoidal interna presentan envueltas externas (también
llamadas cubiertas) compuestas de lipoproteínas,
glicoproteínas, o ambas. Estos virus se asemejan a
esferas, aunque pueden presentar formas variadas, y su
tamaño oscila entre 60 y más de 300
nanómetros de diámetro. Los virus complejos, como
algunos bacteriófagos, tienen cabeza y una cola tubular
que se une a la bacteria huésped. Los poxvirus tienen
forma de ladrillo y una composición compleja de proteínas.
Sin embargo, estos últimos tipos de virus
son excepciones y la mayoría tienen una forma
simple.
3. Replicación
Los virus, al carecer de las enzimas y
precursores metabólicos necesarios para su propia
replicación, tienen que obtenerlos de la célula
huésped que infectan. La replicación viral es un
proceso que
incluye varias síntesis separadas y el ensamblaje
posterior de todos los componentes, para dar origen a nuevas
partículas infecciosas. La replicación se inicia
cuando el virus entra en la célula:
las enzimas celulares
eliminan la cubierta y el ADN o ARN viral
se pone en contacto con los ribosomas, dirigiendo la
síntesis de proteínas.
El ácido nucleico del virus se autoduplica y, una vez que
se sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la
cápsida, los componentes se ensamblan dando lugar a nuevos
virus. Una única partícula viral puede originar una
progenie de miles. Determinados virus se liberan destruyendo la
célula
infectada, y otros sin embargo salen de la célula sin
destruirla por un proceso de exocitosis que aprovecha las propias
membranas celulares. En algunos casos las infecciones son
‘silenciosas’, es decir, los virus se replican en el
interior de la célula sin causar daño
evidente.
Los virus que contienen ARN son sistemas
replicativos únicos, ya que el ARN se autoduplica sin la
intervención del ADN. En algunos casos, el ARN viral
funciona como ARN mensajero, y se replica de forma indirecta
utilizando el sistema ribosomal
y los precursores metabólicos de la célula
huésped. En otros, los virus llevan en la cubierta una
enzima dependiente de ARN que dirige el proceso de
síntesis. Otros virus de ARN, los retrovirus, pueden
producir una enzima que sintetiza ADN a partir de ARN. El ADN
formado actúa entonces como material genético
viral.
Durante la infección, los
bacteriófagos y los virus animales difieren en su
interacción con la superficie de la célula
huésped. Por ejemplo, en el ciclo del bacteriófago
T7, que infecta a la bacteria Escherichia coli, no se producen
las fases de adsorción ni de descapsidación. El
virus se fija primero a la célula y, después,
inyecta su ADN dentro de ella. Sin embargo, una vez que el
ácido nucleico entra en la célula, los eventos
básicos de la replicación viral son los
mismos.
4. Los virus en la
medicina
Los virus representan un reto importante para
la ciencia
médica en su combate contra las enfermedades infecciosas.
Muchos virus causan enfermedades humanas de gran importancia y
diversidad.
Entre las enfermedades virales se incluye el
resfriado común, que afecta a millones de personas cada
año. Otras enfermedades tienen graves consecuencias. Entre
éstas se encuentra la rabia, las fiebres
hemorrágicas, la encefalitis, la poliomielitis y la fiebre
amarilla. Sin embargo, la mayoría de los virus causan
enfermedades que sólo producen un intenso malestar,
siempre que al paciente no se le presenten complicaciones serias.
Algunos de éstos son la gripe, el sarampión, las
paperas, la fiebre con calenturas (herpes simple), la varicela,
los herpes (también conocidos como herpes zóster),
enfermedades respiratorias, diarreas agudas, verrugas y la
hepatitis.
Otros agentes virales, como los causantes de la rubéola
(el sarampión alemán) y los citomegalovirus, pueden
provocar anomalías serias o abortos. El síndrome de
inmunodeficiencia adquirida (SIDA),
está causado por un retrovirus. Se conocen dos retrovirus
ligados con ciertos cánceres humanos, y se sospecha de
algunas formas de papilomavirus. Hay evidencias, cada vez
mayores, de virus que podrían estar implicados en algunos
tipos de cáncer, en enfermedades crónicas, como la
esclerosis múltiple, y en otras enfermedades
degenerativas. Algunos virus tardan mucho tiempo en
originar síntomas, y producen las llamadas enfermedades
víricas lentas, como la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob y
el kuru, en las que se destruye el cerebro
gradualmente.
