Los asombrosos e increíbles virus









Bacteriófago T4
Esta micrografía electrónica de transmisión muestra un bacteriófago T4, un virus que infecta sólo a bacterias (en algunos casos sólo a Escherichia coli). Los fagos carecen de cualquier mecanismo de reproducción, y aprovechan los mecanismos de la bacteria para replicarse. Esto lo hacen agarrándose a las paredes celulares con las fibras, a modo de patas, visibles aquí. La cola es una vaina que se contrae para inyectar el contenido de la cabeza, el material genético (ADN), dentro del hospedador. En 25 minutos, son capaces de utilizar con éxito los mecanismos reproductores de la bacteria, y la progenie viral llena la célula. Entonces, la atestada bacteria estalla, liberándose unas 100 nuevas copias del bacteriófago.

Virus (en latín, ‘veneno’), entidades orgánicas compuestas tan sólo de material genético, rodeado por una envuelta o envoltura protectora. El término virus se utilizó en la última década del siglo XIX para describir a los agentes causantes de enfermedades más pequeños que las bacterias. Carecen de vida independiente, pero se pueden replicar en el interior de las células vivas, perjudicando en muchos casos a su huésped en este proceso. Los cientos de virus conocidos son causa de muchas enfermedades distintas en los seres humanos, animales, bacterias y plantas. Véase Enfermedades de los animales; Enfermedades de las plantas.
La existencia de los virus se estableció en 1892, cuando el científico ruso Dmitri I. Ivanovsky descubrió unas partículas microscópicas, conocidas más tarde como el virus del mosaico del tabaco. En 1898 el botánico holandés Martinus W. Beijerinck denominó virus a estas partículas infecciosas. Pocos años más tarde, se descubrieron virus que crecían en bacterias, a los que se denominó bacteriófagos. En 1935, el bioquímico estadounidense Wendell Meredith Stanley cristalizó el virus del mosaico del tabaco, demostrando que estaba compuesto sólo del material genético llamado ácido ribonucleico (ARN) y de una envoltura proteica. En la década de 1940 el desarrollo del microscopio electrónico posibilitó la visualización de los virus por primera vez. Años después, el desarrollo de centrífugas de alta velocidad permitió concentrarlos y purificarlos. El estudio de los virus animales alcanzó su culminación en la década de 1950, con el desarrollo de los métodos del cultivo de células, soporte de la replicación viral en el laboratorio. Después, se descubrieron numerosos virus, la mayoría de los cuales fueron analizados en las décadas de 1960 y 1970, con el fin de determinar sus características físicas y químicas.
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CARACTERÍSTICAS
Virus de la gripe
El virus de la gripe tiene una estructura relativamente simple. Una envuelta lipídica envuelve el caparazón proteico o cápsida, el cual encierra el material genético enrollado. Desde esta envuelta se proyectan dos tipos de proteínas a modo de púas, la hemoaglutinina y la neuraminidasa. Estas dos proteínas actúan como antígenos, provocando una respuesta inmune en el organismo invadido por el virus. El virus de la gripe tiene la capacidad de mutar periódicamente estas proteínas. De esta manera, los hospedadores humanos deben producir nuevas defensas inmunes cada vez que las proteínas mutan; de aquí las vacunaciones anuales que se realizan.

Los virus son parásitos intracelulares submicroscópicos, compuestos por ARN o por ácido desoxirribonucleico (ADN) —nunca ambos— y una capa protectora de proteína o de proteína combinada con componentes lipídicos o glúcidos. En general, el ácido nucleico es una molécula única de hélice simple o doble; sin embargo, ciertos virus tienen el material genético segmentado en dos o más partes. La cubierta externa de proteína se llama cápsida, y las subunidades que la componen, capsómeros. Se denomina nucleocápsida al conjunto de todos los elementos anteriores. Algunos virus poseen una envuelta adicional que suelen adquirir cuando la nucleocápsida sale de la célula huésped. La partícula viral completa se llama virión. Los virus son parásitos intracelulares obligados, es decir: sólo se replican en células con metabolismo activo, y fuera de ellas se reducen a macromoléculas inertes.
Bacteriófago
Los bacteriófagos son virus que parasitan bacterias. Tienen una estructura compleja formada por una cabeza, que contiene el material genético, y una cola que consta de unas fibras con las que se anclan a la superficie bacteriana. El material genético del bacteriófago pasa desde la cabeza, a través de la cola, hasta el interior de la bacteria. El material genético del virus se integra dentro del material genético bacteriano y se replica. De esta manera el virus se reproduce y forma nuevos bacteriófagos que acaban provocando que la bacteria se destruya y estalle.

