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167 Cultivo de tejidos Desde su introducción en 1949, los cultivos de tejidos (CT) imprimieron un avance sin precedentes en el conocimiento de la biología de los virus animales. Desde el punto de vista práctico, los CT solucionaron el problema de la propagación y cuantificación de virus, haciendolo independiente de la inoculación de animales. Actualmente, pueden ser cultivadas células de animales, plantas e insectos, a escalas domésticas o industriales, permitiendo el crecimiento de distintos tipos de virus, ya sea para investigación básica, diagnóstico o producción de vacunas. De hecho, las técnicas de CT se han erigido en un campo de especialidad de desarrollo independiente, con aplicaciones en diversas areas de la Biología. Muchos tipos celulares que no era posible cultivar en el pasado hoy son cultivados rutinariamente, permitiendo examinar nuevas relaciones virus-célula. Estos avances se debieron en gran parte al desarrollo paralelo de sofisticados medios de cultivo y al descubrimiento y purificación de factores de crecimiento específicos de tipo celular. Así mismo, se avanzó en la preservación por congelamiento de las células, abaratando el costo de su producción y manutención. Se deduce de lo arriba expuesto que todo laboratorio de Virología debe contar con una sección de cultivo de tejidos. La coordinación entre esta sección y aquella donde se manipula virus debe ser celosamente controlada para evitar la infección accidental de los cultivos lo cual estropearía cualquier interpretación de los resultados. Todo laboratorio de CT debe contar minimamente con: 1) fuente de agua de primera calidad para la preparación de medios de cultivo y el lavado del material de vidrio. Idealmente, se debe contar con un deionizador capaz de producir agua con una conductividad no menor a 18 Mcm. 2) fuente de frío para la preservación de stock de células (tanque de N líquido) y de suero (freezer de –80C y –20C), 3) estufa de CO2 para el crecimiento celular, independiente de aquellas empleadas para propagar virus 4) flujo laminar exclusivo para mantenimiento y pasaje de células, 5) autoclave para esterilizar el material de vidrio, 6) sala de lavado de material, 7) filtros para la esterilización de medios de cultivo, 8) dispositivos de seguridad para el descarte de medios, material descartable, células y tejidos. El buen funcionamiento de un laboratorio de Virología depende directamente del manejo de la sección dedicada a CT. Medios de cultivo Desarrollados inicialmente de forma empírica, los medios de cultivo (MC) actuales tienen una composición definida que permite crecer las células con alta repetibilidad. Se dispone actualmente de catálogos comerciales con una vasta lista de medios que difieren en su composición de acuerdo al tipo celular empleado. Básicamente, los MC deben proveer de todos los nutrientes necesarios para el mantenimiento y crecimiento celular. Aunque la diversidad de medios es grande, todos deben incluir: 1) fuente de C para la síntesis macromolecular y metabolismo (aminoácidos esenciales, azúcares, etc), vitaminas y trazas minerales, 2) un buffer capaz de controlar el pH del medio, 3) un indicador de pH, generalmente una sustancia cuyo color cambia de acuerdo al pH, 4) una formulación tal que respete la osmolaridad fisiológica de las células, sobretodo a través de la composición iónica, 5) una fuente de factores de crecimiento (generalmente suero sanguíneo). De todos los elementos mencionados, el suero es el menos predecible en cuanto a su composición, por lo que muchos laboratorios lo reemplazan por factores de crecimiento y/o diferenciación cuando el trabajo requiere la definición completa del medio. 168 Los medios definidos generalmente vienen en polvo y se reconstituyen con agua de primera calidad. Como varios de sus componentes son inactivados por las altas temperaturas, los medios se esterilizan mediante filtración con membranas de 0.2 m de diámetro de poro. El suero se mantiene congelado, y se adiciona antes de agregar medio a los CT. Conviene asegurarse de la esterilidad del medio sembrando medios para bacterias con el medio filtrado. Una vez que las células toman contacto con el medio de cultivo, lo comienzan a modificar. En muchos casos, dicha modificación es favorable para el metabolismo celular. Como los nutrientes invariablemente se agotan, el medio debe reemplazarse periodicamente con medio fresco. Muchos tipos celulares requieren medios especiales. La variación es tal que un medio que promueve la división en un tipo celular, puede promover la diferenciación (e incluso la apoptosis) en otro. Por todo ello, es recomendable