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CLASE 26
VIRUS Y ELEMENTOS GENETICOS MOVILES
VIRUS: son paracitos intracelulares, son incapaces de
multiplicarse en forma externa a una célula, por eso tiene que
entrar a la célula, porque estos les proveen, las condiciones
necesarios para multiplicarse, le replica su ADN, les sintetiza
sus proteínas, es un parasito.
Todos los virus son perjudiciales, nunca hay un provecho por
tener una infección viral.
Todos los virus tienen que tener un acido nucleico, pudiendo
ser RNA o DNA, donde están los genes virales, que dependiendo del tamaño del virus, es su material
genético; también todos los virus están cubiertos por una cubierta proteica, que tiene una estructura
particular, esta tiene dos funciones:
a) proteger al acido nucleico, por que ahí están los genes.
b) es la encargada de que el virus ingrese a la célula.
Los virus existen en todos los reinos, en plantas,
bacterias, hongos, animales, etc. El estudio de los virus
ha permitido descifrar mecanismos moleculares, por
ejemplo: el mecanismo de replicación del ADN, se
descubrió estudiando la polimerasa del virus; también
ha ayudado a entender las bases moleculares del cáncer,
hace años se sospechaba que el cáncer tenia una base
genética, y el descubrimiento de algunos virus que
causan cáncer, ayudo a descifrar cuales son los genes,
que provocan cáncer, son los ONCOGENES.
Hay distintos tipos de formarse del virus, depende de la forma que tenga la cubierta proteica, que se llama
CÁPSIDE, hay distintos tipos de ésta, las simples están compuestas por una sola proteína; están en los
virus elicoidales (explicación de la diapo, virus color verde que produce la rabia). Los más complejos, su
cápside proteica conforma una estructura llamada icosaedro, tiene 20 caras perfectas, el de la diapo es un
adenovirus, cada una de sus caras están formadas por varias proteínas, hay algunas caras que están
formadas por 6 subunidades, formando una cara plana, parecida a un balón de futbol, es una manera de
generara una figura esférica usando caras planas.
Pregunta: ¿cada cara esta formada por 6 subunidades?
Respuesta: unas por 6 y otras por 5.
Algunos virus además del acido nucleico y la cubierta proteica, tiene una envoltura lipidica, una bicapa de
fosfolipidos, casi igual a la membrana plasmática, que rodea a la cápside por fuera. Para que les sirve la
envoltura? Para su mecanismo de replicación, el virus cuando sale de la célula, se lleva un pedacito de
membrana plasmática, y ese pedacito lo rodea.
Explicación de una diapo: los virus siempre tienen que tener una proteína en su superficie, porque con esa
proteína, el virus reconoce a los receptores de la célula, así se una y puede infectar ala célula, por eso los
virus que tiene una envoltura lipidica, tiene que tener una lipoproteína, que se llama GLICOPORTEINA
DE SUPERFICIE, que tapiza a todo el virus por fuera.
Pregunta: ¿los receptores que ocupa el virus, en la célula, sirven para otra cosa; porque no creo que sean
receptores para el virus?
Respuesta: claro, los virus se aprovechan de moléculas que hay en la superficie de la célula, pueden ser
proteínas, carbohidratos, aprovechándose de esa para infectar a la célula.
Los virus rompen casi todas las reglas de la biología molecular (ADN, ARN, simple doble hebra etc.),
porque hay virus que su genoma que esta en un DNA, que puede ser doble o simple hebra, también hay
virus que su genoma esta en RNA, y hay RNA doble y simple hebra. Algunos virus transforman el RNA
en DNA simple hebra, después en doble hebra, lo utilizan para hacer la transcripción de genes virales,
esos son los RETROVIRUS.
Acá ven unos signos positivos y negativos, lo que
quiere decir es que cuando es positivo, este RNA puede
ser usado directamente para ser traducido y sintetizar la
proteína, es un RNAm, el virus entra a la célula y este
RNA lo toman los ribosomas y empiezan a producir
proteínas virales. Para que un virus se replique tiene
que producirse un RNA negativo y a partir de este,
sintetiza mas copias de RNA positivo.
Positivo es la hebra codificante, ahí están codificadas
las proteínas virales.
Los virus tienen mas enzimas que nuestras células no
tienen, los virus son capaces de sintetizar RNA,
tomando como molde otro RNA.