El tamaño y forma de los virus son muy variables. Hay dos grupos estructurales básicos: isométricos, con forma de varilla o alargados, y virus complejos, con cabeza y cola (como algunos bacteriófagos). Los virus más pequeños son icosaédricos (polígonos de 20 lados) que miden entre 18 y 20 nanómetros de ancho (1 nanómetro = 1 millonésima parte de 1 milímetro). Los de mayor tamaño son los alargados; algunos miden varios micrómetros de longitud, pero no suelen medir más de 100 nanómetros de ancho. Así, los virus más largos tienen una anchura que está por debajo de los límites de resolución del microscopio óptico, utilizado para estudiar bacterias y otros microorganismos.
Muchos virus con estructura helicoidal interna presentan envueltas externas (también llamadas envolturas o cubiertas) compuestas de lipoproteínas, glicoproteínas, o ambas. Estos virus se asemejan a esferas, aunque pueden presentar formas variadas, y su tamaño oscila entre 60 y más de 300 nanómetros de diámetro. Los virus complejos, como algunos bacteriófagos, tienen cabeza y una cola tubular que se une a la bacteria huésped. Los poxvirus tienen forma de ladrillo y una composición compleja de proteínas. Sin embargo, estos últimos tipos de virus son excepciones y la mayoría tienen una forma simple.
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REPLICACIÓN
Ciclos lítico y lisogénico de un bacteriófago
Todos los bacteriófagos (virus que parasitan bacterias) tienen un ciclo lítico, o infeccioso, en el que el virus, incapaz de replicarse por sí mismo, inyecta su material genético dentro de una bacteria. Utilizando las enzimas y los mecanismos de síntesis de proteínas del huésped, el virus puede reproducirse y volverse a encapsular, fabricando unas 100 nuevas copias antes de que la bacteria se destruya y estalle. Algunos bacteriófagos, sin embargo, se comportan de diferente forma cuando infectan a una bacteria. El material genético que inyectan se integra dentro del ADN del huésped; se replica de manera pasiva con éste, y lo hereda la progenie bacteriana. En una de cada 100.000 de estas células lisogénicas, el ADN viral se activa de forma espontánea y comienza un nuevo ciclo lítico.

Los virus, al carecer de las enzimas y precursores metabólicos necesarios para su propia replicación, tienen que obtenerlos de la célula huésped que infectan. La replicación viral es un proceso que incluye varias síntesis separadas y el ensamblaje posterior de todos los componentes, para dar origen a nuevas partículas infecciosas. La replicación se inicia cuando el virus entra en la célula: las enzimas celulares eliminan la cubierta y el ADN o ARN viral se pone en contacto con los ribosomas, dirigiendo la síntesis de proteínas. El ácido nucleico del virus se autoduplica y, una vez que se sintetizan las subunidades proteicas que constituyen la cápsida, los componentes se ensamblan dando lugar a nuevos virus. Una única partícula viral puede originar una progenie de miles. Determinados virus se liberan destruyendo la célula infectada, y otros, sin embargo, salen de la célula sin destruirla por un proceso de exocitosis que aprovecha las propias membranas celulares. En algunos casos las infecciones son “silenciosas”, es decir, los virus se replican en el interior de la célula sin causar daño evidente.
Replicación viral
Fuera de una célula hospedante, un virus es una partícula inerte. Pero una vez dentro de la célula, el virus se reproduce muchas veces y forma miles de individuos que abandonan la célula para buscar otras a las que parasitar. Los virus patógenos actúan destruyendo o dañando las células cuando abandonan aquéllas en las que se han reproducido.