conocer las características de cada tipo celular. Cuando se adquieren líneas celulares comerciales (ver abajo) es imperioso seguir las instrucciones para su mantenimiento (tipo de medio, forma de pasaje, etc). Si no se respetan estas instrucciones, las células comienzan a ser seleccionadas por las condiciones impuestas por el operador. Los cambios acumulados luego de un número de pasajes pueden ser lo suficientemente significativos como para modificar la línea original, haciendo cierto tipo de experimentos irrepetibles. Suero Practicamente a todos los medios se les adiciona un porcentaje de suero (entre el 5 y 10%). Generalmente se emplea suero fetal bovino o suero equino. La calidad del suero es uno de los factores más importantes en el éxito de los CT. Los proveedores de sueros deben certificar la ausencia de endotoxinas y la sanidad de los animales dadores (para garantizar la ausencia de virus). Los distintos lotes de suero pueden variar significativamente en su capacidad para sostener el crecimiento celular, por lo cual se aconseja probar distintos lotes hasta encontrar el más apto para el sistema celular empleado. Algunos laboratorios producen su propio suero cuando disponen de animales sanos. En estos casos suelen usarse novillos de un año de edad a los cuales se les extrae sangre mensualmente. La sangre se colecta en frascos Mariotte, se espera que coagule y se centrifuga a 4C para separar el suero. Este suero es luego tratado con polietilenglicol y filtrado para su esterilización. Recipientes para el crecimiento celular La mayoría de las células utilizadas para CT son células adherentes: requieren una superficie tal que les permita adherirse con relativa firmeza. La adhesión para estas células es un requerimiento para subsistir, aquellas que fallan en adherirse, mueren. El vidrio o el plástico especialmente tratado son generalmente aptos para las células adherentes. Los de plástico son descartables, solo admiten un uso. Existe una gran variedad de formatos de recipientes para crecer células: botellas, rollers, “flasks”, cápsulas de Petri, placas de pocillos (o “wells”), portaobjetos con cámara, etc (fig. 1). La elección de cada tipo depende de la naturaleza del trabajo: rollers para la producción masiva, flasks para trabajo rutinario, placas para cuantificación de la infecciosidad, etc. Algunos tipos celulares no se adhieren bien a las superficies convencionales y requieren superficies más elaboradas. Por ejemplo, las neuronas y otras células altamente diferenciadas requieren que el recipiente esté cubierto por algún sustrato que aumente la 169 adhesividad. El colágeno, la laminina, la polilisina, etc son algunos de los sustratos que aumentan la adhesividad. Finalmente, existen células no adhesivas que crecen naturalmente en suspensión, como el caso de los linfocitos y ciertas líneas transformadas. Figura 1: Recipientes utilizados en CT. Mantenimiento de los CT La gran mayoría de los CT se incuban en estufas gaseadas con CO2. El porcentaje de CO2 en la atmósfera de la estufa es usualmente del 5%. Con ese porcentaje el pH del medio se mantiene dentro de los rangos fisiológicos(~ 7.2). La temperatura se mantiene a 37 C, aunque CT derivados de especies cuya temperatura fisiológica es mayor (e.g. aves) requieren mayor temperatura. Tipos de cultivos celulares Los cultivos más populares utilizados en Virología son: 1) cultivos primarios, 2) cultivos de línea. Los cultivos primarios (CP) se obtienen de tejidos de animales sanos. Por ejemplo, el herpesvirus bovino 1 se propaga bien en cultivos de células provenientes de riñón fetal bovino. Las técnicas para la producción de CP depende del tejido u órgano a partir del cual se obtienen las células, pero en general se siguen los siguientes pasos (todo el material empleado debe ser estéril!): 1) obtención quirúrgica aséptica del órgano o tejido, 2) desmenuzado con tijera en pequeños trozos, 3) incubación de los trocitos con una enzima que digiera el cemento intercelular (tripsina, colagenasa, pronasa, etc), 4) inactivación de la enzima por lavado o por agregado de inhibidores, 5) disgregación mecánica de los fragmentos tisulares para la liberación de las células individuales. Las células son resuspendidas con medio de cultivo con suero y contadas en una cámara cuenta-glóbulos. Finalmente se siembra un volumen apropiado de la suspensión en el recipiente adecuado, se agrega un volumen de medio, y se coloca el recipiente en la estufa gaseada. Cuando se siembra un recipiente, las células se adhieren a la superficie del recipiente y comienzan a dividirse, con una periodicidad (tiempo generacional) que depende del tipo celular. A medida que las células se