MICROBIOLOGÍA

UNIDADES 24 - 27

Microorganismos

• Concepto de microorganismo.• Clasificación de los microorganismos.• Bacterias• Virus.• Microorganismos eucarióticos.• Relaciones entre los microorganismos y la

especie humana.• Importancia de los microorganismos en

investigación e industria. • Biotecnología: Concepto y aplicaciones.

Virus

Virus/Viriones

Se denomina virion a la partícula vírica morfologicamente completa

Virus

Los virus son muy pequeños, entre 20 y 300 nm

• Ácido nucleico: ADN o ARN. Una o varias moléculas, bicatenario o monocatenario, (los de ADN circulares o lineales, los de ARN solo lineales).

• Se encuentra siempre rodeado por una estructura proteica llamada cápsida, que siempre está formada por varias unidades de proteína (capsómeros) que pueden ser iguales o distintas entre sí.

• El conjunto formado por la cápsida y el ácido nucleico, (que recibe el nombre de nucleocápsida), posee siempre algún tipo de simetría.

Estructura de los virus

• Cápsida: cubierta proteica que protege y aísla el ácido nucleico. Recibe también el nombre de cápsula vírica y presenta distintas formas. Esta estructura generalmente está formada por una única proteína que se repite, (o más de una pero muy pocas), cada una codificada por un único gen, lo que le permite construir una cápsida relativamente grande con un pequeño número de genes (muy útil).

• Cada una de estas unidades proteicas se denomina capsómero. En función del tipo de cápsida encontramos diferentes tipos de virus.

Estructura de los virus

• Virus icosaédricos. Presentan una cápsida con la forma de este poliedro, formado por veinte caras, cada una un triángulo equilátero. A su vez cada una puede estar constituida por varias subunidades proteícas, (por ejemplo el virus del resfriado común presenta tres subunidades en cada cara, en total 60 subunidades proteícas por cápsida). Los capsómeros pueden ser iguales entre sí o de diferentes tipos.

• Entre los ejemplos de virus icosaédricos están el virus de la polio, o el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), causante del SIDA.

Estructura de los virus

Estructura de los virus

VIH

• Virus helicoidales. Estos virus (como el del mosaico del tabaco), poseen una cápsida cilíndrica y alargada, con un solo tipo de capsómeros que se montan formando una estructura helicoidal con el ácido nucleico dispuesto en el centro del cilindro (se disponen formando una hélice alrededor del material genético).

Estructura de los virus

Estructura de los virus

Estructura de los virus

Estructura de los virus

La envoltura constituida por fosfolípidos y proteínas generalmente procede de la membrana plasmática de la célula a la que han parasitado, (también puede proceder del retículo endoplasmático o del aparato de golgi). Entre las proteínas de la envoltura pueden presentarse glucoproteínas codificadas por el propio virus (texto adjunto).

Estructura de los virus

Estructura de los virus

• Virus de simetría compleja. Son los bacteriófagos o fagos (virus que infectan bacterias). Pueden incluir algunos elementos con simetría icosaédrica (cabeza), pero además presentan otros elementos con otro tipo de simetría, (vaina helicoidal).

Estructura de los virus

Estructura de los virus

Estructura de los virus

Las fibras caudales intervienen en la fase de adsorción, y las espículas en la fase de fijación (sirven para el anclaje).

En función del tipo de ácido nucleico podemos encontrar:

• Virus de ADN o de ARN• Monocatenarios o bicatenarios• Circulares (solo los de ADN) o lineales• Los de ARN bicatenario y algunos

monocatenarios se presentan en varias cadenas independientes con genes diferentes en cada una.

• Los de ADN no se presentan segmentados• Los de ARN no son circulares

Ácidos nucleicos de los virus

Información codificada por el ácido nucleico:• Los más simples llevan información para codificar

pocas proteínas (entre 4 y 8)• Los más complejos entre 100 y 200• Las proteínas pueden ser:

– Estructurales. – Enzimáticas (relacionadas con la síntesis de ácidos

nucleicos)– Aglutinantes (interactúan con los receptores celulares

ayudando a propagar la infección)

Ácidos nucleicos de los virus

RETROVIRUS• Poseen dos moléculas de ARN monocatenario y al menos

tres tipos de enzimas:– Transcriptasa inversa– ADN endonucleasa– Proteasa

• La transcriptasa inversa sintetiza primero una molécula híbrida de ADN y ARN. Luego la misma enzima sintetiza la doble hélice de ADN y degrada el ARN.

