Clasifcación, estructura y replicación de los virus Los virus son parásitos intracelulares obligados que dependen de la célula anftriona para poder replicarse. Los virus más simples están ormados por un genoma de ADN o ARN recubierto y protegido por un cascarón proteico. Algunos virus están rodeados por una membrana. Los virus son incapaces de producir energa o sustratos! de abricar sus propias protenas y de replicarse por s mismos. "ara inectar a un organismo! los virus deben ser capaces de propagarse en ambientes potencialmente potencialmente #ostiles! de atravesar las barreras protectoras del anftrión! de adaptarse a su maquinaria replicante y de burlar su sistema inmune.
Clasifcación Los virus pueden ser peque$os y simples! como los parvovirus y el picornavirus! o poseer estructuras grandes y comple%as! como el virus #erpes. Los nombres de los virus pueden #acer reerencia a sus estructuras! a sus propiedades! propiedades! a las enermedades que producen o a los sitios en los que act&an o ueron descubiertos. Además! los los virus pueden pueden clasifcarse clasifcarse con base en las enermedades enermedades que producen! los te%idos que inectan! los mecanismos de transmisión que utili'an o los vectores que los transmiten. transmiten. Los virus de de ADN asociados asociados a enermedades enermedades #umanas #umanas se dividen en siete amilias. Los virus de ARN pueden dividirse en! al menos! trece amilias.
Estructura del virión Los virus más relevantes clnicamente clnicamente miden de () nm! como los parvovirus! a *++ nm! como los po,virus. -stos <imos! que miden apro,imadamente una cuarta parte de lo que miden los estaflococos! son casi visibles ba%o el microscopio óptico. Los viriones más grandes pueden ser capaces de codifcar más protenas y! por regla general! poseen estructuras más comple%as. Los viriones Los viriones contienen contienen un genoma de ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica cápside cápside// o una membrana envoltura/. envoltura/. Además! pueden contener en'imas accesorias o protenas que aciliten su replicación. replicación. La cápside o las protenas de f%ación del ácido nucleico pueden asociarse al genoma y ormar una nucleocápside! nucleocápside! que puede también estar rodeada por una envoltura. -l genoma viral está ormado por ARN o ADN. -l ADN puede ser monocatenario o bicatenario! lineal o circular. -l ARN puede tener sentido positivo 0/! como el ARNm! o negativo 1/! ser bicatenario 021/ o de doble sentido con regiones 0 y 1 unidas por sus e,tremos/. Además! el ARN puede estar dividido en varios ragmentos! ragmentos! cada uno uno para un gen especfco. especfco. La capa más e,terna de un virión es la cápside o cápside o la envoltura. envoltura. -stas estructuras almacenan! protegen y transportan el genoma viral durante la transmisión y propagación propagación del virus. Las estructuras superfciales superfciales de de la cápside cápside y la envoltura envoltura median la interacción de los virus con las células! a través de las proteínas de
anclaje viral (PAV). La eliminación o ruptura de estas capas e,ternas inactiva los virus. Los anticuerpos producidos contra estas estructuras impiden la inección viral. Las cápsides son estructuras rgidas y resistentes. Los virus con cápside desnuda suelen resistir la desecación! los ácidos y los detergentes! incluidos los ácidos y la bilis del tubo digestivo. 3uc#os de estos virus se transmiten por va copro4oral e! incluso! a través de aguas residuales. Las envolturas son membradas ormadas por lpidos! protenas y glucoprotenas. 5us estructuras &nicamente pueden mantenerse en disoluciones acuosas. La des#idratación! la acide'! los detergentes y los disolventes rompen ácilmente las envolturas! inactivando as los virus. "or regla general! los virus con envoltura se transmiten a través de medios lquidos. La mayora de ellos perecen en las condiciones del tubo digestivo.
