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APUNTE DE APOYO DOCENTE
“NIVELES DE ORGANIZACIÓN”
BACHILLERATO EN CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS
INGENIERÍA EN ALIMENTOS
por
Enrique Zamorano- Ponce, D.Sc.
Si usted observa su entorno podrá darse cuenta de que la materia exhibe
diversos grados de complejidad en su estructuración global. Podemos
encontrar formas que –según su patrón de organización pueden ser
considerados menos complejos en relación con otras formas que
indudablemente exhiben grados superiores de complejidad.
La materia
inerte es indudablemente menos compleja que la materia viva y dentro de la
materia viva un Micoplasma, desde un punto de vista morfofisiológico es
indudablemente menos complejo que una célula de músculo cardíaco o una
célula de túbulo renal.
En el análisis que iniciaremos es punto de partida los denominados
VIROIDES que corresponden a moléculas circulares de RNA que no poseen
ninguna cubierta protectora (Fig.1). El primer viroide en ser descubierto
fue el causante de la enfermedad de la papa (enfermedad del tubérculo) y
que se suponía era un virus. Se observó que esa enfermedad es causada por
un agente constituido exclusivamente de un ácido nucleico (ARN) de 359
nucleótidos, que mide 50 nm, no asociado a proteínas y que no forma
partículas virales completas. Los viroides descubiertos a la fecha están
constituidos por RNA de un peso molecular entre 75.000 y 100.000 daltons.
Son, por lo tanto moléculas bastante pequeñas de RNA. En los organismos
parasitados, los viroides se localizan por lo general, sino exclusivamente en
el interior de los núcleos celulares de la célula infectada en íntima
asociación con la cromatina. El mecanismo de multiplicación de los viroides
es aún desconocido y no se entiende cómo partículas tan pequeñas logran
inducir su multiplicación en las células parasitadas.
En el decurso del tiempo evolutivo aparecen con posterioridad los VIRUS,
palabra cuya declinación etimológica proviene del latín y significa “veneno”.
Son algo más complejos en estructura que los viroides. Fueron descubiertos
a finales del siglo XVIII (1.798) por el médico inglés EDWARD JENNER,
quien dio a conocer que tras infectar a un niño con la viruela de la vaca, el
paciente desarrollaba inmunidad a futuras infecciones. Estos experimentos
en humanos no eran tan audaces como hoy nos parecen. En esa época se
empleaba el método de infectar personas con la viruela de la vaca con el
propósito de inducir una respuesta inmune leve que protegiera de
infecciones futuras más graves.
A fines del siglo pasado y comienzos de este, cuando la Bacteriología era
objeto de grandes avances en el conocimiento, DIMITRI IVANOVSKY, en
1.892, que había estado estudiando el moteado destructivo en las hojas
del tabaco, demostró que la enfermedad conocida con el nombre Mosaico
del Tabaco, podía ser transmitida inoculando extractos de una planta
enferma en una planta sana. Después de varios ensayos el mismo Ivanovsky
denominó al agente que ocasiona esta enfermedad como Virus del Mosaico
del Tabaco (Fig.2) Algunos años después estos agentes patógenos fueron
denominados como Virus filtrables o simplemente VIRUS.
Mediante el
empleo de filtros de colodión con poros de dimensiones conocidas pudo
determinarse que el tamaño de los virus es menor al de las bacterias y se
encuentra entre los 10 y 300 nm. (Para mayor detalle en lo referido a
tamaño viral analice con detención la fig. 3)
En el año 1.899 BEIJERINCK publicó un trabajo en que se confirmaban los
trabajos de IVANOVSKY manifestando que el VMT era una forma más
elemental que una célula. Este autor dijo que se trataba de una entidad
subcelular que se puede reproducir sólo como parásito de células vivas.
LWOFF en 1.957
definió a los virus como:
“Entidades infecciosas,
potencialmente patógenas, intracelulares estrictas, que poseen un tipo
de ácido nucleico que dirige su reproducción, no se multiplican por fisión
binaria y están desprovistos de los sistemas enzimáticos para la
producción de energía”.