BACTERIOFAGOS:
Son virus que están en las bacterias, fago es comer, estos virus se “comen” a las bacterias, también se
conocen como fagos, son importantes para la biología molecular , porque se usan como vectores de
clonamiento, se pueden manipular muy fácilmente. El mas conocido se llama fago lambda, que infecta a
la echericha colli, y lo que hace es unirse a la superficie de la bacteria, y no entra, tiene una estructura en
su cápside, que es como una jeringa que atraviesa la perded bacteriana y le inyecta su DNA. Fíjense que
las proteínas son productos de desecho, lo que importa es du DNA, porque cuando entra, la bacteria esta
obligada a sintetizar proteínas virales, y va a duplicar el DNA y formar nuevos virus. Un virus para
multiplicarse lo hace por parte; entra el AADN viral a la célula bacteria, se producen miles de copias de
ADN viral, a partir de los genes que producen grandes cantidades de proteínas virales, se arman los virus
al interior de la célula, y después ésta revienta, y los virus salen. Esa es la explicación de porque los virus
no enferman, sino que matan nuestras células.
Algunas bacterias tienen unas enzimas adentro que se llaman enzimas de restricción, que se encargan de
destruir el DNA viral , al entrar a la bacteria lo destruyen, no todas las bacterias tiene esas enzimas. Por
ejemplo la echericha colli, tiene enzimas de restricción, pero ninguna de esas reconoce al DNA fago
lambda.
Normalmente el virus hace esto: se
llama el camino lítico porque termina
lisando a la célula y la mata, y termina
saliendo miles de copias del mismo
virus. ´pero el virus es tan inteligente,
que si la bacteria no esta bien
metabólicamente, al virus no le
conviene tratar de multiplicarse dentro
de esa bacteria, porque le va a ir mal,
porque necesita energía para producir
ADN, proteínas, etc., entonces cuando
el virus no esta bien donde esta, no
hace la vía lítica, elije, en cambio el
camino litogenico, y lo que hace el virus es: ingresar el ADN a la bacteria y este ADN se integra al
cromosoma de la bacteria y se silencia, hasta que las condiciones metabólicas de la bacteria sean las
optimas, ahí el virus se vuelve a activar y produce nuevamente la vía lítica.
Esto es muy inteligente, porque el virus aunque no se este multiplicando, le inyecta su genoma al
cromosoma de la bacteria, y se asegura que cuando la bacteria de divida, ambas células hijas reciban el
material genético del virus, porque se van a multiplicar el cromosoma. Eso es algo parecido a lo que hace
el virus del sida, cuando esta silenciado.
Esto de la fase mitogenica, se descubrió cuando se intento infectar la achericha colli con fago lambda, y
no se infectaban, lo que paso, es que el virus cuando esta integrado, bloquea la reproducción de otro virus
que entre, es egoísta, no se puede tener dos virus en una bacteria, aunque este silenciado.
Los virus son parásitos que viven dentro de la célula, no pueden reproducirse fuera de una célula, puede
mantenerse en el ambiente, pero no se puede multiplicar.
Hay una discusión sobre el origen de los virus, se plantea de que los virus son restos evolutivos que
quedaron de cuando fue el rigen de la vida, cuando se empezaron a armar los primeros ácidos nucleicos;
los primeros genes, no se sabe si son restos de ese momento, o si los virus aparecieron después.
Veamos de forma muy rápida la trascripción reversa, lo que hacen los retrovirus. Para hacer eso, los
retrovirus tienen una enzima, que se llama transcriptaza reversa y es una enzima que tiene muchas
funciones, que esta en la misma proteína, como enzima es muy interesante estudiar, por que la misma
enzima realiza toda la acción.
A partir de RNA viral sintetiza un DNA,
vamos a tener un molécula de doble hebra,
que será un hibrido entre RNA y DNA,
después a enzima tiene una actividad de
RNAasa, y destruye al RNA viral
quedando solo el DNA de una hebra, el que
se copio a partir de RNA. Y después la
misma transcriptaza reversa cumple la
función de DNA polimerasa y sintetizara la
otra hebra de DNA a partir del DNA
formado inicialmente. Así el virus
transforma su RNA simple hebra en DNA doble hebra. Después hay otra enzima que es la integraza que
toma este DNA formado por el RNA viral y lo integra dentro de cualquier gen de la célula.