Virus con cápside Las cápsides se ensamblan a partir de protenas individuales! que se asocian en suunidades para ormar protómeros! capsómeros y! fnalmente! una procápside o cápside identifcable. Las procápsides deben posteriormente procesarse para transormarse en cápsides transmisibles. -n algunos virus! la cápside se orma alrededor del genoma6 en otros! la cápside se orma como un cascarón vaco procápside/ que debe ser rellenado por el genoma. Las cápsides más simples son simétricas y pueden ser !elicoidales o icosa"dricas. Las estructuras #elicoidales adoptan orma de bastones! en tanto que las estructuras icosaédricas adquieren ormas eséricas. Las cápsides no simétricas son estructuras comple%as asociadas a ciertos virus bacterianos agos/. Las cápsides #elicoidales son las más comunes en los virus de ARN de cadena negativa! aunque el e%emplo clásico de cápside #elicoidal es la del virus del mosaico del tabaco! un virus de ARN de cadena positiva. Los icosaedros sencillos e,isten en virus simples y peque$os! como los picornavirus y los parvovirus. 7n icosaedro está ormado por (8 capsómeros! cada uno constituido por cinco pentámeros o pentonas. -n los picornavirus! cada pentámero consta de tres subunidades! integradas por cuatro protenas. Los viriones con cápsides grandes se construyen insertando capsómeros distintos entre las pentonas de los vértices. -stos capsómeros tienen seis unidades adyacentes !e#onas/. Las #e,onas amplan el icosaedro! que se denomina entonces icosadeltaedro.
Virus con envoltura Las envolturas virales! que poseen estructuras membranosas! están ormadas por lpidos! protenas y glucoprotenas. Aunque se obtienen a partir de las membranas celulares! no suelen contener protenas celulares. 9asi todos los virus con envoltura tienen ormas redondeadas o son pleomórfcos. Dos e,cepciones son los po,virus! que tienen una estructura interna comple%a y una estructura e,terna en orma de ladrillo! y los rabdovirus! que tienen orma de proyectil. La mayora de las glucoprotenas virales se e,tienden a través de la envoltura #asta a:orar en la superfcie del virión como una estructura en orma de espcula. 9asi todas act&an como VAP y son capaces de f%arse a las estructuras de las células
diana. Las ;A" que también se unen a los eritrocitos se denominan !emaglutininas ($A). -n general! las glucoprotenas virales act&an como antgenos.
%eplicación de los virus La replicación viral sigue casi los mismos pasos en todos los virus. La célula proporciona los sustratos! la energa y la maquinaria necesarios para sinteti'ar las protenas vricas y replicar el genoma viral. Los procesos no reali'ados por la célula deben ser codifcados por el virus. La replicación puede dividirse en varias ases. Durante la &ase preco'! el virus debe reconocer una célula diana apropiada! unirse a ella! atravesar su membrana! liberar su genoma en el citoplasma y! si es necesario! introducirlo en el n&cleo. La &ase tardía comien'a con la replicación del genoma y la sntesis de macromoléculas vricas! que deben ensamblarse antes de la liberación del virus. La denudación! que ocurre durante la ase preco'! #ace que el virus de%e de ser ineccioso e identifcable! con lo que se entra al periodo de eclipse. -ste periodo termina con la aparición de nuevos viriones. -l periodo de latencia! durante el cual no se detecta la presencia de un virus ineccioso en el espacio e,tracelular! incluye el periodo de eclipse y fnali'a con la liberación de los nuevos virus. Aunque cada célula inectada puede producir #asta (++ +++ partculas virales! tan solo del ( al (+= de ellas llegará a ser ineccioso. Las partculas no ineccionas partículas de&ectuosas/ son producto de mutaciones y errores en los procesos de sntesis y ensambla%e del virión. -l rendimiento de virus inecciosos por célula tamao de estallido o burst size/ y el tiempo necesario para la replicación viral dependen de las propiedades del virus y de la célula diana.