Todavía hoy se descubren virus responsables
de enfermedades humanas importantes. La mayoría pueden
aislarse e identificarse con los métodos
actuales de laboratorio,
aunque el proceso suele tardar varios días. Uno de ellos
es el rotavirus que causa la gastroenteritis
infantil.
Los virus se propagan pasando de una persona a otra,
causando así nuevos casos de la enfermedad. Muchos de
ellos, como los responsables de la gripe y el sarampión,
se transmiten por vía respiratoria, debido a su
difusión en las gotículas que las personas
infectadas emiten al toser y estornudar. Otros, como los que
causan diarrea, se propagan por la vía oral-fecal. En
otros casos, la propagación se realiza a través de
la picadura de insectos, como en el caso de la fiebre amarilla y
de los arbovirus. Las enfermedades virales pueden ser
endémicas (propias de una zona), que afectan a las
personas susceptibles, o epidémicas, que aparecen en
grandes oleadas y atacan a gran parte de la población. Un ejemplo de epidemia es la
aparición de la gripe en todo el mundo, casi siempre, una
vez al año.
Los tratamientos que existen contra las
infecciones virales no suelen ser del todo satisfactorios, ya que
la mayoría de las drogas que
destruyen los virus también afectan a las células
en las que se reproducen. La alfa-adamantanamina se utiliza en
algunos países para tratar las infecciones respiratorias
causadas por la gripe de tipo A y la
isatin-beta-tiosemicarbazona, efectiva contra la viruela. Ciertas
sustancias análogas a los precursores de los ácidos
nucleicos, pueden ser útiles contra las infecciones graves
por herpes.
Un agente antiviral prometedor es el
interferón, que es una proteína no tóxica
producida por algunas células animales infectadas con
virus y que puede proteger a otros tipos de células contra
tales infecciones. En la actualidad se está estudiando la
eficacia de
esta sustancia para combatir el cáncer. Hasta hace poco,
estos estudios estaban limitados por su escasa disponibilidad,
pero las nuevas técnicas de clonación del material genético,
permiten obtener grandes cantidades de ésta
proteína. En unos años se podrá saber si el
interferón es realmente eficaz como agente
antiviral.
El único medio efectivo para prevenir las
infecciones virales es la utilización de vacunas. La
vacunación contra la viruela a escala mundial en
la década de 1970, erradicó esta enfermedad. Se han
desarrollado muchas vacunas contra
virus humanos y de otros animales. Entre las infecciones que
padecen las personas se incluyen la del sarampión,
rubéola, poliomielitis y gripe. La inmunización con
una vacuna antiviral estimula el mecanismo autoinmune del
organismo, el cual produce los anticuerpos que le
protegerán cuando vuelva a ponerse en contacto con el
mismo virus. Las vacunas contienen siempre virus alterados para
que no puedan causar la enfermedad.
7. Infecciones
en plantas
Los virus originan gran variedad de enfermedades
en las plantas y daños serios en los cultivos. Las
más comunes se producen por el virus del mosaico amarillo
del nabo, el virus X de la patata (papa) y el virus del mosaico
del tabaco. Los vegetales tienen paredes celulares rígidas
que los virus no pueden atravesar, de modo que la vía
más importante para su propagación la proporcionan
los animales que se alimentan de ellos. A menudo, los insectos
inoculan en las plantas sanas los virus que llevan en su aparato
bucal, procedentes de otras plantas infectadas. También
los nematodos, gusanos cilíndricos, pueden transmitir la
infección cuando se alimentan de las
raíces.
Los virus vegetales pueden acumularse en
cantidades enormes en el interior de la célula infectada.
Por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco puede representar
hasta el 10% del peso en seco de la planta. Los estudios de la
interacción entre estos virus y las células
huéspedes son limitados, ya que la infección se
realiza a través de un insecto vector. Además, no
se suele disponer en el laboratorio de los cultivos celulares
susceptibles de ser infectados por virus
vegetales.
