Estudio de los Virus
Participante:
Heyrismar Henriquez
C.I: 28.703.809
Facilitador:
Ovidio Valerio
Universidad Nacional Experimental Simón Rodríguez
Subdirección Académica
PNF de Medicina Veterinaria
Núcleo Maturín
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2022/2023
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Estudio de los Virus
Participante: Heyrismar Henriquez C.I: 28.703. Facilitador: Ovidio Valerio Universidad Nacional Experimental Simón Rodríguez Subdirección Académica PNF de Medicina Veterinaria Núcleo Maturín
Introducción Los virus dependen completamente de las células donde habitan (bacterianas, vegetales o animales) para reproducirse. Los virus tienen una cubierta externa de proteínas y a veces lípidos, un núcleo de RNA o DNA y, a veces, enzimas necesarias para los primeros pasos de la replicación viral. La virología es la disciplina que se encarga del estudio de los virus y otros agentes genómicos de menor complejidad como los viroides, satélites y virusoides también llamados agentes subvirales. Es de suma importancia para el médico veterinario comprender la forma en la que los virus afectan a los animales ya que así podrá tomar control de la población enferma y evitar que la situación empeore, además la virología forma una parte importante de la salud pública ya que muchos de estos virus producen enfermedades zoonóticas.
divergencia de la vida e infectando así al último antepasado común universal (LUCA) y a los protobiontes. Se ha sugerido que nuevos grupos de virus han surgido repetidamente en todas las etapas de la evolución, a menudo a través del desplazamiento de genes ancestrales de replicación estructural y genómica. En particular porque se ha revelado relaciones evolutivas entre virus y elementos genéticos móviles no virales dando estos lugares a nuevos tipos de virus, posiblemente mediante la adquisición de los genes para la formación cápside, así como las proteínas que la conforman. Existen 3 hipótesis clásicas acerca del origen de los virus: Los virus pudieron haber sido células de muy pequeño tamaño que parasitaron a células más grandes, esta hipótesis es mejor conocida como degeneración). Cabe destacar que la hipótesis de la reducción ha sido descartada por algunos científicos debido a que no hay ningún organismo celular que pudiese representar un estado intermedio. Aunque se conocen casos de microorganismos muy reducidos, estos nunca pueden llegar a formar entidades tan simples como los virus, por tanto, esto hace difícil que podamos probar esta hipótesis. Algunos virus pudieron haber sido producto de la evolución de algunos fragmentos de ADN o ARN que escaparon de los genes de un organismo más grande. Otra hipótesis dice que los virus pudieron haber evolucionado a partir de moléculas complejas y ácidos nucleicos, antes de la aparición de las células en la Tierra, esta fue la primera hipótesis planteada acerca de los virus. Ninguna de las hipótesis descritas anteriormente ha sido del todo aceptada, la hipótesis regresiva fue refutada ya que no puede explicar porque los parásitos celulares no se asemejan a ningún tipo de virus y porque no hay ningún intermediario evolutivo que pudiese demostrarla. La hipótesis del escape de fragmentos de ADN o ARN no explicaba la complejidad de las cápsides y de otras estructuras virales. La hipótesis del virus primero no explicaba porque los virus dependen de células huéspedes para su replicación.