Acá esta el ciclo de vida completo de un retrovirus,
ahí esta el virus con su capa de envoltura lipidica y
sus proteína de envoltura de superficie. El virus entra
a la célula, esta el núcleo celular. Se produce la
trascripción reversa, o sea a partir del RNA que esta
en el virus se forma DNA doble hebra. Después se
produce la integración, la doble hebra se integra al
DNA de la célula y quedar latente muchos años
(como el virus del SIDA). Al pedazo integrado al
DNA se le conoce como pro-virus, no se le puede
decir virus porque no tiene la capside ni la estructura
completa del virus.
El virus prefiere integrarse a zonas de eucromatina,
lo cual es un riesgo porque ahí están los genes
activos, y esto puede inactivar a estos genes, y a
veces estos genes inactivados son genes supresores de tumores. Por eso al SIDA se pueden relacionarse
ciertos tumores, además es así como se descubrieron estos virus, estudiando células tumorales de ratones.
En los años 70 cuando se descubrieron estos virus, un señor Baltimore tomo tumores de ratones, los
molió, hizo un homogenizado, los filtro y el “jugo” que obtuvo de ese filtrado se lo inyecto a un ratón
sano, el cual tiempo después presento cáncer.
Una vez que esta integrado el pro-virus al DNA, por trascripción se producen muchas copias del RNA
viral, se traduce con los ribosomas produciendo proteínas virales. Luego los RNA y proteínas virales se
arman, formando nuevos virus que salen de la célula por hiemación, sin matar a la célula. Sacando un
poco de membrana la cual cubre al virus.
Cuando esta el pro-virus en el gen de la célula, este se transcribe en mayor cantidad, esto se explica
porque los promotores virales son miles de veces mas potentes que los de la célula. Casi obligando al
RNApolimerasa a transcribir los genes virales.
Los virus cuentan con muy pocos genes, no
necesitan muchos genes para hacer todas las
funciones que tienen. Por ejemplo los retrovirus
tienen 3 genes solamente. Se llaman “gag”,
“pol” y “env”. Con esos 3 genes hacen todo esto
que les conté recién.
A partir de estos genes se producen 2
poliproteinas, o sea se transcriben, se traducen y
se producen 2 poliproteinas (A y B), después se
produce por un maderamiento proteolitico, una
proteasa, la poliproteina va siendo cortada, y de
ahí van saliendo las proteínas maduras que son
la integraza, proteasa y la transcriptaza reversa,
a partir del gen pol. A partir del gen gag salen
las proteínas de la capside, y a partir del gen env
salen las proteínas de la envoltura.
Este gen se asemeja a un operon en el sentido
de que tiene un solo promotor (zona LTR), pero
la diferencias es que se traducen juntos, en una sola piloproteina, los operones traducirían los genes por
separado. Pero tiene bastante semejanza con un operon.
Hay otro tipo de DNA. Que son móviles y se
llaman transposones. Los transposones fueron
una rareza cuando fueron descubiertos, durante
muchos años no se les presto atención, hasta
que se descifro el genoma humano (2001). En
esa época se comenzó a ver más a los
transposones, por que la mitad de genoma
humano son transposones. La mitad de DNA
que esta en nuestras células son transposones
que han ido quedando ahí luego de millones de
años de evolución. Ahora se entiende a los
tansposones como agentes muy importantes en
la evolución de las especies, por que estos
producen cambios importantes en el genoma de
una especie.
El transposon consiste en sacar un gen de una parte del genoma y ponerlo en otra parte del genoma,
producido por simples mutaciones. Pero los transposones son mucho más drásticos que mutaciones
específicas de alguna base, los transposones mueven un gen de una parte a otra. Pueden quedar cerca de
otros genes e interactuar con estos, también pueden duplicar el gen y esta copia se pega en otra parte, un
solo gen se duplica y eso es un paso muy grande en la evolución.
Transposones hay en todas partes, pero se descubrieron por primera vez en plantas. Y tenemos tantos
tranposones en todo el genoma que se considera a los transposones como DNA moderadamente repetitivo.