Los virus que contienen ARN son sistemas replicativos únicos, ya que el ARN se autoduplica sin la intervención del ADN. En algunos casos, el ARN viral funciona como ARN mensajero (véase Genética), y se replica de forma indirecta utilizando el sistema ribosomal y los precursores metabólicos de la célula huésped. En otros, los virus llevan en la cubierta una enzima dependiente de ARN que dirige el proceso de síntesis. Otros virus de ARN, los retrovirus, pueden producir una enzima que sintetiza ADN a partir de ARN. El ADN formado actúa entonces como material genético viral.
Durante la infección, los bacteriófagos y los virus animales difieren en su interacción con la superficie de la célula huésped. Por ejemplo, en el ciclo del bacteriófago T7, que infecta a la bacteria Escherichia coli, no se producen las fases de adsorción ni de descapsidación. El virus se fija primero a la célula y, después, inyecta su ADN dentro de ella. Sin embargo, una vez que el ácido nucleico entra en la célula, los eventos básicos de la replicación viral son los mismos.
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LOS VIRUS EN LA MEDICINA
Virus del SIDA
El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), que puede provocar el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), ataca principalmente a los linfocitos T-4, elementos vitales del sistema inmunológico humano. Como consecuencia de este ataque, la capacidad del organismo para defenderse de virus, bacterias, hongos, protozoos y de otro tipo de infecciones oportunistas, se ve gravemente debilitada. Pneumocystis carinii, agente inductor de la neumonía, es la principal causa de muerte entre las personas infectadas por el VIH; pero también se incrementa la incidencia de ciertos tipos de cánceres, como el linfoma de las células B y el sarcoma de Kaposi. Las complicaciones neurológicas y una drástica pérdida de peso o debilitamiento son características de la fase terminal del SIDA. El VIH puede transmitirse por vía sexual, por el contacto con sangre, con tejidos o con agujas contaminadas, o traspasarse de madre a hijo a través de la placenta o de la leche materna. Los síntomas característicos del SIDA pueden no aparecer hasta los diez años o más de la infección.

Los virus representan un reto importante para la ciencia médica en su combate contra las enfermedades infecciosas. Muchos virus causan enfermedades humanas de gran importancia y diversidad.
Ciclo vital del virus de la inmunodeficiencia humana
El virus de la inmuodeficiencia humana (VIH), que causa el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), está programado genéticamente para hacer una única cosa: apropiarse de la maquinaria reproductiva de una célula humana y engañarla para que construya numerosas copias del virus antes de que la célula muera.