Los virólogos han revaluado las hipótesis antes mencionadas y han concluido que el escenario más plausible para el origen de los virus es un híbrido entre la hipótesis del virus primero y el escape. Clasificación de los virus: Bases de la clasificación: Los virus se clasifican principalmente por características fenotípicas, como cápside, tipo de ácido nucleico, tipo de proteínas, ciclo replicativo, organismos huéspedes y el tipo de enfermedad que causan. Clasificación según sintomatología: Virus Respiratorios: Es probable que las infecciones virales más frecuentes sean las de las vías respiratorias superiores. Los virus respiratorios se diseminan típicamente de una persona a otra por contacto con gotas de secreciones respiratorias infectadas. Virus Gastrointestinales: La gastroenteritis suele ser viral y se transmite de una persona a otra por la vía fecal-oral. El grupo etario afectado predominantemente depende del virus: Rotavirus: niños Norovirus: niños y adultos Astrovirus: suele afectar a lactantes y niños pequeños Adenovirus 40 y 41: lactantes Virus exantemáticos: Algunos virus sólo causan lesiones cutáneas (como en el molusco contagioso y las verrugas); otros también causan manifestaciones sistémicas o lesiones en otras partes del cuerpo. Virus hepáticos: Al menos 5 virus específicos (virus de las hepatitis A, B, C, D y E) pueden causar hepatitis. Cada uno causa un tipo específico de hepatitis. El virus de la hepatitis D sólo puede infectar a un individuo con hepatitis B. Otros virus pueden afectar el hígado como parte del proceso. A modo de ejemplo, pueden mencionarse el citomegalovirus, el virus Epstein-Barr y el virus de la fiebre amarilla. Virus neurológicos: La mayoría de los casos de encefalitis son virales. Muchos de estos virus se transmiten a los seres humanos a través de la
ADN bicatenario y con cápsides icosaédricas. Contiene los clásicos bacteriófagos de cola y los herpesvirus. Adnaviria: Incluye virus de arqueas con dos proteínas de ensamblaje homólogas y morfología filamentosa. Todos los representantes son virus de ADN bicatenario. Es también el único dominio que hasta ahora no tiene descendientes en los eucariotas. Varidnaviria: Incluye virus de ADN que tienen una proteína específica en rollo de gelatina vertical. Pueden ser en doble rollo de geltina vertical DJR-MCP o en rollo simple de gelatina SJR-MCP que conforman sus propios reinos. Sus miembros son virus de ADN bicatenario que contiene cápsides mayormente icosaedricas. Se originaron de los de replicones del mundo de ADN que quedaron atrapados dentro de capas formadas por proteínas de microcompartimiento y fueron una parte importante del viroma de las primeras formas de vida. Los eucariovirus descienden de tectivirus a través de unos virus intermediarios llamados "polintovirus" que posteriormente se convertirían en los transposones politones. Bamfordvirae: Incluye los virus con la proteína en doble rollo de gelatina DJR- MCP que parecen derivar de los virus con proteínas en rollo simple de gelatina SJR-MCP. Sus virus tienen principalmente cápsides icosaédricas, aunque en algunos virus gigantes la forma ancestral fue remplazada por una ovoide. Contiene todos los eucariovirus del dominio que son los adenovirus, los virus gigantes y los virofagos que se originaron de los transposones polintones que disponen de la proteína de la cápside, estos transposones derivan de los bacteriófagos del reino por infección viral que son los tectivirus, corticovirus, turrivirus y otros descubiertos más recientemente. Helvetiavirae: Son los virus con la proteína en rollo de gelatina simple SJR- MCP que parecen ser los primeros virus de Varidnaviria y que precedieron a los virus DJR-MCP. Mantienen la cápside icosaédrica ancestral. Monodnaviria: Casi todos sus miembros son virus de ADN monocatenario.
