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Virología.
Los virus son estructuras macromoleculares sencillas compuestos por una o
dos moléculas de ác. Nucleico recubiertas de proteínas. Están en el límite
de la vida: fuera de la célula son inertes (carentes de metabolismo), pero
tienen la capacidad para, una vez dentro de la célula, activar su metabolismo
y utilizar la maquinaria de esta para replicarse y producir sus proteínas
virales. (“Los virus son como la luz”). Son parásitos intracelulares obligados.
Son estructuras muy pequeñas pero de tamaño muy variable.
Estructura del virus de la gripe.
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Está constituido por 7 moléculas de ác. Nucleico recubiertas por una
estructura proteica: cápside. Por fuera tiene una membrana biológica
tomada de la célula que el virus parasita y que tiene estructuras proteicas
con las que el virus se relaciona con el exterior.
Estructura del virión.
Como fuera de la célula los virus son estructuras inertes, lo más importante
es su capacidad de unirse a una célula y penetrar en ella. Por lo tanto, un
virión es una partícula viral con capacidad infecciosa.
Nucleocápside. Está formada por una molécula o moléculas de ác.
Nucleico recubiertas por la cápside, que está formada por
estructuras proteicas más sencillas denominadas capsómeros.
Aunque hay alguna excepción, normalmente los viriones contienen
sólo un tipo de ác. Nucleico (ADN o ARN). Dentro de la célula puede
existir ADN y ARN de origen viral, pero en los viriones no. La
excepción es el virus de la hepatitis B, que en sus fases iniciales el
virión tiene una cadena de ARN (que luego se degrada) y otra de
ADN.
Por encima de la nucleocápside algunos virus presentan una envoltura
lipídica tomada de la célula parasitada.
Entre la nucleocápside y la envoltura lipídica en algunos casos puede
haber una matriz proteica, aunque no es tan regular como la cápside.
Todos tienen peplómeros o espículas glicoproteicas que sobresalen
de la nucleocápside (en el caso de los virus desnudos) o de la
envoltura lipídica. Están codificados por le genoma viral.
Tipos de cápsides virales.
Las cápsides están formadas por protómeros proteicos que se agrupan en
capsómeros (unidades que forman la cápside).
Su simetría es variable según el nº y el tipo de capsómeros:
Si todos los capsómeros son iguales: cápside con forma helicoidal
(igual que el ác. Nucleico).
Si existen dos tipos diferentes de capsómeros, ej.: pentágonos y
hexágonos: cápside con simetría icosaédrica. Los capsómeros que
están en los vértices son distintos de los que están en el centro de
las caras. En los vértices hay pentágonos y en le centro están los
hexágonos.
En algunos casos hay más de dos tipos de capsómeros: simetría
compleja.
Tipos de genoma viral.
En cuanto al genoma, los virus son los seres más variables.
Genoma de ADN.
- Bicatenario.
- Monocatenario (le falta la cadena complementaria).
Genoma de ARN.
- Bicatenario.
- Monocatenario codificante (+). El ARN es ARNm (el que se
traduce y tiene sentido para los ribosomas).
- Monocaterio no codificante (-). Es un ARN que no tiene sentido
para los ribosomas.
- Monocatenario ambisentido. Una parte es legible y la otra es
complementaria de la legible. Es una manera de aprovechar el
poco espacio genético para codificar la máxima información
posible.
- ARN fragmentado. Normalmente es bicatenario. Son dos o más
moléculas de ác. Nucleico.
Normalmente los virus sólo tienen una molécula de ác. Nucleico, que puede
ser circular o lineal.
Principales tipos de virus.
Clase I (ADN±) → ADN bicatenario
Clase II (ADNmc) → ADN monocatenario
Clase III (ARN±)
Clase IV (ARN+) → incluye los genomas ARN ambisentido.
Clase V (ARN-)
Clase VI (ARN+ RT) → retrovirus.
Clase VII (ADN± RT) → virus de la hepatitis B.
Los de las clases VI y VII tienen una actividad enzimática especial:
retrotranscriptasa: invierte el sentido tradicional del flujo de información
genética: sintetiza ADN teniendo como molde ARN. Los de clase VII
primero se replican como ARN y luego se retrotranscriben en ADN
Multiplicación viral.
En virus más que de reproducción se habla de multiplicación: ciclo de
multiplicación viral, en le que un virión entra en la célula, libera su ác.
Nucleico y deja de existir como tal y al cabo de un tiempo aparecen
multitud de copias de viriones.
