Tema 1: Diversidad Vírica

1. Los virus. Definición

Los virus son partículas que tienen por un lado un ácido nucleico que puede ser ADN o ARN, y por otro lado este ácido nucleico en la parte extracelular tiene una envuelta que se llama cápside. Esta cápside es una cubierta proteica que lo que hace es proteger al ácido nucleico cuando está fuera de la célula de distintos agentes que lo pueden alterar. Esto es lo que se conoce como nucleocápside, a la parte del ácido nucleico y de la proteína.A parte de esto los virus también tiene una envoltura que es una membrana externa de todos los virus animales debido al proceso por el que salen de la célula. No todos la tienen es por eso que hay virus desnudos y virus envueltos.

Una de las caraterísticas de los virus que lo hace diferente al resto las células es que tienen distintos materiales genéticos, los virus tienen una mayor versatilidad en cuanto al material genético, los hay que tienen DNA bicatenario o DNA monocatenario, RNA simple+ o - etc. Además la estructura también pueden ser distinta, pueden ser ácidos nucleicos circulares o lineales; el número de moléculas de ácido nucleico en cada virus también cambia, pueden ser uno puede ser varias. El tamaño varía mucho de unos virus a otros.

Tenemos virus que tienen DNA de doble cadena, DNA de una cadena, o bien RNA de polaridad positiva o negativa. El RNA de polaridad positiva es el que realmente se puede utilizar como mensajero y nos va a dar lugar a las proteínas. El RNA negativo nunca se va a poder traducir. Existen moléculas que tienen RNA de doble cadena, esas dos cadenas serán complementarias

tanto la positiva como negativa. Vemos que la versatilidad en cuanto su genoma es muy alta por lo cual vamos a tener que afrontar distintas maneras de replicarse y de codificar las proteínas.

Una de las formas que primero se describió para poder clasificar los distintos virus, era según el ácido nucleico que tenían, eso va a determinar todo un tipo de replicación y de producción de proteínas que va a ser diferente en cada uno de ellos. Eso es lo que hizo Baltimore, que hizo una primera clasificación basándose fundamentalmente en la composición del genoma, cual es la ruta que utiliza para conseguir el RNA mensajero y como va a hacer la replicación del ácido nucleico. Basado en eso estableció 7 grupos:

-Grupo 1: DNA de doble cadena

-Grupo 2: DNA de cadena simple

-Grupo 3: RNA de doble cadena

-Grupo 4: RNA de cadena simple de polaridad positiva

-Grupo 5: RNA de cadena negativa

-Grupo 6: Virus con RNA monocatenaria pero necesita un intermediario de DNA en su proceso de replicación

-Grupo 7: Virus de DNA bicatenario pero que se replica con un intermediario de RNA, utilizan la retrotranscriptasa

Esta clasificación tenemos que tener en cuenta que hay dos conceptos que se solapan en esta clasificación y que realmente son diferentes los mecanismos que tiene la célula para replicar y para transcribir. La replicación es hacer una copia del propio material genetico y lo que es la transcripción es a partir de ese material genético sintetizar un RNA mensajero que es el único que se va a poder traducir y producir proteínas, son dos conceptos relacionados pero bastante diferentes, entonces cada virus va tener una manera replicarse y otra de transcribirse a veces se solapan y a veces son diferentes.

Otra cosa es importante para lo que vamos a ver ahora de los diferentes grupos, es el dogma central de la biología. En el cual las células normalmente tienen copias de DNA de doble cadena, este DNA de doble cadena se va transcribir en un RNA mensajero que se va a traducir en una proteína.