Shotokuvirae: Contiene los eucariovirus del dominio ejemplo los papilomavirus, poliomavirus, parvovirus, circovirus, nanovirus, geminivirus, bacilladnavirus etc. Sangervirae: Contiene bacteriófagos con cápsides icosaédricas sin envoltura vírica y genomas circulares. Se originaron de ciertos plásmidos procariotas independientemente de los otros reinos y son el origen de los eucariovirus del dominio. Trapavirae: Contiene bacteriófagos con cápsides icosaédricas cubiertas de una envoltura vírica y genomas circulares. Se originaron de ciertos plásmidos procariotas independientemente de los otros reinos. Lobvirae: Contiene bacteriófagos con cápsides helicoidales y genomas circulares. Se originaron de ciertos plásmidos procariotas independientemente de los otros reinos. Estudios de virus que contienen RNA: Riboviria: Contiene los virus que codifican ARN polimerasas dependientes de ARN y transcriptasas inversas. La agrupación surge porque se cree que las ARN polimerasas dependientes de ARN y transcriptasas inversas comparten un ancestro común. Orthornavirae: Son virus de ARN con excepción de algunas familias y géneros poco investigados. Codifican una ARN polimerasa dependiente de ARN lo que permite estudiar toda su filogenia y evolución. Se originaron de replicones del mundo de ARN que quedaron atrapados dentro de capas formadas por proteínas de microcompartimiento y fueron parte del viroma de las primeras formas de vida. Se ha propuesto que los virus de ARN o sus ancestros precedieron a los retroelementos como los (retrones, intrones II y de estos últimos derivarían los retrotransposones que son ancestros de los virus retrotranscritos). Pararnavirae: Incluye los virus retrotranscritos. Codifican una transcriptasa inversa que permite estudiar toda su filogenia y evolución. Se originaron de un evento en el que un retrotransposón LTR se integró en la cápside de un virus
Composición química de los virus Proteínas virales: Una proteína viral es tanto un componente, como un producto de un virus. Las proteínas virales se agrupan de acuerdo con sus funciones, y grupos de proteínas virales incluyen proteínas estructurales, proteínas no estructurales, proteínas reguladoras y proteínas accesorias. Las proteínas virales son largas cadenas de polipéptidos. Su finalidad principal es facilitar la transferencia del ácido nucleico viral de una célula huésped a otra al protegerlo en el medio intercelular. Sirven para proteger al genoma viral contra la inactivación por las nucleasas celulares, participan en la adhesión de la partícula viral a una célula sensible y proporcionan la simetría estructural de la partícula viral. Las proteínas establecen las características antigénicas del virus. Los virus más sencillos contienen una sola proteína y los más complejos contienen hasta cien proteínas. Los virus conocidos consisten de L-isómeros de aminoácidos comunes.
Los aminoácidos más frecuentes provienen de ácidos dicarboxílicos. Algunos virus codifican proteínas estructurales que le sirven para construir la cápside y otros componentes del virión. Otras proteínas no estructurales no son parte del virión maduro, pero intervienen en procesos de ensamble y replicación. Los bacteriófagos contienen una proteína que penetra a la bacteria junto con su ADN a través de un choque osmótico. Sus aminoácidos terminales están enmascarados para protegerse contra proteasas de la célula huésped resistiendo a enzimas proteolíticas y a los factores fisicoquímicos del medio. Ácido nucleico viral: El ácido nucleico viral contiene la información necesaria para la programación de la célula infectada que la hospeda para sintetizar macromoléculas virales específicas necesarias para la producción de progenie viral. El ADN y el ARN son los ácidos nucleicos de los virus. Nunca se presentan los dos juntos. Se pueden presentar en doble cadena o sencilla, denominados dicaténicos o unicaténicos, respectivamente. Pueden estar organizados de forma circular o lineal. Pueden contener todos sus genes en una solo molécula de ácido nucleico o pueden estar divididas en varias moléculas. Por ejemplo, los miembros de la familia Reoviridae, tienen doble cadena y sus genes son segmentados. Todos los genomas de los virus son haploides, esto quiere decir que solo existe una copia de su material genético a excepción del Retrovirus que es diploide. Lípidos virales: Los principales lípidos que contienen los virus son fosfolípidos y glucolípidos de gran similitud con los lípidos que constituyen la membrana celular de la célula huésped. Gran parte de estos lípidos integran el virión, pero otra parte se forma después de la infección, esta parte es la que difiere de los lípidos celulares. Los lípidos constituyen entre un 20 y 35% del peso de los virus en algunos casos llega a ser del 50 al 60% del peso viral, esto pasa cuando el colesterol es el principal constituyente. Carbohidratos virales: Además de los carbohidratos de los ácidos nucleicos (ribosa, desoxirribosa, glucosa, gentibiosa) los virus también contienen