Cuando se habla de que los virus son intracelulares estrictos, se nos está
diciendo que ellos son parásitos obligados de formas celulares, esto es , que
para poder multiplicarse precisan de incorporarse al interior de la célula.
Cuando no es así se encuentran al estado de viriones que pueden
cristalizarse empleando los métodos adecuados y muestran una
conformación geométrica que se condice con estados de mínima energía
para su mantención. Sin embargo, cuando un virión ingresa al interior de la
célula se activan los sistemas que rinden el metabolismo de la célula al
servicio del virus y se multiplican en el interior de ella haciendo uso de la
maquinaria metabólica de la célula en beneficio del invasor.
No se considera a los virus como verdaderas células, sin embargo es posible
observar algunas características celulares tales como la autorreproducción,
la herencia y la mutación. Sin embargo como se decía anteriormente, los
virus dependen de las células de huésped y por ello se les considera como
parásitos obligados.
Existen varios criterios que pueden emplearse para clasificar a los virus.
Uno de estos criterios de clasificación viral corresponde al tipo de ácido
nucleico que ellos poseen. De acuerdo con este criterio podemos encontrar:
•
Virus ADN, esto es, que poseen Ácido Desoxirribonucleico (ADN) como
información genética. Ejemplos de virus ADN puede usted encontrar en
la figura 4.
•
Virus ARN, es decir, que poseen Ácido Ribonucleico
(ARN) como
información genética, entre los cuales podemos mencionar, por ejemplo,
el virus de la Inmunodeficiencia humana (VIH) (Fig.5).
También podemos clasificar a los virus según el tipo de célula que ellos
infectan. En este caso encontramos
•
•
•
Virus animales
Virus Vegetales
Bacteriófagos o simplemente fagos
Los virus albergan su información genética (DNA o RNA) en una estructura
denominada CÁPSIDE que está constituida por CAPSÓMERAS. El conjunto
recibe el nombre de NUCLEOCÁPSIDE
Muchos virus poseen simetría
icosaédrica. Un icosaedro es una estructura geométrica formada por 20
caras cada una de las cuales es un triángulo equilátero (Fig. 6). Esta simetría
asegura la existencia de la cápside en un estado de mínima energía. Sin
embargo no todos los virus poseen este tipo de simetría. Por mencionar
algunos ejemplos en que ello no se cumple, citaremos al virus Φ X 174, que
posee sólo 12 capsómeras, o bien, Adenovirus que posee 252 capsómeras o
el VMT que posee la forma de cilindro con simetría helicoidal (Fig.3).
Según ha transcurrido el tiempo se ha demostrado que muchas dolencias
humanas son ocasionadas por virus, entre otras: VIRUELA, SARAMPIÓN,
PAPERAS, VERRUGAS, POLIOMELITIS, HEPATITIS, INMUNODEFICIENCIA
HUMANA, HERPES, RABIA, RESFRÍO COMÚN y ciertos tipos de CÁNCER
entre otras.
Los bacteriófagos o simplemente fagos, (Fig. 7), son un tipo particular de
virus que ataca bacterias. Fueron descubiertos por TWORT en 1.915
mientras estudiaba el crecimiento bacteriano en superficie de agar.
Observó que determinada placas cultivadas sufrían una transformación
vidriosa por la cual se volvían acuosas y transparentes. Él observó que si
tomaba una muestra de esas placas y las depositaba en placas sanas, estas
últimas sufrían transformación. Dedujo que se trataba de una enfermedad
contagiosa de bacterias.
Dos años más tarde FELIX D’HERELLE
en 1.917 (canadiense) encontró
un agente capaz de producir la lisis de la bacteria ocasionante de la
disentería. Este autor tras largos años de investigación concluyó que el
destructor era un virus capaz de reproducirse sólo en el interior de una
bacteria.