En todas las células humanas, bacterias, tienen DNA polimerasas dependientes de DNA que son las que se han encargado de replicar el DNA de doble cadena, van a sintetizar más DNA para replicarlo y van a tener RNA polimerasas dependientes de DNA que van a sintetizar a partir del DNA una molécula de RNA que va a sintetizar el RNA mensajero para traducir las proteinas. Esto es de lo que dispone un virus cuando infecta, la células van a tener DNA polimerasas dependientes de RNA y RNA polimerasas dependientes de DNA. Si necesita otro tipo de enzimas va a tener que fabricarlas en el y llevarlas consigo para poder llevar a cabo estos procesos. Vamos viendo grupo por grupo las diferencias en la replicación y la producción del RNA mensajero:

Grupo 1:

Tienen DNA de doble cadena. Los herpesvirus son de este grupo. Los virus de este grupo cuando entren en la célula van a aportar un DNA de doble cadena que va a poder utilizar la propia RNA polimerasa del hospedador para sintetizar un RNA mensajero que se traduce a distintas proteínas del virus. En algunos casos esta misma producción produce replicasas propias que va servir para hacer más copias del DNA de doble cadena, en algunos grupos es así en otros utilizan la propia DNA polimerasa del hospedador.

Grupo 2:

Aportan como material genético un DNA monocatenario, positivo o negativo, y en este caso utilizan la DNA polimerasa del hospedador que va a ser capaz de sintetizar una molécula de doble cadena. Cuando entra esta copia se duplica, sintetiza la otra cadena y ya tenemos un DNA de doble cadena. Este DNA de doble cadena la célula lo interpreta y con la RNA polimerasa del hospedador va sintetizar un mensajero que va a traducirlo a proteínas del virus. A partir de esta copia también puede sintetizar las cadenas por positivas y al final tenemos el mismo material genético duplicado. Como vemos en este caso no necesitan ninguna

polimerasa especial ya que utilizan tanto la DNA polimerasa del hospedador como la RNA polimerasa del hospedador.

Grupo 3:

Aquí se complica más porque tenemos virus RNA. No tenemos RNA de doble cadena en la célula implicado en ningún proceso por lo tanto cuando entra el RNA de doble cadena para poder transcribirle y para poder replicarlo va tener que aportar el propio virus la maquinaria porque nosotros no tenemos ningún RNA polimerasa dependiente de RNA. El propio virus además del RNA cuando infecta va a tener que infectar con su propia proteína y además poner una RNA polimerasa que a partir del RNA de doble cadena sea capaz de sintetizar cadenas + que estás ya lo reconoce como mensajero y las traduce en proteínas víricas. Dentro de estas proteínas víricas uno de los genes que transporta este virus es una réplicasa propia que le va a permitir replicar este RNA de cadena simple de polaridad positiva para hacer copias para generar muchos copias de doble cadena. En este caso no utiliza la maquinaria celular porque no tiene nada que sintetizar, necesita RNA polimerasa que no es dependiente de DNA como las que tenemos en las células. Tiene que infectar tanto el material genético como la propia polimerasa del virus.

Grupo 4:

En este caso ya tenemos como material genético un RNA de polaridad positiva, al ser de polaridad positiva ya se puede utilizar directamente como mensajero. Un ejemplo es el picornavirus. Muchas veces utilizan los tRNA como un RNA policistrónico, de manera que sintetizan un RNA grande que sintetiza proteínas que pueden mediante proteasas dividir en diferentes proteínas. En otros casos este RNA sintetiza una sola proteína. Dentro de estas proteínas está una réplicasa que es la que va utilizar para generar un RNA de doble cadena, es decir, va a sintetizar una cadena negativa, y esta cadena negativa la va a utilizar como molde para generar más cadenas positivas de manera que al final tengamos el material genético del virus. Como vemos en este caso puede utilizar el material genético directamente para ser traducido pero necesita una replicasa para poder replicar realmente el material genético.

Grupo 5:

En el caso de los virus de cadena negativa, es una situación que con este RNA no pudo hacer nada, tiene que aportar su propia RNA polimerasa y a partir de esta cadena negativa sintetizar una positiva que es la que ya se va traducir. De la misma manera que antes está RNA polimerasa viral va a generar una forma replicadora, va sintetizar una copia de la cadena negativa y este molde positivo lo utilizar para hacer más copias negativas de manera que al final va a generar copias negativas. Al final tiene proteínas y tiene material genético por lo que tiene toda la maquinaria, también utiliza sus propias polimerasas.