La longitud de los transposones es muy variable, el proceso se llama transposición (cuando este gen sale
de una parte y se integra en otra parte del genoma). La frase “Los transposones no parecen tener una
función útil para la célula” para la célula no tiene una función útil, de hecho para la célula son
perjudiciales por que le puede mutar genes los altera, pero para la especie serian muy importantes en el
ámbito de la evolución. Son parásitos genéticos, incluso algunos transposones son muy parecidos a los
virus, que han perdido su capside.
Existen 2 tipos de transposones, funcionan siempre
como DNA, veámoslo en la figura, la parte (a) el
transposon seria la parte amarilla y el genoma normal
seria la parte azul, y lo q hace es salir de ahí e
integrarse en otra parte. Estos transposones de DNA
se van moviendo por el genoma. Pero hay otros, que
se llaman retrotransposones, funciona casi igual a los
retrovirus. De hecho se cree que son restos de
retrovirus que han quedado durante millones de años
y quedaron como retrotransposones.
Estos retrotransposones están integrados al DNA, y
desde el genoma por trascripción se forma un RNA, y
el retrotransposon tiene una transcriptaza reversa que
toma este RNA y los transforma en DNA, y este
DNA se integra en otra parte del genoma, lo cual ha
pasado por muchos millones de años y por eso
nuestro DNA esta lleno de transposones. Todo esto
dentro de la misma célula, y en una célula germinal
para que pueda multiplicarse este cambio que ocurrió.
Al final son retrovirus que no tienen capside.
Aquí se muestra como se integra un transposon a una parte del gen.
Acá esta el DNA donde el transposon se va a integrar, entonces la
transposasa (enzima encargada de la transposición) produce 2 cortes a
la molécula de DNA, 2 cortes asimétricos, no rompe las 2 hebras de
forma lineal. EL DNA se separa y al medio se introduce el transposon,
despues viene la DNA polimerasa y rellena los espacios del DNA que
no tienen nucleótidos, y se completa así el transposon dentro de un
nuevo sitio del genoma.
Como hacen los transposones para estar activos?
No se si es un proceso que se active o se inactive, pero si es muy raro. Si
bien en nuestro genoma tenemos millones de transposones, la mayoría esta
inactivo. Se cree que son poquitos los que se están moviendo (5 o 6).
El transposon iría alargando la cadena de DNA?
Claro, el DNA iría creciendo todo el tiempo, y eso es lo que pasa nuestro genoma es mucho mas grande de lo que
debería ser. Hay muchos genes q no codifican para nada, y ahora se sabe que esas secuencias son restos de
transposones que han quedado ahí. Esto ocurre con los que transcriben a RNA, los que salen y se mueven no
alargan la cadena.
Cual es la importancia evolutiva?
Hay muchos genes que comparten exones, genes distintos que tienen exactamente los mismos exones. Por ejemplo
las tirosina quinaza, q conducen señales y verán mas adelantes, todas esas comparten una misma parte de la
proteína. Entonces como distintas proteína de distintos genes, pudieron tener las mismas secuencias de
aminoácidos. Entonces se dieron cuenta de que las secuencias compartidas eran exones. Vieron que había un exon
que estaba compartido con un montón de genes distintos. Y cuando fueron a ver que había al lado de los genes se
dieron cuenta de que había lo mismo, y se dieron cuenta de que eran transposones. Entonces vieron de que en vez
de salir los transposones solos, salieron todos juntos formando un gran transposon, y se integro en el intron de otro
gen, integrando a la vez un intron que viajo con el transposon. Entonces el gen recibe un intron nuevo, pudiendo
darle nuevas funciones a esa proteína.
Fueron a ver que era lo que había en los intrones de al
lado y cuando vieron la sorpresa fue grande pues,
habían transposones. Entonces que es lo que se creía
que pasó, de estos dos transposones en vez de moverse
en forma independiente uno del otro, en algún momento
salieron como un gran transposon (****) se la llevaron
con él. Salió de acá y se integró en otra parte y fue a
integrarse justo dentro de un intrón de otro gen.
Entonces ahora ese otro gen recibe un exón nuevo. Y al
recibir exones nuevos quizá le dio propiedades nuevas a
esa proteína y a lo mejor esa proteína nos favoreció
evolutivamente.
