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VIROLOGÍA GENERAL Gioia Marino- Ma Viviana Bojanich DEFINICIÓN Un virus es un agente infectante que contiene DNA o RNA dentro de una estructura compleja de proteínas y lípidos. El genoma viral junto con la cubierta se denomina virión. Los virus no poseen la maquinaria necesaria para producir energía, por lo que dependen por completo de las células que los albergan, es decir, son parásitos intracelulares obligados. Los virus pueden producir patologías en el hombre, animales, plantas y bacterias, denominados estos último bacteriófagos. Los virus son agrupados en diversas familias teniendo en cuenta su forma, estructura y composición del ácido nucleico, aspectos inmunológicos, patogénicos o epidemiológicos. En el cuadro siguiente se muestra la clasificación de los principales virus de importancia médica. Clasificación de los virus Familia Virus ARN Cadena simple Picornaviridae Togaviridae Flaviviridae Rhabdoviridae Paramyxoviridae Orthomyxoviridae Arenaviridae Retroviridae De cadena doble Reoviridae Virus de ADN Cadena simple Parvoviridae Cadenas mixtas Hepadnaviridae Cadena doble Papovaviridae Adenoviridae Herpesviridae Poxviridae Ejemplo Polaridad Envoltura Simetría Poliovirus Virus de la Rubéola Virus de la Fiebre Amarilla Virus de la Rabia Virus del Sarampión Virus Influenza Virus de la coriomeningitis linfocítica Virus de la Inmunodeficiencia Humana (+) (+) (+) (-) (-) (-) (-) (+) No Si Si Sí Sí Si Si Si Icos. Icos. Icos. Helic. Helic. Helic. Helic. Icos. No Icos. Rotavirus Parvovirus humano B-19 (+) o (-) no Icos. Virus de la Hepatitis B * Si Compleja Virus JC Adenovirus humanos Virus Herpes simple Virus Vaccinia Circular No No Si Si Icos. Icos. Icos. Compleja # cadena doble con porciones de cadena simple # extremos covalentes cerrados ESTRUCTURA Y TAMAÑO DE LOS VIRUS Los virus son más pequeños que las bacterias con tamaños que oscilan entre 0,02 y 0,3 m por lo que son visibles sólo con microscopio electrónico. El ácido nucleico viral está rodeado de una cubierta proteica denominada cápside. El conjunto de genoma y cápside se denomina nucleocápside. Las cápsides están compuestas por unidades proteicas denominadas capsómeros y su número y disposición determinan la morfología viral. Algunos virus poseen una envoltura por fuera de la nucleocápside, son los virus envueltos. Los que no poseen envoltura se denominan desnudos (Figura 1). La envoltura viral está compuesta por proteínas específicas del virus más lípidos o carbohidratos derivados de las membranas de las células del huésped. Los virus utilizan diferentes membranas para emerger, por ejemplo la membrana nuclear, el aparto de Golgi o la membrana citoplasmática. Algunas proteínas virales de la envoltura pueden sobresalir formando espículas con funciones específicas como ser hemaglutininas y neuraminidasas. Muchos virus poseen además diversas enzimas necesarias para la replicación del genoma como ser transcriptasas y polimerasas de ácidos nucleicos. 1 VIROLOGÍA GENERAL Gioia Marino- Ma Viviana Bojanich Nucleocápside Cápside Fig. 1: Esquemas de virus desnudo (A) y envuelto (B) Capsómeros Envoltura Son diversas las morfologías y tamaños virales. En general los virus pueden tener los capsómeros dispuestos en simetría icosaédrica (cuerpo de 20 lados) o helicoidal (número no específico de caras); algunos virus de mayor tamaño poseen estructuras más complejas. En la figura 2 y 3 se muestran las formas de los principales virus que afectan al hombre, separados en función del tipo de ácido nucleico que poseen. Fig. 2. Ejemplos de morfología viral Como ya se mencionó, algunos virus poseen ADN y otros ARN. Algunos poseen ADN bicatenario y otros ADN monocatenario. Por otra parte, los virus que poseen ARN, pueden tenerlo monocatenario (son los más comunes) o bicatenario. El ARN monocatenario, puede a su vez ser de polaridad positiva (igual polaridad que el ARNm) o de polaridad negativa. REPLICACIÓN VIRAL En general, podemos decir que los virus inducen a la célula huésped a sintetizar todos los componentes esenciales para formar las partículas virales. Los diferentes procesos de la replicación viral son: Adsorción o fijación, penetración, replicación, síntesis proteica, ensamblaje y liberación. Estas etapas se sintetizan en la figura 3. 1. Adsorción: existe una alta especificidad entre el virus y el huésped. Las células poseen componentes superficiales específicos que actúan como receptores para las proteínas virales. La ausencia de estos receptores impiden la unión del virus y por consiguiente, la infección. Esto determina el tropismo de un virus por las células de una especie o de un tejido determinado. 