• La doble hélice se puede insertar en el ADN de la célula huésped mediante la endonucleasa integrasa.

• Estas enzimas son útiles en IG.

Ácidos nucleicos de los virus

• Adsorción (en los fagos se da primero una adsorción y luego una fijación).

• Penetración o entrada.

• Eclipse.

• Replicación y Síntesis de capsómeros.

• Ensamblaje.

• Lisis o liberación.

Ciclo lítico de los virusFases:

FASE DE PENETRACIÓN: Diferente en distintos virus.

• virus con membrana: fusión.

• virus desnudos: se introducen al perforar la membrana con enzimas (bacteriófagos), o por endocitosis al ser englobados por la célula. Los bacteriófagos inyectan solamente el ácido nucleico, los otros introducen el virión completo.

• En las células vegetales los virus penetran por los poros de la pared celular, y se transmiten de una planta a otra mediante vectores como insectos.

Ciclo lítico de los virusFASE DE ADSORCIÓN: Debe existir cierta complementariedad

entre las proteínas de la membrana del virus y las de la célula, esta complementariedad es la que marca la especificidad de la infección.

FASE DE ECLIPSE: Se le da este nombre porque no se observan virus en el interior de la célula, ni aparecen síntomas de la infección en el funcionamiento celular, sin embargo es cuando existe una mayor actividad metabólica. Es diferente en los distintos tipos de virus.

Virus completo: Primero desensamblaje (descapsidación).

Posteriormente (todos): replicación del ácido nucleico del virus y síntesis de ARNm y proteínas. Es la fase de mayor actividad.

Ciclo lítico de los virus

FASE DE REPLICACIÓN (se puede incluir en la anterior)

Se aprovecha la maquinaria de la célula, ribosomas, ARNt y aa y se sintetizan proteínas del virus. Como consecuencia aparecen numerosos capsómeros y copias del ácido nucleico del virus.

FASE DE AUTOENSAMBLAJE:

Simultáneamente a la anterior, se van ensamblando las piezas.

FASE DE LIBERACIÓN:

Los virus salen para infectar nuevas células.

• Liberación por lisis.

• Liberación persistente. La infección no provoca la muerte rápida de la célula, y los nuevos virus la abandonan progresivamente por exocitosis, permaneciendo la célula viva.

Ciclo lítico de los virus

Ciclo lítico de un bacteriófago

Adsorción o fijación

Las fibras caudales reconocen la célula huésped y establecen enlaces químicos, la adsorción y a continuación se realiza una fijación mecánica mediante las espinas o espículas de la placa basal.

La penetración es por perforación de la pared e inyección del ADN( su placa basal segrega lisozima y abre un orificio en la pared bacteriana).

La fase de eclipse es breve, y se producen rápidamente ARNm.

Las fases de replicación y autoensamblaje son rápidas.

La liberación se produce por lisis (enzimas líticos sintetizados por los virus).

Ciclo lisogénico de un bacteriófago

En el ciclo lisogénico de un bacteriófago la etapa de eclipse tiene una duración indefinida. El ADN inyectado se integra en el cromosoma bacteriano y se puede replicar con él durante varias generaciones, sin transcribirse ni traducirse. Determinados cambios en los factores ambientales inducen la iniciación del ciclo lítico (las agresiones ambientales causan el debilitamiento de la célula y eso hace que se inicie un ciclo lítico).

En virus animales se da el ciclo lisogénico por ejemplo en los virus de las verrugas, herpes y retrovirus (sida).

Ciclos lítico y lisogénico de un bacteriófago

Ciclos lítico y lisogénico de un bacteriófago

Ciclo de un retrovirus con membrana

La entrada se produce por fusión. La cápsida y el ARN penetran. En la fase de eclipse se desmonta la cápsida y se da la transcripción inversa. El ADN sintetizado se inserta en el ADN nuclear y comienza la transcripción a ARNm.

En las fases de autoreplicación y autoensamblaje, se producen copias de ARN y capsómeros que van ensamblándose en el citoplasma. La célula hospedadora permanece viva mientras se producen nuevos viriones que salen por gemación, arrastrando parte de la membrana de la célula (si son virus desnudos aprovechan mecanismos de exocitosis celular).

Entre los virus que presentan ciclos lisogénico están los retrovirus

Ciclo de un virus con membrana

En los virus con membrana a veces la liberación puede ser lenta, sin lisar la célula, la cual puede seguir viva y produciendo virus durante un tiempo variable. Es lo que se conoce como infección persistente.