En las bacterias, los transposones tienen una importancia médica, porque casi todos los transposones bacterianos
llevan un gen de resistencia a cualquier antibiótico. Entonces los transposones en combinación con los plasmidios
son los culpables de que los genes de resistencia a antibióticos se diseminen entre las distintas especies de bacterias.
Entonces el transposon puede salir de acá y puede integrarse a otra
parte llevándose el gen de resistencia del antibiótico en cuestión. Los
retrotransposones se comportan como retrovirus que se diseminan en
el genoma, son = a los retrovirus pero le faltan los genes de las
proteínas de la cápside, entonces tienen los genes de la transmutasa
reversa, integrasa, etc. Son muy pequeños, entre 5 y 8 kD.
Los transposones como son la misma genoma, permite que haya
recombinación homóloga entre transposones y esto provoca las
duplicaciones o deleciones de los genes. En mamíferos causó las
distintos tipos, por ejemplo de globina, alpha beta, gamma, delta,
épsilon y la pregunta es por qué se duplicaron esos genes. Cuando
uno estudia la secuencia de ADN que está a ambos lados de esos
genes, por casualidad se encuentran transposones. Ósea esos
transposones se encargaron en algún momento de la evolución de
duplicar diversos genes de globulina y gracias a eso los mamíferos
podemos tener distintos tipos de globina y así permitir el embarazo
(porque usa un tipo de globina especial).
Esto también es importante, por ejemplo pensemos que
mover un gen de un lugar a otro no tiene la mayor
importancia, porque se podría pensar que el gen está y
eso es suficiente, pero la posición de un gen en el
genoma tiene mucho que ver con el nivel de
transcripción de ese gen. Un transposon toma un gen
que está en una zona de heterocromatina y se lo lleva a
una zona de eucromatina probablemente ese gen
comenzará a transcribirse cuando no debiera
transcribirse. O el transposon toma un gen inactivo y lo
lleva al lado de un gen que es muy activo, que tiene
activador de transcripción, entonces este gen que viene
inactivo ahora se activa pk el otro gen lo está influenciando. Es decir el descubrimiento que hizo “esta señora”
investigando plantas de maíz, cuando descubrió los transposones, recién ahora se entiende la importancia de estos
elementos.
Plasmidios:
Son elementos genéticos circulares y autónomos y se replican dentro de las bacterias, es decir los encontramos sólo
en las bacterias, entonces qué son las bacterias
(pero
yo creo que se equivocó pues debió haber
dicho
qué son los plasmidios): “son mini elementos
de
DNA circulares que se replican independiente
del
cromosoma bacteriano” y hay muchos
plasmidios que hay una sola copia dentro de
cada
célula y otros plasmidios donde hay hasta 500
o más
copias se llaman plasmidios multicopia y
depende del origen de replicación del
plasmidio. Esto es importante, pues muchos
poseen gen de resistencia a antibióticos y se
ha
visto que plasmidios que tenían resistencia para un antibiótico y
pasado un tiempo poseen resistencia para un nuevo antibiótico
(enfermedades intrahospitalarias, donde cada vez más cuesta matar
a las bacterias, pues generan resistencia a lo que las elimina). Como
recibe ese nuevo gen de resistencia, pues se lo trajo un transposon
que estaba en el cromosoma de la bacteria, salta y se mete en el
plasmidio, entonces al final estos plamidios en las bacterias de
hospitales acumulan información para ser resistentes a más
antibióticos, adquiriendo una batería de resistencia lo que las hace
imposibles de matar. La cepa de tuberculosis es prácticamente
resistente a todos los antibióticos, por el mal uso que se les dio (la
gente le dolía la cabeza y tomaba antibióticos). Entonces cuando un
paciente es resistente a las cepas multirresistencia se le da VANCOMICINA, antibiótico de última generación. Hoy
en día es muy difícil generar antibióticos, pues las bacterias son cada vez más resistentes. Vancomicina es lo más
resistente.
Antes los antibióticos se descubrían a cada rato como la penicilina y el señor que la descubrió de ahí hubo una gran
explosión de descubrimiento pero hoy en DIA descubrir un antibiótico nuevo puede tardar 5 a 10 años. Tardo 10
años en tener un antibiótico nuevo y en un par de años la bacteria ya es resistente por lo que hoy en día es muy
difícil que un medico recete vancomicina ya que esta muy regulado esté es el ultimo antibiótico que queda, pero
luego las bacterias que son maravillosas ya se van a hacer resistentes a la vancomisina.
