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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
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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`.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 20-27
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.
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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.
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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.
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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.
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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 ( )
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Por ejemplo, el virus del Ebola de Kikwit se clasifica de la
siguiente manera:
Orden Mononegavirales
Familia Filoviridae
Género Filovirus
Especie: Ebola virus Zaire
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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.
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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
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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.
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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.
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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)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 .
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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No existen mecanismos especiales para la liberación de virus
carentes de cubierta; las células infectadas acaban por
experimentar lisis y liberar las partículas virales.
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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.
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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
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