En le ciclo de infección de un virus distinguimos 3 fases:
1. Infección.
Adherencia. El virus se une a la célula a través de los peplómeros.
Establecen contacto con un receptor celular, se adhieren y penetran.
Un virión sólo podrá infectar a células que tengan receptores para sus
peplómeros (especificidad de infección). Los virus utilizan como
receptores de entrada moléculas de la superficie de la célula que ella
utiliza para su funcionamiento celular. Ej.: el VIH utiliza los
receptores CD4 de los linfocitos T.
Penetración. Es la entrada del virión o al menos de su material
genético (ej.: bacteriófagos). La infección termina cuando el virus
libera su material genético.
Decapsidación. Fenómeno por el cual el virus se desorganiza y libera
el genoma al interior de la célula.
- Durante la entrada se produce la desorganización de la
cápside viral mientras atraviesa la membrana.
- En el endosoma los canales iónicos acidifican el interior, lo
que favorece la desorganización de las proteínas de la cápside
[…]
- En la membrana nuclear se lleva a cabo un transporte por
microtúbulos hasta los poros y liberación del ADN en el
interior de la membrana nuclear y degradación de la cápside.
La decapsidación puede ser:
- Bifásica: la cubierta externa es eliminada por enzimas
celulares y la liberación del ADN en el interior de la membrana
nuclear se produce por productos virales sintetizados.
- Parcial (reovirus): no llega nunca a desorganizarse
completamente la cápside […].
2. Expresión y replicación del genoma. Desde que el genoma se libera en
el interior de la célula hasta que se empiezan a formar las cápsides.
3. Ensamblaje y salida.
Mecanismos de entrada de los virus a las células hospedadoras.
Translocación directa a través de la membrana. Es muy poco
frecuente y no se conoce muy bien el mecanismo.
Fusión de membranas: la envoltura lipídica del virión se une a la m.p.
de la célula que va a infectar, se fusionan ambas membranas y el
virión pasa al interior celular. La envoltura del virión es una
membrana de otra célula muy parecida a la que va a infectar, ya que
los cada virus infecta tipos similares de células. Un virión desnudo
no podrá entrar en la célula por fusión de membranas, sólo aquellos
con envoltura (no quiere decir que todos lo voriones con envoltura
tengan que utilizar este mecanismo de entrada).
Viropexis. Es la más frecuente. Se establece contacto entre las
espículas y la m.p. de la célula y por endocitosis la partícula viral
entra en la célula. Como el interior del lisosoma se acidifica, se
rompe la membrana del lisosoma y el virus se libera al citoplasma. En
otras ocasiones el virus fusiona su membrana con la del endosoma y
lo abandona.
Expresión y replicación del genoma.
Síntesis de proteínas. Es dependiente de la formación de v.ARNm, por lo
que la expresión del genoma viral es muy dependiente de qué tipo de ác.
Nucleico tenga ese virus.
ADN (+/-): se transforma por acción directa de las ARNp celulares
en ARNm.
ADN (+): puede obtener su cadena copia por enzimas celulares y
después se transcribe a ARNm.
ARN (+/-): una retrotranscriptasa de origen viral produce un ARNm
a partir de la cadena (-) del ARN bicatenario.
ARN (+): son ellos mismos ya ARNm, por lo que según entran en la
célula pueden ser traducidos.
ARN (-): requiera primero una retrotranscriptasa para sintetizar la
cadena complementaria molde para formar ARNm.
Retrovirus ARN (+): el genoma de ARN por acción de una
retrotranscriptasa inversa viral sintetiza su cadena complementaria
de ARN y mediante una ARNp celular se forma ARNm. Los
retrovirus son “diploides” (2 moléculas ARN) y sus genomas no se
pueden leer directamente; aunque tengan cadena (+), no es ARNm.
*
Ej: Un retrovirus tiene 3 genes:
GAG: codifica para una proteína que se rompe y forma las proteínas de la
cápside.
POL: codifica para una retrotransciptasa.
EM: codifica para una proteína que se rompe y constituye las 2 o 3 proteínas
de la membrana lipídica.
La síntesis de proteínas es secuencial e independiente de la replicación del
genoma.
Expresión secuencial de genoma viral.