Grupo 6:

Aquí están los retrovirus. Tiene la particularidad de que el material genético que tiene el virus es RNA de polaridad positiva pero que no se va traducir directamente sino que lo que va hacer es que va sintetizar o se va a copiar en una molécula de DNA de cadena negativa y posteriormente ésta actúa como molde y se sintetiza un DNA de doble cadena. Esto lo hace una enzima que es la retrotranscriptasa. Éste DNA de doble cadena se integra directamente en el DNA del hospedador (en forma de lo que se conoce como provirus) y una vez integrado actúa como el DNA de la célula huésped ,se transcribe a RNA de polaridad positiva y esto se traduce a proteínas. En este caso el virus cuando infecta, pone el RNA de polaridad positiva y además la retrotranscriptasa y entonces a partir del RNA, que no lo utiliza como mensajero, lo utiliza como molde para sintetizar una doble cadena de DNA que se integra y en este caso con la RNA polimerasa del hospedador lo que va hacer es sintetizar mRNA de polaridad positiva que ya va sintetizar la las proteínas viricas que van hacer copias del propio material genético.

Grupo 7:

En este caso utiliza la RNA polimerasa del hospedador y además utiliza la retrotranscriptasa. En este caso es DNA de doble cadena pero son unas cadenas que no son completas, no están completamente solapadas, hay huecos, esto es lo primero que hace cuando entra la célula; rellenar estos huecos. Al ser DNA de doble cadena no hay ningún problema. La RNA polimerasa del hospedador es capaz de a partir de este DNA de doble cadena sintetizar un RNA mensajero que se traduce en proteínas viricas y en retrotranscriptasa. En este caso utiliza la retrotranscriptasa para el proceso de replicación, es decir, a partir de la molécula de RNA de polaridad positiva va sintetizar una molécula de DNA y luego el DNA de doble cadena, que es lo que es el material genético de este virus. Este proceso un poco diferente y necesita como molde el RNA mensajero para sintetizar la doble molécula de DNA.

En resumen podemos decir que lo que hay dentro de la célula y lo que tiene que aportar el virus son conceptos clave. La única vez que no puede utilizar polimerasas es cuando son RNA polimerasas dependientes de RNA.

Esta es una clasificación que sigue vigente desde hace mucho tiempo, pero realmente existe todo un Comité internacional de taxonomía de virus que se creó en el año 71 y este comité lo que hace es intentar clasificar los virus igual que el resto de los seres vivos. Esta clasificación intenta ser más uniforme y tener en cuenta una serie de características; la última clasificación que hay ahí 6 órdenes, 94 familias, 22 subfamilias, 395 géneros, 2950 especies…

Qué características tienen en cuenta?

-El huésped que tiene -el ácido nucleicos -La simetria de la capside

-el diámetro del virión -el número de capsomero -las propiedades inmunológicas

-número de genes -el mapa genómico -la localización de la replicación

-la presencia/ausencia de DNA intermediario -patogenos o no

Esta clasificación de virus está continuamente evolucionando.

Una de las clasificaciones que más se utiliza es la clasificación según el hospedador, según el hospedador tenemos que hay virus bacterianos,virus eucariotas…

Virus de procariotas

los virus de procariotas la mayoría son de DNA de doble cadena, aunque existen de los otros tipos. Las cuatro familias son fundamentalmente bacteriófagos, en este caso tienen una morfología con una cápside compleja en la que tienen una parte icosaédrica y otra parte helicoidal, y en otros casos tiene una morfología mucho más compleja. Esto se sabe que es necesario porque realmente los procariotas tienen una pared celular muy fuerte que tienen que atravesar los bacteriófagos para poder inocular el DNA. Eso ha llevado a crear morfologías que realmente ejercen una presión muy fuerte cuando inyectan el DNA para que puedan atravesar las paredes.

Dentro de los bacteriófagos, hay dos tipos:

-Fagos Virulentos: su misión es lisar la célula. Va a introducir el DNA, lo va a replicar, va generar los viriones, van a lisar la célula y los viriónes van a salir fuera, esto es lo que se denomina ciclo lítico. Conlleva la muerte del hospedador.

