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VIROLOGÍA – CAPÍTULO UNO
VIROLOGÍA BÁSICA: DEFINICIONES,
CLASIFICACIÓN, MORFOLOGÍA Y QUÍMICA
Traducido por :
Sarah M. Castillo - Jorge, Clinica Corominas
Santiago, Rep. Dominicana
VIDEOCONFER
ENCIA
EN INGLÉS
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Lectura: Murray
et al.,
Microbiología,
3ra Ed., Capitulo
6
GLOSARIO
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),
OBJETIVOS
pero esta es adquirida de las células huésped, usualmente por
Una introducción a yemación a través de la membrana de dichas células. Si el virus posee
membrana, también debe de tener una o más proteínas víricas que
los virus, su
actúen como ligando para los receptores en la membrana de la célula
naturaleza,
huésped. Muchos virus codifican proteínas estructurales (aquellas que
estructura y
forman una partícula vírica madura (o virión)) y quizás una enzima
clasificación
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
I fundamentalmente diferentes de aquellas en organismos celulares. La
magen 1
dependencia de los virus en las células huésped en varios aspectos de
Tamaño relativo
su ciclo evolutivo ha complicado el desarrollo de medicamentos,
de virus y
puesto que la mayoría de los mismos inhibe el crecimiento celular y
bacterias Adaptado la multiplicación viral (ya que se utilizan las mismas enzimas en
de Koneman et al. Color
Atlas and Textbook of
ambos).
Microbiology 5ta Ed. 1997
Virus imagen © Dr Linda
Stannard, Universidad de
Cape Town. Usado con
autorización.
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
Imagen 2. Tamaño específicamente proteínas virales (especialmente enzimas virales). En
de los virus de
contraste con los virus, las bacterias (imagen 1) llevan a cabo sus
DNA y de RNA
propios procesos metabólicos. Aún cuando están catalizando
reacciones similares, las enzimas bacterianas difieren de sus
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
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.
Medidas de control para los virus incluyen:
Divisi Presen
Cultivo
Presen
ón
cia
Presenc
Sensibili
en
cia de
por conjunt ia de
dad a los
medio
acido
fisión
a de
riboso
antibiótic
artifici
murámi
binari ADN y
mas
os
al
co
ARN
Bacteria
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Mycoplas
ma
Si
Si
Si
Si
No
Si
No
Si
Si
Si
Si
Si
Chlamydi
a
No
Si
Si
Si
No
Si
Viruses
No
No
No
No
No
No
Rickettsia
*
* La familia arenavirus (una familia de virus ARN) aparenta empacar
ribosomas “accidentalmente”. Los ribosomas empacados parecen no
tener ningún rol en la síntesis de proteínas virales.
Tamaño de los
virus RNA
positivos
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?
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
WEB
RESOURCES
Principles of virus
architecture
Linda Stannard
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 –
Platonic Solids
y este proceso no es necesariamente letal – por tanto, algunos virus pueden
University of Utah
provocar infecciones persistentes.
Triangulation
Numbers
J-Y Sgro
Los virus envueltos son completamente infecciosos sólo si su envoltura está
intacta (puesto que las proteínas de adhesión viral que reconocen
receptores en las células huésped se encuentran en la envoltura). Por tanto,
los agentes que destruyen la envoltura como los alcoholes y detergentes,
disminuyen su virulencia e infectividad.
ESTRUCTURAS DE LAS NUCLEOCÁPSIDES DE LOS VIRIONES
A. Morfología icosaédrica
Un icosaedro es un sólido platónico con 20 caras (imagen 3A) y una rotación
simétrica de 5:3:2 (imagen 3B). Hay seis ejes de 5 dobleces de simetría a
través de los cuales el icosaedro puede ser rotado pasando por sus vértices,
diez ejes de 3 dobleces de simetría atravesando cada cara y quince ejes de
2 dobleces atravesando por los bordes (imagen 3B). Hay 12 ángulos o
vértices y una simetría de 5 dobleces alrededor de los vértices (imagen 3C).
La cápside esta hecha de repeticiones de subunidades de la proteína viral
(Puede haber uno o varios tipos de subunidad(es) dependiendo del virus).
Todas las caras de un icosaedro son idénticas
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).