ADN (+/-). El ác. Nucleico se transcribe y genera un primer ARNm que
produce las proteínas tempranas (proteínas  ), que se defienden de los
intentos de ataque de la célula (inhibe la apoptosis de la célula infectada),
bloquea a la célula para poder funcionar ellas. Estas proteínas  además
bloquean la transcripción de estos primeros ARNm e inducen la producción
de una segunda tanda de ARNm que se traducen en proteínas  , que son
fundamentalmente proteínas implicadas en la replicación del genoma viral.
Estas proteínas  bloquean a las  . A su vez tienen un efecto sobre la
expresión del genoma que hacen que se produzca una tercera tanda de
ARNm que dan lugar a proteínas tardías o  , que son proteínas
estructurales de la cápside (encapsulan los ác. Nucleicos y formas los
viriones).
ARN (+). El ARN (+) según entra en la célula puede actuar como ARNm y se
traduce en una poliproteína que se rompe por proteasas virales y se
obtienen proteínas (enzimas) con diferentes funciones. A partir del ARN (+)
se genera un ARN (-) y así se obtiene un intermediario bicatenario de ARN
(+/-) y a partir de él se genera lo que haga falta: ARN (+) que actúe como
ARNm o ARN (+) para formar nuevos viriones (a partir de la cadena -)
Inhibición de la síntesis proteica celular.
La elevada concentración de ARNm viral hace que la probabilidad de
que un ribosoma se una a un ARNm celular sea pequeña.
Inhibición de la exportación del ARNm celular desde el núcleo hacia
el citoplasma. Muchos virus se replican en el citoplasma, por lo que
el único ARNm que hay es el viral.
Bloqueo de la síntesis (transcripción) y aumento de la degradación
de ARNm. (tanto celular como viral)
Modificaciones ribosómicas para que sean más afines al ARNm viral.
Síntesis de ác. Nucleicos. Modelo de los circulantes rodantes.
Para la replicación del genoma siempre existe un intermediario bicateraio,
ya sea de ARN o de ADN.
Muchos virus de genoma viral se circulan por los extremos pegajosos una
vez entran en la célula para la replicación.
La cadena bicatenaria se abre y 3’ y 5’ quedan libres. 3’ va creciendo y por 5’
se van generando fragmentos. Esto sigue creciendo y forma un concatámero
(cadena de ác. Nucleico que contiene muchas copias del genoma viral). La
ventaja es que con un único inicio de replicación se obtienen muchas copias
del genoma.
La replicación del genoma también depende del tipo de ác. Nucleico:
ADN (+/-): se replica y se obtiene otro ADN (+/-) que entra en el virión.
ADNmc: se obtiene un intermediario de doble cadena del que se obtiene una
cadena de ADN y ese ADNmc entra en le virión.
ARN (+/-): replicación del ARN mediante una transciptasa y ese ARN (+/-)
entra en el virión.
ARN (+): mediante una transcriptasa se obtiene un ARN (+/-). La cadena (-)
se utiliza para producir ARN (+), que puede funcionar como ARNm que se
traduce en proteínas o se puede encapsular en el virión.
ARN (-): mediante un trancriptasa se obtiene un ARN (+/-) y a partir de la
cadena complementaria (-) de este se obtienen copias de ARN(+) para
producir proteínas y copias de ARN (-) para encapsular en el virión.
Los retrovirus por un enzima viral originan un heteroduplex ARN-ADN.
Después el mismo enzima degrada el ARN y sintetiza la complementaria de
ADN, obteniéndose un ADN (+/-) que se transcribe en ARN (+) por acción
de la ARNp II celular y se encapsula en el virión.
Variabilidad genética en los virus.
Los más variables son los ARN virus pero… por qué los virus son tan
variables?
Elevada tasa de mutación (baja fiabilidad de enzimas).
Cuando un genoma entra en la célula y empieza a replicarse, como comete
errores, replicación tras replicación el genoma va cambiando aunque
funcionalmente sea similar. Se habla de una cuasiespecie viral, ya que los
virus no son genéticamente iguales. Llega un momento en que ya es un virus
distinto.
Recombinación genética entre cepas.
Las trancriptasas empiezan en un punto, de repente se sueltan y se unen a
otra cadena molde. Va saltando y comete más errores.
Si una misma célula está siendo infectada por dos cepas virales, cuando la
ARNp salta de un genoma a otro, puede saltar de una cepa a otra,
recombinando los genomas de ambos virus y uniendo características de
ambos.
Reordenamiento (genomas segmentados). Ej: virus de la gripe.
El virus de la gripe encapsula 6 o 7 fragmentos de ác. Nucleicos. Si hay dos
genomas virales, puede encapsular fragmentos de ác. Nucleicos de ambos
virus.