8. Papel en la
investigación
El principal objetivo de
los biólogos ha sido el estudio molecular de los virus y
su interacción con la célula huésped. El
estudio de la replicación de los bacteriófagos en
bacterias descubrió la existencia de ARN mensajero, que
llevaba el código genético del ADN necesario para
la síntesis de proteínas. Los estudios con estos
virus han sido también el instrumento para definir los
factores bioquímicos que inician y finalizan la
utilización de la información genética.
El
conocimiento de los mecanismos de control de la
replicación viral es fundamental para entender los
eventos
bioquímicos en organismos superiores.
Los virus son útiles como sistemas modelo para
estudiar los mecanismos que controlan la información genética,
ya que en esencia son pequeñas piezas de esta
información. Esto permite a los científicos
estudiar sistemas de replicación más simples y
manejables, pero que funcionan con los mismos principios que
los de la célula huésped. Gran parte de la investigación sobre los virus pretende
conocer su mecanismo replicativo, para encontrar así el
modo de controlar su crecimiento y eliminar las enfermedades
virales. Los estudios sobre las enfermedades víricas han
contribuido enormemente para comprender la respuesta inmune del
organismo frente a los agentes infecciosos. Estudiando esta
respuesta, se han descrito a fondo los anticuerpos séricos
y las secreciones de las membranas mucosas, que ayudan al
organismo a eliminar elementos extraños como los virus.
Ahora, el interés
científico se centra en la investigación destinada
a aislar ciertos genes virales. Éstos podrían
clonarse para producir grandes cantidades de determinadas
proteínas, que serían utilizadas como
vacunas.
9. Bacteriófago T4
Esta micrografía electrónica de transmisión
muestra un
bacteriófago T4, un virus que infecta sólo a
bacterias (en algunos casos sólo a Escherichia coli).
Los fagos carecen de cualquier mecanismo de
reproducción, y aprovechan los mecanismos de la bacteria
para replicarse. Esto lo hacen agarrándose a las paredes
celulares con las fibras, a modo de patas, visibles
aquí. La cola es una vaina que se contrae para inyectar
el contenido de la cabeza, el material genético (ADN),
dentro del hospedador. En 25 minutos, son capaces de utilizar
con éxito los mecanismos reproductores de la bacteria, y
la progenie viral llena la célula. Entonces, la atestada
bacteria estalla, liberándose unas 100 nuevas copias del
bacteriófago.
10. Estructura
viral
Algunos bacteriófagos (virus que
parasitan bacterias), izquierda, tienen una estructura bastante
complicada y elaborada. El fago T4, representado aquí,
consta de cinco proteínas y de las siguientes partes:
cabeza, cola, un cuello o collar, placa basal y unas fibras a
modo de patas. Por contra, un virus de la gripe, derecha, es
más simple. Una envuelta lipídica envuelve el
caparazón proteico, o cápsida, el cual, como en
el bacteriófago, encierra el material genético
enrollado. Desde esta envuelta se proyectan dos tipos de
proteínas a modo de púas, que determinan las
propiedades infectivas del virus. Los hospedadores humanos
deben producir nuevas defensas inmunes cada vez que
éstas mutan; de aquí las vacunaciones anuales que
se realizan.
11. Replicación
viral
Fuera de una célula hospedante, un virus
es una partícula inerte. Pero una vez dentro de la
célula, el virus se reproduce muchas veces y forma miles
de individuos que abandonan la célula para buscar otras
a las que parasitar. Los virus patógenos actúan
destruyendo o dañando las células cuando
abandonan aquéllas en las que se han
reproducido.
12. Virus
Los virus son parásitos intracelulares
obligados, partículas compuestas de material
genético (ADN o ARN, pero no ambos) rodeado por una
cubierta proteica protectora. Fuera del huésped son
inertes; dentro, entran en una fase dinámica en la que se replican,
utilizando las enzimas de la célula huésped, sus
ácidos nucleicos, sus aminoácidos y sus
mecanismos de reproducción. Así, llevan a cabo lo
que no pueden realizar solos. La replicación viral
conlleva, a menudo, perjuicios para el hospedador: enfermedades
como el herpes, la rabia, la gripe, algunos cánceres, la
poliomielitis y la fiebre amarilla, son de origen
vírico. Entre los 1.000 a 1.500 virus conocidos, hay
unos 250 que causan enfermedades en los seres humanos (unos 100
de los cuales, provocan el resfriado común), y otros 100
infectan a distintos animales.
Autor:
Martín Buczyner
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