%econocimiento y unión a la c"lula diana -l actor que en un principio determina cuáles serán las células inectadas por un virus es la unión de las ;A" o de las estructuras superfciales del virión a los receptores celulares. -stos receptores pueden ser protenas! carbo#idratos! glucoprotenas o glucolpidos. Los virus pueden estar limitados a ciertas especies rango de anftriones o host range/ o a ciertos tipos de células. La susceptibilidad de uno u otro tipo de célula es la que determina el tropismo tisular ! es decir! la afnidad de un virus por un te%ido especfco. La estructura de unión de un virus con cápside puede ormar parte de la misma o ser una protena que sale de ella. "or e%emplo! las fbras de los adenovirus y las protenas >4( de los reovirus! situadas en los vértices de sus cápsides! interaccionan con los receptores de sus células diana. Las ;A" son glucoprotenas especfcas de los virus con envoltura. La #emaglutinina del virus de la in:uen'a A! por e%emplo! se une a receptores presentes en dierentes células! #ec#o que le otorga tropismo para diversos te%idos.
Penetración -l mecanismo de internali'ación del virus depende de la estructura del virión y del tipo de célula. La mayor parte de los virus sin envoltura entra a las células por endocitosis mediada por receptores o por virope#ia. -n algunos casos la unión del virus a la célula e,pone estructuras #idróobas de las protenas de la cápside que acilitan el desli'amiento del virus o de su genoma a través de la membrana penetración directa/. Los virus con envoltura usionan sus membranas a las membranas celulares para transerir la nucleocápside o el genoma directamente al citoplasma. -l p? óptimo para la usión determina si la penetración ocurre en la superfcie celular! a p? neutro! o si el virus debe ser internali'ado por endocitosis para luego usionarse dentro de un endosoma a p? ácido. Algunos virus también pueden avorecer la usión de una célula a otra! ormando as células gigantes multinucleadas sincitios/.
P"rdida de la coertura 7na ve' internali'ada! la nucleocápside debe llegar al sitio de replicación dentro de la célula y perder su cápside o envoltura. 9on e,cepción de los po,virus! los virus de ADN deben introducir su genoma al n&cleo6 la mayor parte de los virus de ARN! en cambio! permanece en el citoplasma. La denudación puede iniciarse por la unión del virus con el receptor o verse acilitada por el ambiente dentro del endosoma. Las cápsides se eliminan después de que la liberación de ciertas protenas las debilita. Los virus con envoltura la pierden al usionarse con las membranas celulares.
íntesis de macromol"culas 7na ve' dentro de la célula! el genoma viral debe dirigir la sntesis de ARNm y protenas! además de producir copias idénticas de s mismo. 7n genoma es &til solo si puede transcribirse en ARNm uncionales capaces de traducirse en protenas. La orma en que cada virus reali'a dic#os procesos depende de la estructura del genoma y del sitio donde ocurre la replicación. -l ARNm se transcribe y procesa dentro del n&cleo. "ara producir ARNm! casi todos los virus de ADN emplean la polimerasa de ARN @@ dependiente de ADN y en'imas adicionales. Los virus que se replican en el citoplasma deben codifcar sus propias en'imas o disponer de una alternativa. Aunque los po,virus son virus de ADN! se replican en el citoplasma y deben! por tanto! codifcar las en'imas necesarias para #acerlo adecuadamente. 5alvo los ortomi,ovirus y los retrovirus! los virus de ARN se replican y producen ARNm en el citoplasma! por lo que deben codifcar las en'imas necesarias para la transcripción y la replicación. -l genoma desnudo de los virus de ADN e,cepto el de los po,virus/ y el de los virus de ARN de sentido positivo e,cepto el de los retrovirus/ reciben también el nombre de ácidos nucleicos in&ecciosos porque son sufcientes para iniciar su replicación tras ser inyectados dentro de una célula. -stos genomas pueden interactuar directamente con la maquinaria del anftrión para acilitar la sntesis de ARNm o protenas. -n general! primero se transcribe el ARNm destinado a las protenas no estructurales. -stos productos gen"ticos precoces suelen ser protenas de unión al
ADN y en'imas! como las polimerasas virales. La replicación del genoma generalmente desencadena la transcripción de los productos gen"ticos tardíos! es decir! de las protenas estructurales. Los genomas recién replicados proporcionan también nuevas plantillas para la sntesis adicional de ARNm.