Reacción a los agentes físicos y químicos Temperatura: La mayoría de los virus son lábiles al calor. En general es suficiente una hora a 55-60ºC para inactivar a la mayoría de los virus por desnaturalización de las proteínas de la cápside, lo que impide la adsorción y la decapsidación. Constituyen excepciones el virus de la hepatitis B, los adenoasociados y viroides, que resisten esa temperatura. Como regla general, la vida media de la mayoría de los virus puede ser medida en segundos a 60ºC, en minutos a 37ºC, en horas a 4ºC, en días a -20ºC, en meses a -70ºC y en años a -196ºC. La esterilización por calor seco en estufa o por calor húmedo en autoclave, destruye a todos los virus, incluyendo a los más resistentes como el de la hepatitis B. por esta razón, la esterilización en estufa o autoclaves es el procedimiento de elección. La temperatura ambiente, destruye muchos virus, aunque el tiempo requerido para la inactivación depende de las características de la familia. Por ejemplo, el virus de la hepatitis B y La viruela pueden conservar su infectividad a 1º ambiente durante meses. En cambio, otros como los orthomixovirus(influenza) o los para mixovirus (sarampión) se inactivan en pocas horas. Por estas razones es fundamental que las muestras clínicas para diagnóstico virológico por aislamiento sean conservadas a la temperatura adecuada, es decir 4ºC en hielo granizado y enviadas al laboratorio en el menor tiempo posible. Radiaciones : Las radiaciones UV y las ionizantes (rayos X y Gamma) al producir alteraciones en el genoma son capaces de inactivar los virus. Las radiaciones ionizantes se utilizan para esterilizar materiales plásticos de uso médico o de laboratorio. La luz Uv se utiliza para esterilizar áreas de trabajo. Solventes de lípidos : La presencia o no de envoltura determina la sensibilidad de los virus a los solventes lipídicos. Todos los virus con envoltura se inactivan fácilmente con solventes de lípidos como éter, cloroformo, sales biliares o detergentes aniónicos. Por el contrario, los virus carentes de envoltura son
resistentes a estos agentes y por ello son infectivos por vía digestiva, ya que no son sensibles a las sales biliares. Desinfectantes: Para desinfección de superficies y material de laboratorio contaminado se utiliza hipoclorito de sodio al 10% o Cloro activo en una concentración del 1 al 5%. También puede emplearse glutaraldehído al 2% o ácido peacético. Es importante recordar que la solución de hipoclorito de sodio debe preparase diariamente a la concentración adecuada, ya que se evapora y así disminuye su concentración y por lo tanto, su efectividad como desinfectante. pH : Los virus por lo común son estables con pH de entre 5.0 y 9.0. Algunos de ellos (p. ej., enterovirus) son resistentes a las condiciones ácidas. Todos los virus se destruyen en un entorno alcalino. En las reacciones de hemaglutinación, las variaciones de pH de menos de una unidad pueden influir en el resultado. Antibióticos y otros agentes antibacterianos: Los antibióticos antibacterianos y las sulfonamidas no tienen efectos en los virus. Sin embargo, se cuenta con algunos fármacos antivirales. En términos generales, los compuestos de amonio cuaternario no son eficaces contra los virus. Los compuestos de yodo orgánico también son ineficaces. Para destruir virus se necesitan concentraciones más altas de cloro que las necesarias para destruir bacterias, en especial en presencia de proteínas extrañas. Por ejemplo, el tratamiento con cloro de las heces es adecuado para desactivar los bacilos de la tifoidea, pero es inadecuado para destruir el virus de la poliomielitis presente en heces. Los alcoholes como el isopropanol y etanol son relativamente ineficaces contra ciertos virus, en especial picornavirus Replicación de los virus El Proceso de multiplicación de las partículas virales en el interior de la célula hospedadora. Los virus son patógenos intracelulares obligados, lo que quiere decir que requieren de los sustratos, energía y maquinaria bioquímica celular para la replicación de su genoma y la síntesis de sus proteínas.