2. Penetración: luego de la fijación, el genoma viral debe ser traslocado al interior de la célula. En el caso de los virus envueltos, la envoltura se fusiona con la membrana celular y la nucleocápside es liberada hacia el citoplasma. En los virus desnudos, el virión ingresa por fagocitosis o por pinocitosis y las cápsides son digeridas por enzimas lisosómicas liberando el genoma viral. En algunos virus sólo ingresa el genoma, como en el caso de los bacteriófagos, quedando la nucleocápside en el exterior. 2 VIROLOGÍA GENERAL Gioia Marino- Ma Viviana Bojanich Replicación: en primer lugar debe modificarse la maquinaria celular para ponerla a disposición del virus. Debe sintetizarse ARNm para la síntesis proteica y además copias del genoma viral. Este paso será diferente para cada virus, dependiendo del tipo de ácido nucleico que posea, lo cual se explicará más adelante. Fijación Penetración Replicación Síntesis: una vez construido el ARNm, se sintetizan las proteínas virales, las cuales incluyen enzimas tempranas (necesarias para la replicación viral), proteínas tardías (que incluyen las proteínas de la cápside) y proteínas líticas (destruyen la célula del huésped y liberan partículas virales). En algunos casos la síntesis de proteínas virales suspende la síntesis de macromoléculas del huésped, en otros casos ambas síntesis ocurren simultáneamente. Ensamblaje: la unión de las proteínas de la nucleocápside se realiza de manera similar a la cristalización y luego es rellenada con el genoma viral para constituir el virión. Liberación: la salida de las partículas virales generalmente conlleva a la muerte de la célula huésped en los virus desnudos. Los virus envueltos salen de las células por emersión, arrastrando consigo porciones de membrana que constituirán la envoltura. Síntesis SÍNTESIS DE ARNm Ensamblaje A continuación se describen las diferentes estrategias que utilizan los virus para sintetizar ARNm y genoma viral. Las distintas posibilidades se esquematizan en la figura 4. Liberación Virus ADN de cadena doble o ADN (): la síntesis de ARNm se realiza como en las células no infectadas, a partir del ADN viral. En este grupo se encuentran los Adenovirus, Papovavirus (virus de las verrugas) y Herpesvirus. Virus ADN de cadena simple o ADN (+): primeramente de be convertirse el genoma en ADN de cadena doble y entonces recién se produce la síntesis de ARNm por la ARN polimeras de la célula infectada. Fig 3. Ciclo de replicación viral de un bacteriófago Virus ARN de cadena simple y polaridad positiva o ARN (+): el ARN viral se comporta directamente como ARNm por tener la misma polaridad. Es el caso de los Picornavirus (Virus de la Poliomielitis) y Togavirus (Virus de la Rubéola). En éstos virus una ARN polimerasa viral o transcriptasa sintetiza una cadena complementaria de ARN (-). Éste ARN nuevo sirve como modelo para la síntesis de más ARN (+) genómico que puede servir como ARNm o como precursor del genoma para los viriones hijos. Virus ARN de cadena simple y polaridad negativa o ARN (-): en este caso el genoma es replicado por medio de un ARN intermediario de cadena simple y polaridad positiva que luego sirve como modelo para la síntesis de ARNm y ARN para el genoma viral. Es decir que estos virus deben poseer una ARN transcriptasa que es introducida a la célula durante la infección. Algunos virus de esta categoría, como el virus Influenza, poseen el genoma segmentado en diferentes fragmentos cuya replicación se regula independientemente y dan lugar a una molécula única de ARNm. Esto posibilita que se sinteticen diferentes cantidades de cada proteína viral o que se sinteticen proteínas diferentes. Virus ARN de cadena doble o ARN (): Primero debe ser copiada una sola cadena de ARN (+) que actúa como ARNm. Los virus de esta categoría como los Reovirus (Rotavirus) contienen una ARN transcriptasa viralmente codificada que transcribe los ARN de cadena única a partir de las cadenas de ARN (-) del genoma viral. 3 VIROLOGÍA GENERAL Gioia Marino- Ma Viviana Bojanich Virus ARN (+) que replican por medio de un ADN intermediario: Aquí se observa un fenómeno diferente, el ARN (+) es transcripto a ADN (-) por medio de una transcriptasa inversa, el ADN (-) sirve como modelo para una cadena de ADN () que a su vez sirve como modelo para la síntesis de ARNm. Es el caso de los Retrovirus, como el Virus de la Inmunodeficiencia Humana (HIV). (Herpesvirus) ADN () ADN () ADN (+) (Fagos) ARN (+) ARN () ARN (+) ARNm ARN (+) (Reovirus) (Togavirus) ADN () Fig. 4: Estrategias virales para la síntesis de ARN mensajero ARN (+) ARN (+) ARN (-) (Retrovirus) (Orthomyxovirus) BACTERIÓFAGOS Los bacteriófagos o simplemente, fagos, son virus con capacidad de unirse a bacterias e infectarlas. Las