Entre las enfermedades virales se incluye el resfriado común, que afecta a millones de personas cada año. Otras enfermedades tienen graves consecuencias. Entre éstas se encuentra la rabia, las fiebres hemorrágicas, la encefalitis, la poliomielitis y la fiebre amarilla. Sin embargo, la mayoría de los virus causan enfermedades que sólo producen un intenso malestar, siempre que al paciente no se le presenten complicaciones serias. Algunas de éstas son la gripe, el sarampión, las paperas, la fiebre con calenturas (herpes simple), la varicela, los herpes (como el herpes zóster), las enfermedades respiratorias, las diarreas agudas, las verrugas y la hepatitis. Otros agentes virales, como los causantes de la rubéola (el sarampión alemán) y los citomegalovirus, pueden provocar anomalías serias o abortos. El síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) está causado por un retrovirus. Se conocen dos retrovirus ligados con ciertos cánceres humanos (véase HTLV), y se sospecha de algunas formas de papovavirus. Hay evidencias, cada vez mayores, de virus que podrían estar implicados en algunos tipos de cáncer, en enfermedades crónicas, como la esclerosis múltiple, y en otras enfermedades degenerativas.
En la actualidad, se continúan descubriendo virus responsables de enfermedades humanas importantes. La mayoría pueden aislarse e identificarse con los actuales métodos de laboratorio, aunque el proceso suele tardar varios días. Uno de ellos es el rotavirus que causa la gastroenteritis infantil (véase Reovirus).
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PROPAGACIÓN
Los virus se propagan pasando de una persona a otra, causando así nuevos casos de la enfermedad. Muchos de ellos, como los responsables de la gripe y el sarampión, se transmiten por vía respiratoria, debido a su difusión en las gotículas que las personas infectadas emiten al toser y estornudar. Otros, como los que causan diarrea, se propagan por la vía oral-fecal. En otros casos, la propagación se realiza a través de la picadura de insectos, como en el caso de la fiebre amarilla y de los arbovirus. Las enfermedades virales pueden ser endémicas (propias de una zona), que afectan a las personas susceptibles, o epidémicas, que aparecen en grandes oleadas y atacan a gran parte de la población. Un ejemplo de epidemia es la aparición de la gripe en todo el mundo, casi siempre, una vez al año.
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TRATAMIENTO
Los tratamientos que existen contra las infecciones virales no suelen ser del todo satisfactorios, ya que la mayoría de las drogas que destruyen los virus también afectan a las células en las que se reproducen. La alfa-adamantanamina se utiliza en algunos países para tratar las infecciones respiratorias causadas por la gripe de tipo A, y la isatin-beta-tiosemicarbazona es efectiva contra la viruela. Ciertas sustancias análogas a los precursores de los ácidos nucleicos pueden ser útiles contra las infecciones graves por herpes.
Un agente antiviral prometedor es el interferón, que es una proteína no tóxica producida por algunas células animales infectadas con virus y que puede proteger a otros tipos de células contra tales infecciones. En la actualidad se está estudiando la eficacia de esta sustancia para combatir el cáncer. Hasta hace poco, estos estudios estaban limitados por su escasa disponibilidad, pero las nuevas técnicas de clonación del material genético (véase Ingeniería genética) permiten obtener grandes cantidades de esta proteína. En unos años se podrá saber si el interferón es realmente eficaz como agente antiviral.
El único medio efectivo para prevenir las infecciones virales es la utilización de vacunas. La vacunación contra la viruela a escala mundial en la década de 1970 erradicó esta enfermedad. Se han desarrollado muchas vacunas contra virus humanos y de otros animales. Entre las infecciones que padecen las personas se incluyen la del sarampión, rubéola, poliomielitis y gripe. La inmunización con una vacuna antiviral estimula el mecanismo autoinmune del organismo, el cual produce los anticuerpos que lo protegerán cuando vuelva a ponerse en contacto con el mismo virus. Las vacunas contienen siempre virus alterados para que no puedan causar la enfermedad.
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INFECCIONES EN PLANTAS
Los virus originan gran variedad de enfermedades en las plantas y daños serios en los cultivos. Las más comunes se producen por el virus del mosaico amarillo del nabo, el virus X de la patata (papa) y el virus del mosaico del tabaco. Los vegetales tienen paredes celulares rígidas que los virus no pueden atravesar, de modo que la vía más importante para su propagación la proporcionan los animales que se alimentan de ellos. A menudo, los insectos inoculan en las plantas sanas los virus que llevan en su aparato bucal, procedentes de otras plantas infectadas. También los nematodos (véase Gusano cilíndrico) pueden transmitir la infección cuando se alimentan de las raíces.
Los virus vegetales pueden acumularse en cantidades enormes en el interior de la célula infectada. Por ejemplo, el virus del mosaico del tabaco puede representar hasta el 10% del peso en seco de la planta. Los estudios de la interacción entre estos virus y las células huéspedes son limitados, ya que la infección se realiza a través de un insecto vector. Además, no se suele disponer en el laboratorio de los cultivos celulares susceptibles de ser infectados por virus vegetales.
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PAPEL EN LA INVESTIGACIÓN
El principal objetivo de los biólogos ha sido el estudio molecular de los virus y su interacción con la célula huésped. El estudio de la replicación de los bacteriófagos en bacterias descubrió la existencia de ARN mensajero, que llevaba el código genético del ADN necesario para la síntesis de proteínas. Los estudios con estos virus han sido también el instrumento para definir los factores bioquímicos que inician y finalizan la utilización de la información genética. El conocimiento de los mecanismos de control de la replicación viral es fundamental para entender los eventos bioquímicos en organismos superiores.
Los virus son útiles como sistemas modelo para estudiar los mecanismos que controlan la información genética, ya que en esencia son pequeñas piezas de esta información. Esto permite a los científicos estudiar sistemas de replicación más simples y manejables, pero que funcionan con los mismos principios que los de la célula huésped. Gran parte de la investigación sobre los virus pretende conocer su mecanismo replicativo, para encontrar así el modo de controlar su crecimiento y eliminar las enfermedades virales. Los estudios sobre las enfermedades víricas han contribuido enormemente para comprender la respuesta inmune del organismo frente a los agentes infecciosos. Estudiando esta respuesta, se han descrito a fondo los anticuerpos séricos y las secreciones de las membranas mucosas, que ayudan al organismo a eliminar elementos extraños como los virus. Ahora, el interés científico se centra en la investigación destinada a aislar ciertos genes virales. Éstos podrían clonarse para producir grandes cantidades de determinadas proteínas, que serían utilizadas como vacunas.
Para más información sobre los tipos de virus véase Adenovirus; Arenavirus; Coronavirus; Enterovirus; Filovirus; Hantavirus; Hepadnavirus; Herpesvirus; Ortomixovirus; Paramixovirus; Picornavirus.


viernes, 7 de enero de 2011

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