Ya que estamos hablando de infecciones intra hospitalarias
los plasmidios son una lata ya que estos no solo se
transmiten de una bacteria en forma vertical, de una célula
a sus 2 células hijas todas van a tener el plasmidio de
resistencia pero también se pueden transmitir en forma
horizontal, es decir, una bacteria que no tiene el plasmidio
se junta con otra que si lo tiene y se lo traspasa por un
fenómeno llamado conjugación y para colmo de males
esta conjugación es entre bacterias de distintas especies
por ejemplo en un hospital aparece un estreptococo
resistente a varios antibióticos y si no se controla ese brote
semanas después aparece un estafilococo con el mismo
plasmideo y ahí va quedando las escobas en las UCI, esto es como la estructura general de un plasmideo es un DNA
circular y tiene 2 elementos básicos un origen de replicación, esto se tiene que replicar dentro de la célula ya que no
se puede mantener y tienen por lómenos un gen de
resistencia a antibióticos, en este caso, ampicilina la
nomenclatura es ampR hay plasmidios que no tienen
resistencia pero la mayoría si lo tiene y estos plasmidios no
son solos los malos de la película sino que son muy útiles ya
que gracias a estos se pueden clonar genes, manipular el
ADN, se usan como vectores los plasmidios se han
manipulado como herramientas de biología molecular.
La conjugación es un intercambio de material genético, esta bacteria es un bacilo por su forma y pueden ver acá que
tienen unas estructuras similares a pelos que son proteínas que usan para unirse con otra bacteria, quedar
perfectamente unido para intercambiar plasmidios, se asocian y se pasan plasmidios unos a los otros lo mas
normal es que hayan muchas copias de los plasmidios.
Hay plasmidios que no tienen genes de resistencia a antibióticos , entonces ¿Cómo se mantienen? Se a descubierto
que dentro del plasmidio se encuentra una proteína que codifica un veneno que mata a la bacteria pero el mismo
plasmidio tiene una proteína que codifica para un antídoto, mientras que este el plasmidio este dentro de la bacteria
hay veneno y antídoto por lo que la bacteria
sobrevive y la gracia de este sistema es que el
veneno es de larga duración y el veneno de corta
duración, entonces si la bacteria pierde el
plasmidio la bacteria muere por acción del
veneno que es de larga duración y el antídoto de
corta
duración , por lo que el plasmidio esta obligando
la
bacteria a mantenerlo a dentro por lo que los
plasmidios son parásitos de las bacterias así
como
los virus lo son de nuestras células, claro que las
bacterias también se aprovechan de los
plasmidios para mandarse genes de resistencia
entre
ellas.
Por ultimo un ejemplo más extremo que es un plasmidio que permite a las bacterias cambiarse genes cromosómicos
y esto ocurre mediante una bacteria que tiene un plasmidio, plasmidio F el cual es capaz de integrarse en el
cromosoma de la bacteria y después la bacteria que tiene integrado el plasmidio F se conjuga con otra que no tiene
el plasmidio, la bacteria que no tiene plasmidio se lo va a querer entregar a otra que no tenga plasmidio, entonces el
mecanismo es que el plasmidio se empieza a duplicar transfiriéndose a la bacteria mientras se duplica y este
proceso no es perfecto entonces se puede transmitir el plasmidio F pero se puede llevar un pedacito del cromosoma,
entonces ya es casi es el colmo de la adaptación
intercambiándose genes cromosómicos, entonces si ustedes
lo piensan es como una especie de reproducción sexual que
tiene la bacteria, entonces esto es muy importante por que
hay genes de patogenicidad, me explico, en nuestro intestino
esta la E.coli la cual no nos enferma pero a veces nos
enfermamos de E. coli patogénica que nos dan infecciones
intestinales serias y esas bacterias no son las que viven en
paz en nuestro organismo y si uno las estudia esta bacteria
patógenas , tiene genes que le dan esta característica, genes
que no tiene la E. coli normal y esos genes están en su
cromosoma en su plasmidio, por ejemplo con el mecanismo
anterior una salmonela le puede haber transmitido la
patogenisidad a la E. coli, ósea no se transfiere el cromosoma completo es un pedacito no mas.