Virus de A*+ La replicación del genoma de ADN requiere una polimerasa de ADN! otras en'imas y triosatos deso,irribonucleicos! principalmente timidina. La replicación de los virus de ADN se reali'a en el n&cleo! empleando las deso,irribonucleasas! polimerasas y otras en'imas de la célula anftriona. La transcripción es regulada por la interacción entre las protenas de unión del ADN al promotor y los elementos acilitadores del genoma viral. -l promotor y los elementos acilitadores del virus poseen secuencias seme%antes a las de la célula anftriona! #ec#o que permite la unión a la célula de los actores de activación de la transcripción y de la polimerasa de ARN dependiente de ADN. Algunas células no e,presan las protenas de unión del ADN necesarias para activar la transcripción de los genes virales! por lo que la replicación viral en ellas está restringida o limitada. Los dierentes virus de ADN controlan de dierentes maneras la duración! el desarrollo y la intensidad de la sntesis de protenas y genes vricos. Los virus más comple%os codifcan sus propios activadores de la transcripción! los cuales acilitan o regulan la e,presión de los genes vricos. Los genes pueden transcribirse en direcciones opuestas y a partir de cualquier cadena del ADN genómico. Algunos genes virales pueden incluir intrones que deben eliminarse postranscripcionalmente mediante mecanismos de corte y empalme. La replicación del ADN viral obedece las mismas reglas que la del ADN celular. La replicación inicia en el origen (ori)! que es reconocido por actores nucleares! celulares y virales! y por la polimerasa de A*+. Además! la replicación viral es semiconservadora! por lo que las polimerasas de ADN virales requieren un cebador para iniciar la sntesis de ADN. La replicación de los virus de ADN de cadena sencilla! como los parvovirus! utili'a polimerasas de ADN codifcadas por la célula anftriona6 los virus más comple%os y de mayor tama$o! como los adenovirus y los virus #erpes! codifcan sus propias polimerasas. Aunque por regla general las polimerasas virales son más rápidas! también son menos precisas! por lo que tienen una mayor tasa de mutaciones. -ntre las principales limitaciones para la replicación de los virus de ADN está la disponibilidad de la polimerasa de ADN y de los deso,irribonucleótidos. La mayora de las células en ase de reposo no permite la replicación viral debido a la ausencia de las en'imas necesarias para ello y a la limitación de las reservas de deso,itimidina. La dependencia de la célula es mayor en los virus más peque$os los parvovirus! por e%emplo! se replican solo en células en prolieración. Los virus de mayor tama$o pueden codifcar una polimerasa propia y otras protenas que promuevan la sntesis de ADN el virus del #erpes simple! por e%emplo! codifca una polimerasa y varias en'imas para producir los sustratos necesarios para su replicación.
Virus de A%+ La replicación y la transcripción de los virus de ARN son procesos similares! puesto que sus genomas se componen de una molécula de ARNm ARN de cadena
positiva/ o de una plantilla de ARNm ARN de cadena negativa/. Durante la replicación y la transcripción se orma una molécula intermedia de ARN bicatenario. "uesto que las células carecen de mecanismos capaces de replicar el ARN! el genoma de los virus de ARN debe codifcar sus polimerasas de A%+ dependientes de A%+ (replicasas y transcriptasas). Además! como el ARN se degrada relativamente rápido! la polimerasa de ARN debe sinteti'arse o estar activa casi inmediatamente después de la denudación del virus. 9asi todas las polimerasas virales de ARN uncionan a altas velocidades! aunque son propensas a la introducción de errores que originan mutaciones. Los genomas virales de ARN de cadena positiva! como los de los picornavirus y los coronavirus! act&an como ARNm se unen a los ribosomas y dirigen la sntesis proteica. -l ARN desnudo de cadena positiva es sufciente para iniciar una inección.