-Fagos atemperados: pueden llevar a cabo otro ciclo que se llama ciclo lisogénico. Este ciclo es un ciclo en el cual el DNA del fago se integra en el DNA de la bacteria en este caso y se mantiene integrado dentro del genoma de manera que no lisa la célula, simplemente se mantienen en el genoma y permite a la célula crecer, dividirse, simplemente llevando el material genético del fago insertado. En determinadas condiciones esto lo hace el fago cuando no son muy buenas las condiciones. Este ciclo lisogénico permite crecer a la célula y en determinadas condiciones de inducción esto puede saltar, puede separarse del DNA y empezar el ciclo litico y generar partículas viricas que lisen la célula.

Virus de arqueas

tienen unas morfologías bastante raras. Son los morfología es que hasta ahora no estaban identificadas y que han empezado a aparecer en los virus de arqueas. En este caso la mayoría de los genomas es DNA de doble cadena, en casi todos los casos circular. Dentro de las arqueas también hay 3 grupos identificados: unos son los metanógenos y otros son los halofilos, en general los virus que infectan estos grupos son más parecidos a los bacteriófago, tienen cabeza y cola. El tercer grupo son los hipertermófilo. Los que afectan a hipertermofilos son los que se ha demostrado que son bastante atípicos: tienen forma de roseta, limón… Estas morfologías son diferentes debido a que tienen que hacer frente a condiciones extremas.

Virus de eucariotas

tenemos virus de plantas, virus animales y virus de hongos.

Los más estudiados son los virus animales porque son los que producen enfermedades en el hombre. En este caso hay algunos que son de DNA otros de RNA, algunos envueltos y otros no, y la diferencia está en que la replicación puede ser en el citoplasma con el núcleo, el lugar de ensamblaje también varía y el tipo de cápsula. Tenemos una variabilidad mucho más alta y en el caso de los eucariotas los virus RNA normalmente se replican en el citoplasma y los virus DNA normalmente en el núcleo, esto es así porque la mayoría de los virus DNA utilizar material del propio hospedador por lo que RNA polimerasa si las DNA polimerasa se están en el núcleo por lo que el DNA tiene que llegar hasta núcleo para llegar a las propias enzimas mientras que en el caso de los virus RNA estos aportan su propio material o por lo cual no necesita ir al núcleo puesto que no necesita la maquinaria del núcleo, por eso la mayoría de los casos lo hacen en el citoplasma aunque hay excepciones como el retrovirus por ejemplo que es un

virus RNA pero que necesita integrar el DNA en el genoma y para ello tiene que ir al núcleo. En el caso de los virus DNA, los posvirus pasan al núcleo porque utilizan otro mecanismo que ya veremos.

Ejemplos:

en el caso los virus animales cuando se infectan por un virus puede pasar varias cosas:

-Pueden producir cáncer. Virus tumorales

-Lisar la célula

-Se libera lentamente y no afecta de manera traen drásticamente a la célula

-Infección latente: se queda de forma latente la célula y en algún momento surge la infección

Los virus vegetales son muy parecidos a los animales en sentido amplio, y la característica que tienen los virus vegetales es que a veces necesitan un intermediario para poder multiplicarse. Muchos de los intermediarios de los vegetales son insectos. Los virus de las células vegetales tiene el mismo problema que los bacteriófago os, y es que las células vegetales tienen unas paredes celulares muy fuertes, entonces el mecanismo que utilizan para poder entrar en las células vegetales son abrasiones, es decir, heridas que haya o bien las picaduras de insectos que bien hacen heridas en las hojas o los tallos y es por donde penetran los virus. Para pasar de una célula otra utilizan los plasmo décimos, que son estructuras que comunica las células vegetales. Trabajar con virus vegetales es bastante difícil, cultivarlos en los laboratorios; en muchos casos se cultivan en cultivos vegetales o bien en cultivos celulares.

También llama la atención la morfología de los vegetales, ya que predomina fundamentalmente la morfología helicoidal. Esta morfología predomina por qué favorece la entrada al vegetal ya que es más pequeño que una icosaédrica por ejemplo.