Ensamblaje y salida.
1. Inserción de glucoproteínas virales en la cara interna de las
membranas celulares.
2. Unión de los capsómeros.
3. Empaquetamiento del ác. Nucleico.
4. Maduración de la cápside. Algunas proteasas virales cortan las
proteínas estructurales de la cápside para construir la estructura
definitiva.
5. Salida del virión. Hay varios mecanismos según donde se ensamblen:
- En la m.p.: por gemación. Es similar a la exocitosis. Básicamente los
virus con envoltura salen por este proceso. Es en el proceso de salida
cuando toman la envoltura lipídica de la célula huésped.
- En le núcleo (herpes virus): secreción celular. Se produce en el AG en
el proceso de glicosilación de proteínas de superficie.
- En el citoplasma: lisis celular (bacteriófagos).
Fármacos antirretrovirales:
1. inhibición de la retrotranscriptasa.
2. inhibición de las proteasas virales que intervienen en la
maduración del virión (VIH).
Los virus están produciendo cápsulas y genomas (procesados
independientemente) por lo que en algunos casos las cápsulas no tendrán
genoma y también puede que los genomas no sean viables debido a que
muchos tienen alteraciones. Esos viriones no son infecciosos: partículas
virales interferentes. El 80% de las partículas virales del virus de la
hepatitis B son cápsulas sin genoma.
Puede ocurrir que sean parcialmente funcionales. Ej: genoma que no puede
codificar proteínas de la cápside. Si en la misma célula entra otro virus que
sí produzca proteínas de la cápside (virus accesorio), el genoma de uno se
encapsula en la cápside del otro. Esto es el fenómeno de Von Magnus.
Características virales asociadas a su estructura.
La MOI (Multiplicidad de Infección): si añadimos tantos virus como células
en un cultivo, la probabilidad de que un virus entre en una célula es grande.
Ej: tenemos 1000 células y añadimos 10000 virus → 10000/1000 = 10 virus.
Estadísticamente tenemos 10 virus por célula.
La probabilidad de que al menos un virus funcional entre en la célula es alta
y con que entre sólo éste, los genomas no funcionales que pudieran existir
en esa célula son ayudados por él. De esta forma cada vez habrá un % mayor
de viriones no funcionales abandonando la célula (en cápsides sintetizadas
por el virus funcional).
Cuantos más virus por célula mayor es la probabilidad de infección por
también hay menos posibilidades de que se produzca la complementariedad
viral: un virus defectuoso es más difícil que coincida con otro funcional.
Características virales asociadas a su estructura.
Algunas características estructurales de los virus son responsables de
algunas funciones biológicas.
Virus con envoltura.
- Son poco resistentes a los factores ambientales (desecación,
disolventes químicos…) porque dichos factores modifican las
propiedades de la membrana y no tienen las glicoproteínas necesarias
para relacionarse con el exterior. Son virus que se transmiten persona
- persona.
- Puede modificarse la membrana celular antes de terminar su ciclo
(mientras se está multiplicando).
- Si el virus no se multiplica mucho puede mantener la infección mucho
tiempo porque abandonan la célula por gemación o secreción y no matan
a la célula.
Virus sin envoltura.
- Alta resistencia a factores ambientales.
- Pueden salir por secreción, pero en muchos casos suele requerir la lisis
de la célula para su salida.
- Las Ig pueden ser suficientes para controlar la infección.
Genoma ADN.
- El ADN es una estructura muy estable, por lo que virus con este tipo
genoma tienen más facilidad para infecciones resistentes y, si se
multiplica lentamente, abandonan la célula sin necesidad de su lisis.
- Requiere células proliferantes porque estos virus se replican en el
núcleo y necesitan la maquinaria de la célula.
- Tienen una variabilidad limitada.
Genoma ARN.
- Es poco estable, por lo que tiene que replicarse muy rápidamente,
matar a la célula y salir. No son infecciones resistentes.
- Se replican en le citoplasma, por lo que pueden infectar a células no
proliferantes.
- Como las ARNp cometen muchos errores, tienen una variabilidad muy
elevada (ej:VIH) y son antigénicamente muy variables, de difícil
control inmunogénico. En el caso del VIH las cepas que van infectando
al individuo son diferentes. Las primeras tienen afinidad por los
macrófagos mientras que las últimas no. Son cepas que, aunque
provienen del mismo virus, a los largo del tiempo varína genética y
antigénicamente, están cambiando constantemente y engañando al
sistema inmune.