íntesis de las proteínas víricas
una poliprotena gigante! que es degradada por diversas proteasas vricas y celulares #asta ormar protenas uncionales. Los virus de ADN! los retrovirus y casi todos los virus de ARN de cadena negativa transcriben un ARNm dierente para poliprotenas más peque$as o protenas individuales. Los genomas segmentos! generalmente! codifcan una protena &nica por cada segmento. Los virus utili'an dierentes tácticas para avorecer la traducción de su propio ARNm. -n muc#os casos! la concentración del ARNm viral es tan elevada que ocupa casi todos los ribosomas! impidiendo la traducción del ARNm celular. Los adenovirus! por e%emplo! impiden que el ARNm celular salga del n&cleo. -l virus del #erpes simple! por otro lado! in#ibe la sntesis celular de macromoléculas e induce la degradación del ARNm y el ADN de la célula. Los poliovirus! a su ve'! codifcan una proteasa que inactiva la protena ligadora del ribosoma e impide la unión y la traducción del ARNm celular. Btros virus aumentan la permeabilidad de la membrana celular! #aciendo que disminuya la afnidad de los ribosomas por la mayor parte del ARNm celular. Algunas protenas virales requieren modifcaciones postraduccionales. -stas modifcaciones pueden ser #ec#as por protenas celulares o virales.
Ensamlaje Los viriones se elaboran a partir de unidades peque$as y preabricadas que rodean al genoma para ormar una entidad uncional. 9ada parte del virión posee estructuras de reconocimiento que promueven las interacciones necesarias para el ensambla%e del virus. -l ensambla%e comien'a con la sntesis de las pie'as necesarias y cuando la concentración de protenas estructurales es sufciente para impulsar el proceso. Diversas protenas de andamia%e y otras protenas que liberan energa durante la proteólisis pueden acilitar el ensambla%e del virión. -l sitio y el mecanismo de ensambla%e del virión dependen del lugar donde se replica el genoma y de si la estructura fnal será una cápside desnuda o un virus con envoltura. 9on e,cepción de los po,virus! los virus de ADN se ensamblan en el n&cleo. -n cambio! los virus de ARN y los po,virus se ensamblan en el citoplasma. Las cápsides pueden ensamblarse como estructuras vacas procápsides/! que posteriormente deben rellenarse con el genoma! o disponiendo sus unidades alrededor del genoma. Algunas cápsides se ensamblan alrededor del genoma y posteriormente se recubren con una envoltura. Los virus con envoltura adquieren dic#a estructura al unirse a las regiones de las membranas de la célula anftriona que previamente #an sido atravesadas por glucoprotenas virales! un proceso denominado gemación o budding. Las protenas de matri' de los virus de ARN de cadena negativa revisten y avorecen la ad#esión de la nucleocápside a la membrana modifcada por las glucoprotenas virales. 9onorme se crean más interacciones! la membrana rodea la nucleocápside y el virus sale de la membrana por gemación. -l lugar donde ocurre la gemación está determinado por el tipo de genoma y la secuencia proteica de las glucoprotenas. 9asi todos los virus de ARN reali'an la gemación a partir de la membrana plasmática! liberándose al mismo tiempo de la célula. Btros virus! en cambio! adquieren sus envolturas de las membranas del retculo endoplásmico y del aparato de Colgi! organelos a los que pueden permanecer asociados. -stos virus son luego liberados mediante e,ocitosis o lisis celular! o transmitidos a través de puentes intercelulares.
Los virus emplean dierentes estrategias para garanti'ar el ensambla%e de todas sus partes. No obstante! tanto durante la replicación como durante el ensambla%e pueden producirse errores que generen viriones vacos o viriones con genomas deectuosos. Las partículas de&ectuosas de inter&erencia! los virus deectuosos! pueden ocupar la maquinaria que el virus necesita para replicarse! evitando as su multiplicación.
ieración Los virus pueden ser liberados de las células mediante lisis celular! e,ocitosis o gemación a partir de la membrana plasmática. "or regla general! los virus de cápside desnuda se liberan tras la lisis celular. -n cambio! muc#os virus con envoltura se liberan tras la gemación de la membrana plasmática sin producir la muerte de la célula. Los virus que se liberan por gemación o que adquieren sus membranas en el citoplasma permanecen asociados a las células y se liberan por e,ocitosis o tras la lisis celular.