dividen, más y más superficie es ocupada por células, Flasks medio de cultivo monocapa confluyente de células sustrato plástico cápsulas de petri placa multiwell porta-objeto con cámaras roller 170 hasta que eventualmente toda la superficie del sustrato está cubierta. En este momento, decimos que las células alcanzaron confluencia (fig. 2). Las células confluyentes contactan unas con otras. El contacto intercelular funciona como un inhibidor del ciclo celular (inhibición por contacto) y, por lo tanto, las células dejan de dividirse. En estas condiciones las células pueden mantenerse por días o meses si se reemplaza el medio por uno fresco periodicamente. Lo usual es que cuando las células confluyen, el operario realiza un pasaje. El pasaje consiste en despegar las células (generalmente con una solución de tripsina), resuspenderlas en medio de cultivo y sembrarlas en nuevos recipientes. Dependiendo del tipo de células, el contenido celular de un recipiente se pasa a 3 o 4 recipientes donde se volverán a repetir los eventos descriptos anteriormente (adhesión, división y confluencia). Cuando se trata de CP, el número de pasajes es limitado ya que la frecuencia de división es cada vez menor. Eventualmente, todas las células dejan de dividirse y entran en un estado quiescente seguido de muerte celular (crisis). El número de pasajes admitidos antes de entrar en crisis depende de la especie animal, del periodo de desarrollo del tejido primario (fetal o adulto), y del tipo de tejido, pero como referencia digamos que oscila entre 5 a 20. La entrada en quiescencia es inevitable en CP ya que está genéticamente determinada, y ninguna manipulación del medio podrá evitarla. Por lo tanto, la utilidad de los CP viene limitada por este fenómeno. A pesar de este inconveniente práctico, los CP tienen sus ventajas para trabajar con virus. Las células primarias derivan directamente de los tejidos del animal y por lo tanto no han acumulado lesiones genéticas. Para cierto tipo de trabajos (genética de virus), esta diferencia es fundamental. Por otro lado, muchos virus (como el herpes mencionado en cultivos de riñón) crecen a títulos más altos en CP que en líneas celulares. Algunos trabajos en Virología requieren poblaciones homogéneas de células, en lo posible con un solo tipo celular. Los CP raramente ofrecen esta característica ya que por definición son poblaciones heterogéneas de células. Los cultivos de línea derivan de CP. Con una baja frecuencia, unas pocas células del CP sufren lesiones genéticas que les otorgan una ventaja de crecimiento sobre el resto de la población. Estas células comienzan entonces a predominar en el cultivo. Cuando estas lesiones bloquean o eluden los mecanismos naturales que llevan a las células a volverse quiescentes, decimos que la célula se ha inmortalizado. La inmortalización es una característica de las células de línea que les permite tolerar innumerables pasajes antes de sucumbir. Las células inmortales se diferencian de las células transformadas en que las primeras aun son sensibles a la inhibición por contacto (fig 2B) mientras que las segundas, indiferentes a este control, siguen dividiéndose y creciendo en forma estratificada (fig. 2C). Se piensa que la inmortalización es un prerrequisito para la transformación. Las células transformadas además guardan otras características: no requieren suero en el medio, dependen menos de la adhesión al sustrato y originan tumores cuando se inoculan en animales. Como en el caso de los CP, las líneas celulares tienen ventajas y desventajas. Por un lado, al ser células inmortales, permiten pasajes innumerables, sin la necesidad de tener que realizar cultivos primarios a partir del animal. Por el otro, la inmortalización implica cambios genómicos que afectan el crecimiento celular. Dado que los virus mantienen una relación estrecha con las funciones celulares, aquellas modificaciones pueden también repercutir en la replicación viral. Mientras que las células primarias mantienen características propias del tejido del cual provienen, las células de línea tienden a perderlas. Para muchos virus, las características de diferenciación de sus células target son imprescindibles para cumplir su ciclo replicativo. 