Hay virus que tienen envoltura lipídica, la cual es de la misma naturaleza que la membrana celular. Esto hace que la célula sea propensa fusionar su membrana con la del virus y darse la endocitosis. Ya llegado al interior de la célula, la cápsida, en caso de que haya permanecido intacta, es eliminada y degradada, ya sea por enzimas virales o las de organismo hospedador, y se libera el ADN vírico. Desnudamiento Se denomina desnudamiento debido a que el virus, en caso de introducirse dentro del organismo, pierde su cápside y deja al descubierto su material interno, como si se desnudara. En función de la duración de la fase de la síntesis, se pueden distinguir dos modalidades del ciclo de infección vírica. Por un lado, tenemos el ciclo ordinario. El ADN vírico procede inmediatamente a la transcripción de su mensaje genético en el ARN vírico, necesario para su multiplicación, y es aquí donde empezaría la reproducción por sí misma. Esta es la modalidad más común. Por otro lado está el ciclo lisogénico. El ADN vírico se cierra por sus extremos, formando un ADN circular, el cual es similar al de organismos procariotas. Este ADN se inserta en el ADN bacteriano, en una región en la que tengan una cadena de nucleótidos parecida. La bacteria sigue llevando a cabo sus funciones vitales, como si no pasara nada. Cuando el ADN bacteriano se duplique, el ADN vírico acoplado al mismo también lo hará, pasando a formar parte del ADN de las dos bacterias hijas. A su vez, las bacterias hijas podrán tener su descendencia y, así, sucesivamente, haciendo que con cada replicación bacteriana también se multiplique el ADN vírico. Este ADN vírico se desprenderá del ADN de la bacteria cuando se den las condiciones adecuadas para ello, continuando con sus restantes fases infecciosas y produciendo nuevos virus mientras contribuye a la muerte de la bacteria. El ciclo lisogénico también puede darse en virus que afectan células animales, como es el caso del papilomavirus de las verrugas y algunos retrovirus que están implicados en enfermedades oncológicas.
Multiplicación Si bien ya lo hemos introducido en la fase de desnudamiento, la fase de multiplicación del virus es aquella en la que se da la replicación propiamente dicha del mismo. En esencia, se trata de replicar el material genético del virus, que se transcriba su mensaje genético en una molécula de ARN y ésta se traduzca en forma que se produzcan proteínas víricas, tanto aquellas que forman la cápsida como las proteínas enzimáticas de su interior. En esta fase hay que tener en cuenta distintos tipos de virus, dado que no siempre se encuentra ADN en su cápside. Los virus con ADN, que se amoldan al proceso explicado en la fase anterior, realizan la replicación de su material genético de forma similar a como lo hacen las células, utilizando el ADN de la célula como andamio para hacer la multiplicación de ese material. Otros virus, que contienen ARN, replican su material genético sin necesidad de acudir al ADN celular. Cada cadena de ARN trabaja por sí sola como molde para síntesis de sus complementarias, siendo la célula un simple entorno en donde se realiza el proceso. Sea como sea que se formen nuevas cadenas de ADN y ARN, luego tiene lugar el ensamblaje de las piezas para construir los nuevos viriones. Este ensamblaje puede darse por acción de enzimas o bien de forma mecánica. Liberación de los nuevos virus Después de que se haya dado la multiplicación de los virus tiene lugar la salida de los nuevos individuos, los cuales, al igual que su ‘progenitor’ tendrán capacidad para infectar otras células anfitrionas. Por un lado está la liberación gemación. Esta se da cuando los nuevos virus no esperan a que la célula se muera para abandonarla, sino que se van de ella al mismo tiempo que se van reproduciendo, de manera que la célula sigue viva mientras ‘da a luz’ a nuevos virus. Un ejemplo de virus que se libera por gemación es el de la gripe A. En el momento en el que el virus es liberado, este adquiere la cubierta lipídica de la célula hospedadora.