bacterias poseen receptores en su superficie (ácidos teicoicos, proteínas de membrana externa) que son específicos para cada fago. Los fagos poseen una estructura compleja que generalmente consta de una cabeza, un cuello, una cola y fibras de la cola con las cuales se adhiere a la célula bacteriana (Figura 5). El genoma del fago es inyectado en la bacteria por contracción de la envoltura caudal. La mayoría de los fagos poseen ADN de doble cadena pero existen otros que pueden poseer ADN monocatenario o ARN monocatenario de polaridad positiva. La bacteria infectada por un fago puede seguir un ciclo lítico que termina con la muerte bacteriana y liberación de partículas virales o en estado de conversión lisogénica (ver capítulo de Genética) en el cual el genoma viral permanece integrado al genoma bacteriano sin matar a la bacteria. El estado lisogénico puede pasar a un ciclo lítico por inducción mediante algún agente químico o físico externo (radiaciones, gas mostaza, etc.). Los bacteriófagos pueden inocular genes que codifiquen toxinas, transformando a una bacteria no patógena en una productora de una potente toxina, como es el caso de la toxina diftérica producida Corynebacterium difteriae y la toxina exfoliativa producida por Staphylococcus aureus. A Fig. 5: Esquema (A) y fotografía con microscopio electrónico (B) de un bacteriófago Fibra de la cola B 4 VIROLOGÍA GENERAL Gioia Marino- Ma Viviana Bojanich CONSECUENCIAS DE LA INFECCIÓN VIRAL SOBRE LA CÉLULA EUCARIOTA Los virus pueden tener diversos efectos sobre las células eucariotas (Figura 6). 1. La infección lítica da como resultado la destrucción de la célula con la consecuente liberación del virus. 2. La célula puede alterar su forma o su metabolismo pero no destruirse como en el caso de los virus oncógenos. 3. Puede ocurrir una liberación lenta de partículas virales sin muerte celular, como es el caso de las infecciones persistentes. 4. Los virus pueden estar presente en la célula sin dañarla durante mucho tiempo hasta que un desencadenante induce la replicación viral y las partículas virales emergen en una infección lítica. Es el caso de las infecciones latentes, en las cuales el virus se encuentra integrado al genoma de la célula huésped. Fig. 6: Posibles efectos de los virus sobre la célula que infectan DIAGNÓSTICO DE LABORATORIO DE LAS INFECCIONES VIRALES En las infecciones virales pueden hacerse un diagnóstico directo mediante cultivo en líneas celulares (cultivos en células vivas) o detección de antígenos virales en las muestras clínicas y un diagnóstico indirecto mediante detección de anticuerpos circulantes (IgG o IgM). Cultivos celulares: se observan los cambios inducidos en las células infectadas (efecto citopático) o se colorean con anticuerpos fluorescentes para detectar partículas virales (Inmunofluorescencia). Se utilizan células de embriones animales, células diploides humanas, etc. Las muestras para cultivo de virus deben conservarse congeladas hasta su procesamiento y con el agregado de antibióticos. Métodos de detección de antígenos: E.L.I.S.A Aglutinación de látex Inmunofluorescencia directa Detección de Anticuerpos: deben estudiarse dos muestras de suero, una en fase aguda y otra en fase de convalescencia Inmunofluorescencia indirecta E.L.I.S.A. Inhibición de la hemaglutinación Fijación del complemento Western blot Detección de genoma viral PCR 5 VIROLOGÍA GENERAL Gioia Marino- Ma Viviana Bojanich PREVENCION DE LAS INFECCIONES VIRALES Al igual que en las infecciones bacterianas, es menester conocer perfectamente la historia natural de la enfermedad viral para poder hacerle frente. Pueden prevenirse las infecciones virales con algunas de las siguientes estrategias. Atacando al reservorio, cuando este es un animal; con buenas medidas higiénicas cuando la transmisión es fecal-oral, por aerosoles o por contacto directo; con precauciones apropiadas en relación a conductas sexuales cuando ésta es la vía de transmisión; con estrictas normas de bioseguridad y control de los productos biológicos cuando la transmisión es transcutánea por inmunización activa con vacunas virales. Bibliografía. Prescott L, Harley J, Klein D. Microbiología. Editorial Mc Graw Hill - Interamericana Cuarta Edición. 1999. Vullo D, Waschman M, Alche L. Microbiología en práctica. Manual de técnicas de laboratorio para la enseñanza de la microbiología básica y aplicada. Ed. Atlante. 2000. Basualdo J. A. y cols. Microbiología Biomédica. Ed. Atlante. Segunda Edición. Año 2006. Sherris. Microbiología Médica. Ryan K. J., Ray C. G. Editorial Mc Graw Hill. 4ta. Edición. Año 2005 Pumarola A. y cols. Microbiología y Parasitología Médica. Ed. Masson-Salvat Medicina. Segunda Edición. Año 1987. 6