171 No todos los virus crecen en CT. Para estos casos, la inoculación de animales de laboratorio o del huésped natural es el único recurso para su propagación. Fig 2. Tipos de cultivo. A: cultivo primario de células fibroblasticas de escroto. B: línea estable ( inmortalizada diploide) de fibroblastos de ratón (3T3). C: línea continua (transformada) de celulas epiteliales humanas (HELA). Aislamiento Primario Viral Ante una enfermedad de la cual se sospecha una etiología viral, existen varios caminos posibles para llegar a un diagnóstico, de los cuales el procedimiento más confiable es el aislamiento viral. El mismo se lleva a cabo a partir de muestras obtenidas del individuo o animal enfermo. Si son varios los animales infectados, conviene muestrear representativamente. Es ideal que la toma de muestras tenga lugar dentro de los dos días de la aparición de los síntomas porque la mayoría de los virus son diseminados sólo en los estadíos iniciales de la enfermedad. ¿Qué muestra tomar y cómo? Depende de numerosos factores, pero no deben exceptuarse los órganos que presentan lesiones, los humores (sangre, suero, LCR), ni los órganos filtro (riñón, pulmón, bazo, linfonódulos). En enfermedades respiratorias se toman hisopados nasales o faríngeos; en enfermedades de la piel se obtienen raspajes o líquidos de punción, etc. Si se trata de un examen postmortem, se realiza la necropsia y se procede de igual manera. Deben observarse todas las normas tendientes a evitar tanto la contaminación de la muestra, en la medida que las condiciones lo permitan, así como la infección del operador ante eventuales agentes zoonóticos. Los distintos especímenes (tejido, sangre, suero, líquidos de punción, hisopados, etc) presentan técnicas de recolección y formas de acondicionamiento propias, pero siempre es conveniente remitir las muestras refrigeradas e inmersas en medio de transporte. Se recomienda el uso de hielo común, o hielo seco en caso de que la muestra demore más de 5 días en arribaral laboratorio. Como los distintos virus varían mucho en su composición, estructura y estabilidad, es importante seleccionar el medio de transporte adecuado que garantice la supervivencia tanto de las células como de las partículas virales que ellas portan. Afortunadamente el mercado ofrece una gran variedad de medios, pero no hay uno universal, por lo cual la elección del mismo debe ser cuidadosa. El procesamiento estándar para el aislamiento viral, implica que las muestras sean 172 tratadas con antibióticos, homogeneizadas vigorosamente, clarificadas (para remover restos celulares y bacterias) y luego inoculadas en cultivos celulares o animales apropiados. Usualmente se incuba 0.5 ml de suspensión por tubo o flask durante una hora a temperatura ambiente, luego se adiciona medio de mantenimiento celular y se incuba durante tiempo variable bajo condiciones apropiadas de temperatura, humedad y CO2, realizando subpasajes si fuera necesario. El crecimiento viral se observa como efecto citopático (CPE, del inglés “cytopathic effect”) en la monocapa (ver más adelante) o bajo otros indicadores (en caso de virus que no producen CPE). Aislamiento de virus en cultivos celulares Un buen laboratorio de diagnóstico viral debe contar con un amplio stock de distintas líneas celulares, ya que las mismas juegan a veces un papel fundamental en la etapa de aislamiento. Se mencionan a continuación algunos ejemplos de tipos celulares utilizados en el aislamiento de virus pertenecientes a distintas familias: Herpesviridae: BHV-1 y PRV crecen fácilmente en células MDBK. Adenoviridae: la mayoría de sus serotipos crecen bien en HEK y Hep2. Papovaviridae: de esta familia sólo los pertenecientes al género Polyoma pueden ser aislados en cultivos celulares, usándose HEK, NCI-H292, o células gliales fetales humanas. Poxviridae: vaccinia y otros poxvirus pueden ser aislados en Vero, MK, fibroblastos diploides y NCI-H292. Reoviridae: Los reovirus 1, 2, y 3 son frecuentemente aislados a partir de muestras de garganta y recto, tras 15 días de incubación en MK, HeLa, y NCI-H292. Paramyxoviridae: Algunos virus de esta familia pueden desarrollar CPE entre los 4 y 7 días de incubación, pero en general los cultivos deben ser pasados a ciegas por una semana más para asegurar el crecimiento viral. Orthomyxoviridae: Influenza A, B, y C se recuperan fácilmente a partir de cultivos de MK y MDCK. Picornaviridae: Esta familia incluye los géneros Enterovirus y Rhinovirus, los cuales producen CPE en NCI-H292, y otros tipos celulares, pero algunos virus Cocksackie A sólo crecen en cerebro de ratón lactante. Togaviridae, Flaviviridae, Rhabdoviridae, Bunyaviridae, Filoviridae y Arenaviridae son familias difíciles de aislar, por lo cual requieren medios y sistemas especiales. Muchos virus producen CPE en los cultivos infectados. El CPE puede examinarse utilizando un microscopio invertido el cual permite ubicar una placa o botella de cultivo entre la platina y el objetivo. El CPE es el resultado de complejas interacciones entre el virus y la célula susceptible que resulta en alteraciones de la morfología celular (fig. 3). Los citomegalovirus (Flia. Herpesviridae) inducen aumento del volumen celular, mientras que otros miembros de la misma familia (HSV-1, BHV-1, PRV) inducen redondeamiento de las células. Por lo tanto, virus cercanos entre si pueden producir CPEs diferentes. Un caso diferente es el de los reovirus, que promueven una degeneración celular con acumulación de granulaciones intracitoplasmáticas, o por citar otro ejemplo, el virus respiratorio sincitial bovino que induce fusión entre las células. 