migración observada. La posición de los fragmentos de DNA puede establecerse por radioautografía o por técnicas de tinción especializadas. Tales técnicas de mapeo físico fueron útiles para diferenciar tipos virales en sistemas en los cuales los virus no podían cultivarse (p. ej., papilomavirus). Los mapas físicos pueden correlacionarse con los mapas genéticos. Esto permite que los productos génicos virales se mapean a regiones individuales del genoma, que fue definido por fragmentos de restricción enzimática. La transcripción de mRNA mediante el ciclo de replicación puede asignarse a fragmentos específicos de DNA. Con el uso de mutagénesis pueden introducirse mutaciones en sitios definidos del genoma. Los fragmentos del genoma viral producidos por la reacción en cadena de polimerasa pueden utilizarse en lugar de fragmentos obtenidos por enzimas de restricción para estudios de mapeo y mutagénesis. Virus defectuosos Virus que no posee el genoma completo de modo que no puede replicarse completamente o no puede formar una cubierta proteica. Algunos son defectuosos y dependen del hospedero, lo que significa que sólo pueden replicarse en sistemas celulares que aporten la función genética particular que ellos no poseen. Los virus defectuosos derivan y se asocian con su virus original, y las partículas se clasifican como DIP (Partícula defectiva interferente) si se vuelven no infecciosas debido a que al menos un gen esencial del virus se pierde o se daña severamente como resultado de la deserción. Las partículas defectivas interferentes pueden aparecer en casi todas las clases de virus de ADN y ARN, tanto en entornos clínicos como de laboratorio, incluyendo a poliovirus, coronavirus, sarampión, alfavirus, virus sincitial respiratorio y virus de la gripe. Las DIP son un fenómeno natural que se puede recrear en condiciones experimentales en el laboratorio y también se puede sintetizar para uso
experimental. Se producen espontáneamente por replicación viral propensa a errores, especialmente en los virus de ARN debido a la enzima utilizada. Se considera que estas partículas interfieren cuando afectan la función del virus original a través de la inhibición competitiva; es decir, los virus defectuosos y no defectuosos se replican simultáneamente y compiten, lo que implica que el aumento de las partículas defectuosas disminuye la cantidad del virus con actividad patógena, manteniendo la respuesta inmune innata del huésped. Genomas virales como vectores El genoma viral se puede integrar al genoma celular por un proceso de recombinación genética, directamente en los virus ácidos desoxirribonucleicos (ADN) o previa transcripción inversa en los virus ARN. El genoma viral integrado al celular recibe el nombre de provirus. Un vector viral es un virus modificado que hace de vehículo para introducir material genético exógeno en el núcleo de una célula. A diferencia del resto, no reúnen todas las características o funciones que caracterizan a un ser vivo: constan de una estructura definida conferida por una envoltura proteica (cápsida) y material genético (ARN o ADN) pero, cuando están aislados, no cumplen ningún requisito de un ser vivo. Su estilo de vida es de parásitos obligados, habiéndose especializado con gran eficiencia durante la evolución en la introducción e inserción de su material genético dentro del genoma la célula huésped y en el secuestro de su maquinaria celular para obligarla a expresar sus proteínas y producir miles de copias del virus. Debido a estas características, se pensó en los virus como un posible vector para la introducción controlada de ADN en células humanas. La necesidad de un vector surge de las dificultades que entraña la introducción directa de material genético desnudo en el interior de una célula, el cual rápidamente es degradado por las nucleasas. Si bien determinadas modificaciones de los ácidos nucleicos y el empleo de sistemas físicos de introducción (como la inyección hidrodinámica) pueden sobreponerse a estas limitaciones, el vehículo especializado en el trasporte de material genético mejora