La infección lítica destruirá a la célula hospedadora y causará la enfermedad. La infección persistente reproduce al virus.

En cualquiera de los casos, los virus al pasar de una célula a otra pueden transportar genes; este fenómeno se denomina transducción. Ello puede tener diferentes consecuencias: Si un virus introduce en una bacteria el operón de la lactosa, esta bacteria

ya se podría nutrir a partir de lactosa. Pueden causar tumores:

• Bien convirtiendo en hiperactivo un gen estimulador de la mitosis (de protooncogen a oncogen).

• Bien inactivando a un gen cuya misión sea normalmente la de inactivar la mitosis, (conocidos como genes supresores de tumores).

• Bien transportando oncogenes entre células de distintos organismos.

Cualquiera de estos procesos induce a la rápida división de las células (tumor).

Puede simplemente que su presencia afecte a la funcionalidad normal de los genes.

Los tratamientos para las infecciones víricas tienen la dificultad de destruir a los virus sin dañar a la célula hospedadora.

Efectos de la infección viral

Los criterios utilizados para clasificarlos son: el tipo de ácido nucleico, el tipo de cápsida, la existencia o no de envolturas membranosas y el tipo de célula que parasita:

• -según el ácido nucleico pueden tener: ARN monocatenario, ADN bicatenario

• -según la cápsida: helicoidal, complejo o icosaédrico• -según la existencia de envoltura o no: envueltos o

desnudos• -según el tipo de célula que infecta: virus animal, virus

vegetal y virus bacteriófago

Clasificación de los virus

Clasificación de los virus en función del tipo de ácido nucleico

Retrovirus: son virus envueltos, con dos moléculas idénticas de ARN monocatenario y con enzimas especializadas: las retrotranscriptasas, que pasa su ARN a ADN el ADN, de forma que se puede integrar en el genoma de la célula .

Son importantes porque algunos causan cáncer, el virus del Sida es un retrovirus, la enzima retrotranscriptasa es una herramienta en la Ingeniería genética, el ADN que forma se puede integrar en el genoma celular abriendo así la posibilidad de utilizarlas para introducir genes deseados en una célula para la terapia génica.

• CÉLULAS VEGETALES: la mayoría helicoidales. Generalmente son virus de ARN monocatenario, como el virus del mosaico del tabaco, aunque también pueden ser de ARN bicatenario.

• CÉLULAS BACTERIANAS: la mayoría virus complejos. Se presentan todos los tipos de ácidos nucleicos: ADN bicatenario, ADN monocatenario, ARN bicatenario y ARN monocatenario.

• CÉLULAS ANIMALES: la mayoría icosaédricos con envoltura. Se presentan todos los tipos de ácjidos nucleicos.• ADN monocatenario: parvovirus (virus que afecta a algunas razas

caninas)• ADN bicatenario: herpes, viruela, verrugas, hepatitis B, resfriado

común (adenovirus) etc.• ARN monocatenario: rabia, sarampión, gripe, sida, polio etc.• ARN bicatenario: reovirus (infecciones leves).

Clasificación de los virus según el tipo de célula a la que parasitan

Viroides y Priones

Los viroides son pequeñas moléculas de ARN monocatenario y circular, sin cubierta. Provocan enfermedades por alterar el normal funcionamiento de los ácidos nucleicos en el núcleo (se insertan en él interfiriendo en los genes sin llegar a traducirse en proteínas), causando errores en los sistemas reguladores que controlan el crecimiento de las plantas (producen atrofia en el crecimiento, y desarrollo anormal de tallos y hojas).

Los priones son proteínas con casi la misma secuencia de aa que la proteína normal, pero con un plegamiento anormal, (son capaces de inducir a las proteínas normales de la célula la forma anormal del prión). Suelen ser proteínas de membrana de las neuronas.

La formación de los priones no se debe a una síntesis, sino a una transformación de las proteínas normales en proteínas defectuosas (hay un cambio en su conformación en la zona de alfa hélice a hoja plegada beta, como se muestra en la imagen).

Los efectos de su acción son similares a los de una infección. Estas formas defectuosas se acumulan en el interior celular, entran en contacto con proteínas normales, estas se vuelven priones y ellas mismas atacan a otras normales, y provocan finalmente la destrucción de la neurona.

Viroides y Priones