Interacción virus-célula.
Los virus sólo pueden multiplicarse en el interior de una célula y para ello
tienen que interaccionar con ellas. Las células se clasifican en:
Permisivas. Permiten que el virus haga el ciclo completo.
No permisivas. Impiden la replicación del virus. Hay muchas formas
para no ser permisivas: que carezca del receptor para el virus, que
lo tenga pero que no incluya la entrada del virus por endocitosis o
que esa célula haya sido avisada pro el IFN y montado un sistema de
defensa que impida la propagación del ciclo.
Semipermisivas. La infección es muy ineficaz o sólo permite algunos
pasos de la multiplicación viral o la permite muy lentamente.
Cuando un virus entra en contacto con un organismo se produce un conjunto
de efectos. Cuando más grave es el efecto, menos frecuente es. La mayoría
de los virus son muy poco patogénicos.
*
Efecto aparente en las células: efecto citopático.
Cuerpos de inclusión: depósitos de proteínas virales dentro de la célula.
Según el efecto celular y del tipo de célula y del órgano la respuesta a nivel
orgánico será uno u otro. No necesariamente el daño mayor a nivel celular es
el daño mayor a nivel orgánico aunque la pérdida de funcionalidad de algunas
células sí que puede ser grave.
Resultado de la infección.
Abortada. Cuando una proteína viral entra en una célula pero no hay
replicación. Se da cuando la célula que infecta es no permisiva o
cuando la proteína está alterada.
Muerte celular. En virus con elevada tasa de producción y también
en virus que salgan por lisis celular (ARN virus).
Infección persistente. Es aquella que dura tiempo (a nivel celular,
no a nivel del organismo).
- Crónica. Multiplicación lenta que está constantemente liberando
virus al exterior, por lo que altera la función celular pero no la
mata.
- Latente. El virus está en la célula pero sólo expresa aquello
necesario para impedir la expresión del resto (que le virus no se
multiplique). Ej: virus del herpes.
- Inmortalizantes. Generalmente se produce por integración del
genoma viral en el celular y la convierte en una célula inmortal,
tumoral, pero no necesariamente cancerígena.
Patogénesis viral.
1. Bloqueo/ reducción de la síntesis de macromoléculas celulares, por lo
que la cantidad de proteínas necesarias para la célula disminuye.
2. Modificación en la permeabilidad de la membrana. Algunos virus
insertan glicoproteínas en la m.p. y la alteran.
3. Fusión de membranas formando sincitios afuncionales (son incapaces
de mantener el metabolismo adecuado). La llevan a cabo virus con
envoltura que mientras se multiplican expresan proteínas virales en la
membrana celular. También los que entran por fusión de membranas,
ya que sus glicoproteínas reaccionan con un receptor de la célula y, a
pH fisiológico, son capaces de inducir la fusión de dos membranas.
Los de viropexis no la realizan.
Un sincitio en una célula eucariota multinucleada que se forma por fusión de
células mononucleares.
Un concitio es una célula multinucleada pero que se forma por la no
tabicación después de la multiplicación nuclear.
4. Depósito de proteínas virales que disminuyen el volumen celular
disponible.
5. Las proteasas virales pueden desorganizar el citoesqueleto celular y
cambian la morfología celular, éstas adquieren una forma esférica.
6. Daños cromosómicos y alteración de la expresión génica.
- Daños cromosómicos. Ej: inserción.
- Alteración de la expresión génica. Cuando el virus entra en una célula
y da la orden de replicarse el mismo, está dando la orden a un gen
celular también porque están utilizando el mismo promotor de
transcripción.
7. Otras: alteraciones metabólicas, inmunodepresión, etc.
Otras formas de infecciones simples.
Viroides. Son segmentos de ARNc desnudo que cuando infectan
células son capaces de obtener copias de sí mismo. Son de vegetales.
Priones o proteínas infecciosas. Están descritas 9 enfermedades
criónica pero… cómo una proteína carente de información genética
puede replicarse? La proteína priónica es una alteración de una
proteína normal del SN (las enfermedades priónicas afectan al SN).
Esta mutación le confiere:
- Gran resistencia a la degradación por calor o por proteínas
proteolíticas.
- Capacidad de modificar la estructura de la proteína nativa de la
célula y transformarla en la proteína alterada, que a su vez puede
unirse a otras proteínas nativas y transformarlas en priones
infecciosos.