A
Icosaedro: 20 caras triangulares
B
5:3:2 de simetría rotacional
C
Cinco dobleces en los vértices
Imagen 3
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-i
Los virus más grandes tienen más capsómeros, los capsómeros extras se organizan
en un orden regular en las caras de los icosaedros, generalmente tienen 6 vecinos y,
al conjunto, se les llama hexones
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
H Componentes de la cápside de un icosaedro
J
Empacado de objetos uniformes circulares con una morfología hexagonal
K Organización de un Adenovirus
I
Adenovirus humano en tinción negativa © 1995 Dr Linda Stannard, University of Cape
Town. Usado con autorizacion
K
Reconstrucción tridimensional de micrográficas crío - electrónicas de la cápside del
virus herpes simplex. Imagen rotatoria. Instituto Nacional de la Salud
L
La forma icosaédrica de un balón de fútbol. Note que la pelota consiste de pentones
(negros) y hexones (blanco)
M
Cúpula geodésica
B. Simetría o Morfología helicoide
Imagen 4
Las subunidades proteicas pueden interactuar entre sí y con el ácido
nucleico para formar una estructura como hebras espirales. Los virus
helicoides que mejor han sido estudiados son los virus no-envueltos del
mosaico de las plantas de tabaco (Imagen 4 A-E). La naturaleza de hélice
de este virus se puede apreciar claramente con una tinción negativa en una
micrografía electrónica puesto que el virus forma una estructura rígida
baciliforme. En virus helicoides envueltos (i.e. virus de la influenza, virus de
la rabia), la cápside es más flexible (y más elongada) y aparece en las
tinciones negativas como un cordón de teléfono.
A
La estructura del virus del mosaico de tabaco denota una estructura 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
E
Virus del Mosaico del Tabaco (TEM x376, 200) © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.
Utilizado con autorizacion
F
Virus de la rabia Wadsworth Center, NY Dept o. de Salud
G
Virus de la Influenza © 1995 Dr Linda Stannard, Universidad de Cape Town. Usado con
autorización
C. Morfología compleja
Estas son estructuras regulares, pero la naturaleza de la morfología no está
aún completamente entendida. Ejemplo de virus con esta morfología: los
poxvirus (Imagen 5).
A
Morfología compleja vista en los poxvirus Fenner and White Medical Virology 4 t2 Ed. 1994
Imagen 5
B
Poxvirus visto con tinción negativa © Stewart McNulty, 1994 Division de Ciencias
Veterinarias, Queen's University Belfast
C
Virus Molluscum contagiosum - un Molluscipoxvirus © 1995 Dr Linda Stannard,
Universidad de Cape Town. Usado con permiso
LAS CINCO FORMAS ESTRUCTURAS BÁSICAS DE LOS VIRUS EN LA
NATURALEZA

I
magen 6
Cinco tipos
básicos de la
morfología viral




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.
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
El sistema internacional acordado para la clasificación de los virus está
basado en la estructura/composición de la partícula viral (virión) (Imagen 7),
en algunos casos, el modo de replicación es también importante en la
clasificación. Los virus se clasifican en varias familias según estas bases.
CLASIFICACIÓN INTERNACIONAL
Imagen 7
Características primarias usadas en la clasificación
Los virus se clasifican de acuerdo a la naturaleza de su genoma y su
estructura
Familias de los
virus de DNA.
Todas las familias
mostradas son
icosaédricas a
excepción de los
poxvirus
CLASIFICACION VIRAL
ARN o ADN
Cadena sencilla o cadena
doble
Segmentados o nosegmentados
Ácido nucleico
Familias de los
virus de RNA
Modificado de Volk et
al., Essentials of
Medical Microbiology.
4ta Ed
linear o circular
Si el genoma es de ARN
de cadena sencilla,
¿puede funcionar como
RNAm?
Si el genoma es diploide
(se encuentra en
retrovirus)
Morfología (icosaédrica,
helicoide, compleja)
Estructura del virión
Envoltura o no
Número de capsómeros
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
VIRUS DE ADN
Morfolo
gía
PARVOVIRID
AE
HEPADNAVIR
IDAE
PAPILLOM
AVIRIDAE *
POLYOMAVIRIDAE *
I
I
I
I
Envolt
ura
-
+
-
-
Tama
ño
Polimer
asa de
virión
Incluye virus
adenoasociados,
parvovirus
humano B19.
20nm
42nm
4060nm
4060nm
Comentarios
y ejemplos
+
ADN se
replica
mediante un
intermediario
ARN. Incluye
virus hepatitis
B el cual
puede
aumentar el
riesgo de
hepatocarcino
ma.
-
Algunos
causan
verrugas,
algunos se
asocian a
elevación del
riesgo de
cáncer
cervical
-
SV40,
algunos
causan
Leucoencefal
opatía
multifocal
progresiva
(LMP)
ADENOVIRID
AE
I
-
80nm
-
Más de 40
serotipos
humanos
HERPESVIRI
I
+
190n
-
Es común la
DAE
POXVIRIDAE
m
C
+
200n
mx
350n
m
latencia.