%einicio del ciclo de replicación -n general! los virus liberados al medio e,tracelular producen nuevas inecciones! aunque una inección también puede propagarse mediante puentes intercelulares! por usión intercelular inducida por virus o por transmisión vertical del genoma a las células #i%as. -ste <imo mecanismo permite al virus escapar de la detección por los anticuerpos.
-en"tica viral Los genomas virales mutan ácilmente! por lo que suelen aparecer cepas vricas nuevas con propiedades dierentes a las de los virus parentales o virus salvajes. -stas variantes pueden identifcarse por sus secuencias nucleotdicas! sus dierencias antigénicas serotipos/ o sus dierencias estructurales y uncionales. Aunque casi todas las mutaciones son inocuas! las mutaciones de los genes esenciales pueden inactivar los virus! brindarles resistencia a los ármacos antivirales o modifcar su antigenicidad o patogenicidad. Debido a la escasa fdelidad de las polimerasas virales y a la velocidad de replicación de los virus! durante la sntesis de nuevos genomas virales se producen numerosas mutaciones. "uesto que los virus de ARN no poseen mecanismos de comprobación de los errores genéticos! generalmente tienen un mayor porcenta%e de mutaciones que el observado en los virus de ADN. Las mutaciones en genes esenciales! denominadas mutaciones letales! imposibilitan la replicación viral. Las mutaciones por deleción producen la pérdida de una parte del genoma y de la unción que esta codifca. Btras mutaciones pueden producir mutantes en placa! que diferen del virus parental en tama$o y aspecto! mutantes de rango de anftriones! que diferen en el tipo de células que pueden inectar! o mutantes atenuados! que producen inecciones menos graves. Los mutantes condicionales! como los mutantes sensiles a la temperatura (ts)! pueden reproducirse &nicamente ba%o ciertas condiciones.
entre los virus o entre los virus y las células! denominados recominaciones! ocurren ácilmente entre dos virus de ADN relacionados. Los virus con genomas segmentados orman cepas #bridas cuando una célula se inecta con más de una cepa! proceso denominado reordenamiento. -n algunos casos! un virus deectuoso puede regenerarse por recombinación con otro mutante! por el mismo virus de tipo salva%e o por una serie celular que contenga un gen vrico de sustitución. -sta complementación aporta la unción ausente que necesita el mutante! posibilitando as la replicación. "or e%emplo! la vacuna del virus del #erpes simple D@594?5;/ carece de un gen esencial y se cultiva en una lnea celular que complementa al virus. Aunque el virus as obtenido puede inectar las células normales de la persona vacunada! los viriones producidos por él son incapaces de replicarse. Los virus producidos a partir de células inectadas con distintas cepas pueden estar me'clados y poseer las protenas de una cepa y el genoma de la otra. Aunque esta transcapsidación es inrecuente! cuando ocurre puede dar origen a dierentes seudotipos.
Vectores víricos para el tratamiento Los virus manipulados genéticamente pueden constituir e,celentes ve#culos para administrar genes e,tra$os. -stos virus pueden emplearse para sustituir genes! como vacunas para avorecer la inmunidad rente a otros agentes o como asesinos dirigidos contra determinados tumores. Los retrovirus! los adenovirus! los virus del #erpes simple! los virus adenoasociados y los po,virus son algunos de los virus que se están desarrollando como vectores. -n general! los vectores vricos son virus deectuosos o atenuados en los que un gen no esencial o un gen virulento #a sido sustituido por ADN e,tra$o. -ste gen e,tra$o puede encontrarse ba%o el control de un promotor viral o de un promotor celular especfco. Los vectores vricos son capaces de inyectar su ácido nucleico! pero no de producir virus inecciosos.
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