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EDUCACIÓN
Virus
(Del latín,
‘veneno’), entidades orgánicas compuestas tan sólo de
material genético, rodeado por una envuelta protectora. El término
virus se utilizó en la última década del siglo pasado 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.
La existencia
de los virus se estableció en 1892, cuando el científico
ruso Dmitry 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.
Características
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.
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 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.
Replicación
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.
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, 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.
Los virus
en la medicina
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.
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. Algunos de éstos son la gripe, el
sarampión, las paperas, la fiebre con calenturas (herpes
simple), la varicela, los herpes (también conocidos como
herpes zóster), enfermedades respiratorias, diarreas agudas,
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, y se sospecha de algunas formas
de papilomavirus. 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. Algunos virus tardan mucho
tiempo en originar síntomas, y producen las llamadas
enfermedades víricas lentas, como la enfermedad de
Creutzfeldt-Jacob y el kuru, en las que se destruye el cerebro
gradualmente.
Todavía hoy se
descubren virus responsables de enfermedades humanas
importantes. La mayoría pueden aislarse e identificarse con
los métodos actuales de laboratorio, aunque el proceso suele
tardar varios días. Uno de ellos es el rotavirus que causa la
gastroenteritis infantil.
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.
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, 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, permiten obtener grandes cantidades de ésta
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 le protegerán cuando vuelva a ponerse en
contacto con el mismo virus. Las vacunas contienen siempre
virus alterados para que no puedan causar la enfermedad.
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, gusanos cilíndricos,
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.
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.
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.
Estructura
viral
Algunos bacteriófagos
(virus que parasitan bacterias), izquierda, tienen una
estructura bastante complicada y elaborada. El fago T4,
representado aquí, consta de cinco proteínas y de las
siguientes partes: cabeza, cola, un cuello o collar, placa
basal y unas fibras a modo de patas. Por contra, un virus de
la gripe, derecha, es más simple. Una envuelta lipídica
envuelve el caparazón proteico, o cápsida, el cual, como en
el bacteriófago, encierra el material genético enrollado.
Desde esta envuelta se proyectan dos tipos de proteínas a
modo de púas, que determinan las propiedades infectivas del
virus. Los hospedadores humanos deben producir nuevas defensas
inmunes cada vez que éstas mutan; de aquí las vacunaciones
anuales que se realizan.
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.
Virus
Los virus son
parásitos intracelulares obligados, partículas compuestas de
material genético (ADN o ARN, pero no ambos) rodeado por una
cubierta proteica protectora. Fuera del huésped son inertes;
dentro, entran en una fase dinámica en la que se replican,
utilizando las enzimas de la célula huésped, sus ácidos
nucleicos, sus aminoácidos y sus mecanismos de reproducción.
Así, llevan a cabo lo que no pueden realizar solos. La
replicación viral conlleva, a menudo, perjuicios para el
hospedador: enfermedades como el herpes, la rabia, la gripe,
algunos cánceres, la poliomielitis y la fiebre amarilla, son
de origen vírico. Entre los 1.000 a 1.500 virus conocidos,
hay unos 250 que causan enfermedades en los seres humanos
(unos 100 de los cuales, provocan el resfriado común), y
otros 100 infectan a distintos animales.
Trabajo
enviado por:
Martín Buczyner
martinbuc@fibertel.com.ar
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