Incluye
herpes
simplex tipos
1 y 2, virus
varicella
zoster, virus
Epstein Barr
(mononucleos
is infecciosa),
citomegaloviru
s
+
Virus vaccinia,
viruela, viruela
vacuna
Citoplásmicos
, muy
complejos
* Anteriormente se agrupaban todos juntos como PAPOVAVIRIDAE
LAS FAMILIAS DE VIRUS EN LA LISTA PRECEDENTE ESTAN
ENUMERADOS EN ORDEN CRECIENTE DE ACUERDO AL TAMAÑO DEL
GENOMA
VIRUS ARN – DE SENTIDO POSITIVO
Morfolo
gía
PICORNAVIRI
DAE
CALICIVIRID
AE
TOGAVIRIDA
E
I
I
I
Envolt
ura
-
-
+
Tama
ño
30nm
35nm
6070nm
Polimer
asa de
virión
Comentarios y
ejemplos
-
Incluye
enterovirus,
rhinovirus, virus
coxsackie,
poliovirus, virus
hepatitis A
-
Gastroenteritis,
agente Norwalk
es
probablemente
incluido aquí
-
Alphavirus
genus: incluye
virus de
encefalitis
equina del oeste
(WEE),
encefalitis
equina del
este(EEE),
encefalitis
equina
venezolana,
virus
Chikungunya,
virus Sindbis,
virus del bosque
de Semliki
Rubrivirus
genus: alberga
solo el virus
rubella
FLAVIVIRIDA
E
I
+
4055nm
-
Incluye los virus
de fiebre
amarilla,
dengue,
encefalitis
japonesa,
encefalitis de
San Louis, etc.
Hasta hace
poco se
clasificaban con
los Togaviridae
CORONAVIRI
DAE
RETROVIRID
AE
H
I
+
+
75160n
m
100n
m
-
Se estima que
es responsable
del 10 – 30% de
los resfriados
comunes
+
Tienen
transcriptasa
inversa, algunos
son
oncogénicos en
animales.
Incluye al VIH.
Genoma
diploide
VIRUS ARN – DE SENTIDO NEGATIVO
Morfolo
gía
RHABDOVIRIDA
E
H
PARAMYXOVIRI
DAE
H
ORTHOMYXOVIR
IDAE
BUNYAVIRIDAE
H
H
Envolt
ura
+
+
+
+
Tama
ño
60 x
180n
m
150300n
m
80120n
m
95nm
Polimer
asa del
virión
Comentari
os y
ejemplos
+
Estos
incluyen el
virus de la
rabia, virus
de la
estomatitis
vesicular,
virus
Mogola,
virus
Duvenhage
+
Incluyen
virus de la
enfermeda
d de
Newcastle,
virus
parainfluen
za, virus de
la
parotiditis,
virus del
sarampión,
virus
sincitial
respiratorio
+
Virus de
Influenza
tipo A y B
tienen
genoma
segmentad
o. Adoptan
capuchone
s o capas
de ARNm
+
Más de 86
miembros,
la mayoría
tiene
vectores
artrópodos.
Incluyen
encefalitis
de
California,
encefalitis
de
LaCrosse,
fiebre
hemorrágic
a del
CrimeanCongo, y
virus de la
fiebre del
valle Rift.
Los
miembros
del genus
hantavirus
(incluyen
agentes de
la fiebre
hemorrágic
a de
Corea,
síndrome
pulmonar
en EEUU)
parece
tener
vectores
roedores.
Genoma
segmentad
o.
ARENAVIRIDAE
H
+
50300n
m
+
Incluyen
coriomenin
gitis
linfocítica,
virus de
Lassa,
Junin
(fiebre
hemorrágic
a
argentina),
y de
Machupo
(fiebre
hemorrágic
a
boliviana).
Genoma
segmentad
o
FILOVIRIDAE
H
+
80nm
x 800900n
m
+
Virus
Marburg,
Ébola, y
Reston
RNA VIRUS ARN – DE CADENA DOBLE
Morfolog
ía
Envoltu
ra
Tamañ
o
Polimera
sa de
virión
Comentario
sy
ejemplos
Los
reoviridae
incluyen
los géneros
reovirus,
rotavirus y
orbivirus.
REOVIRIDA
E
Las
infecciones
humanas
con reovirus
son
aparentemen
te
asintomática
s.
I
-
75nm
+
Algunos que
afectan
humanos
son el virus
de la fiebre
de garrapata
de Colorado
(orbivirus) y
los rotavirus
humanos
(que pueden
causar
gastroenteriti
s) Todos
estos virus
tienen
genoma
segmentado