A partir de ese momento se centraron esfuerzos para conocer la estructura
de este agente patógeno así como su estrategia de reproducción. Hoy se
sabe que, una vez que el Fago se posa sobre la pared bacteriana, es capaz
de introducir sólo su información genética al interior de la bacteria
permaneciendo la estructura restante fuera del cuerpo de la célula. Estas
estructuras vacías de DNA se denominan “fantasmas”. El ADN una vez en el
interior de la bacteria puede seguir dos vías alternativas que se han
denominado como ciclos de vida: “lítico” o “lisogénico”. En el primero
(Fig.8), el ADN una vez en el interior de la bacteria, dirige su propia
multiplicación. La maquinaria de la bacteria se pone al servicio del ADN del
fago para la génesis de cientos de partículas virales que se rodearán de su
cápside y posteriormente, al romperse la célula se liberarán, pudiendo
infectar otras células que se encuentren en las cercanías. El ciclo de vida
lisogénico (Fig.9) es algo más complejo ya que el ADN del fago se inserta en
el ADN bacteriano, permaneciendo en ese estado por un tiempo
indeterminado. Se dice que en este estado el virus se encuentra como
profago o provirus y en tal condición el virus se reproduce sólo cuando la
bacteria duplica su información genética. Sin embargo, puede ocurrir un
estímulo (físico o químico) lo que induce al profago a liberarse y de esta
manera iniciar un ciclo de reproducción de su información genética como en
el caso del ciclo lítico.
En la multiplicación lítica de los fagos se distinguen las fases de Absorción,
Penetración, eclipse y liberación.
En la fase de Absorción el fago
desenrrolla las fibras de la cola y se fija a la pared de la bacteria. La
absorción parece ocurrir en dos etapas. La primera, se debe probablemente
a fuerzas electrostáticas y puede ser reversible, es decir el fago puede
soltarse y adherirse en otro sitio de la pared bacteriana. La segunda,
irreversible, se establecen enlaces químicos firmes entre el fago y
receptores
específicos
de
la
pared
bacteriana.
Exi ste
una
complementariedad específica entre los receptores de la pared bacteriana
y las fibras del fago, de tal forma que hay un reconocimiento espec ífico a
nivel molecular que permite el reconocimiento, tal y como una “llave”
reconoce sólo su propia “cerradura”.
La penetración consiste en la inyección del DNA del fago en el interior de la
bacteria. La cabeza, el cuello y la cola del fago no penetran en la bacteria,
sino que permanecen fuera de ella unidos a la pared de la bacteria.(los que
anteriormente mencionamos como fantasmas). La inyección del DNA del
fago parece ocurrir como resultado de la combinación de una actividad
enzimática que horada la pared de la bacteria y una acción mecánica que
permite –a manera de émbolo- traspasar el material del fago desde la
cabeza del mismo hasta la bacteria. Recordemos que algunos fagos
presentan un cuello contráctil que permite este tipo de movimientos
mecánicos.
La fase de eclipse corresponde a una etapa en la cual no se observan
partículas del bacteriófago al microscopio electrónico. Sólo después de
cierto tiempo que puede variar entre los 5 y los 12 minutos dependiendo de
la especie bacteriana infectada por un bacteriófago, se observan las
primeras partículas virales. Sin embargo dentro de ese lapso existe una
enorme actividad bioquímica ya que el DNA del fago está “preocupado” de
multiplicarse en el interior de la bacteria, por lo cual es detectable toda la
actividad enzimática que implica la duplicación del ADN viral.
La fase de liberación implica la síntesis de lisosima una enzima que ataca y
destruye la pared bacteriana. Esta enzima es codificada por los fagos que
se encuentran ensamblados en el interior de la bacteria. De este modo los
fagos son liberados desde la bacteria y pasan hacia el medio ambiente
donde pueden infectar otras bacterias repitiéndose el ciclo una y otra vez.