173 Figura 3. CPE producido por infección de una monocapa con poliovirus tipo 1. A) antes de la infección, B) las células comienzan a redondearse a las 5 hs post infección (pi), C) la mayoría de las células se han redondeado (8 hs pi), D) a las 24 hs pi las células se han despegado del sustrato y forman acúmulos. Algunos virus producen CPE en algunas células y no en otras. El tiempo que tarda en manifestarse el CPE depende del tipo de virus, la dosis infecciosa y la línea celular empleada pero, en general, oscila entre horas y días. Otros virus presentan variantes citopáticas y no citopáticas, siendo un ejemplo el virus de la diarrea viral bovina. Aislamiento de virus en huevos embrionados En algunos virus (influenza, o aquellos cuyo huésped susceptible son las aves) se 174 recurre al huevo embrionado para su aislamiento. Este sistema es un receptáculo ideal para crecer virus, por ser estéril y poseer un rango variado de tejidos y cavidades que toleran tanto la replicación como la concentración viral. Se utilizan huevos fecundados de gallina, que se incuban a 37 C, en una atmósfera de 62 % de humedad, con ventilación forzada. Algunos sistemas poseen un mecanisno para rotar los huevos a intervalos regulares. El huevo embrionado puede ser inoculado en lugares específicos y a distintos momentos de desarrollo. Por ejemplo, el virus de Newcastle se inocula en el saco alantoideo a los 9-11 días de desarrollo (Fig. 4), mientras que el virus de la Bronquitis infecciosa debe inocularse en saco vitelino de huevos de 5-6 días de edad. Así como en las monocapas celulares se observa generalmente CPE, en huevos embrionados inoculados suele visualizarse la presencia de pústulas (pocks) que se presentan como áreas de respuesta inflamatoria. Si se realizan diluciones de una suspensión viral, pueden inocularse varios huevos con cada dilución, contar el número de pústulas y luego calcular el título viral de la misma manera que en el caso de cultivos celulares. Figura 4. Crecimiento de virus en huevos embrionados ( de Principles of Virology, Flint, S.J. et al, 2000) Detección de Virus en cultivos celulares en ausencia de CPE Una vez infectada la monocapa celular, la presencia de CPE tras un determinado período de incubación es indicativo de la presencia de partículas virales infecciosas; pero la ausencia de CPE no supone en absoluto lo contrario, ya que muchos virus no producen CPE. En estos casos se utilizan otros tests que se enumerarán a continuación. Vale aclarar que estas pruebas también se usan para caracterizar virus que producen CPE, ya que la aparición de éste no es patognomónica de ningún virus y conviene confirmar mediante otras técnicas. Las pruebas de hemoadsorción constituyen un método rápido para la detección de orthomyxovrus y algunos paramyxovirus, en casos donde el CPE es mínimo, o en aquellos donde es evidente pero se busca discriminar rápidamente de otros virus que producen el mismo efecto. Las pruebas de interferencia viral son de suma utilidad cuando se intenta caracterizar el virus de la rubeola (RNA, Togaviridae), ya que el mismo impide que otros virus infecten 175 las células en donde se encuentra. Una vez infectada la monocapa con dicho virus, se adiciona una cantidad conocida de algún enterovirus (por ej: virus cocksackie), se reincuba por tres días y se observa en los mismos la ausencia de CPE, mientras que en los controles infectados solo con enterovirus se observa CPE. Los coronavirus productores de enfermedad respiratoria humana no desarrollan CPE en sus fases replicativas en fibroblastos diploides. Una vez que completó su fase replicativa y alcanzó su pico de crecimiento comienzan a aparecer los cambios en la monocapa, que consisten en una degeneración pareja de la monocapa en los días subsiguientes. El efecto citopático es concomitante con la autólisis de los viriones recién formados. Al tiempo que el CPE es completo, hay muy poco virus infeccioso en el cultivo. Hay pruebas standard como la hemaglutinación (HA) y la inhibición de la hemaglutinación (HI), la Fijación del Complemento, etc, para ciertosgrupos de virus. Por ejemplo, los orthomyxovirus y paramyxovirus (entre otros) contienen glicoproteinas en sus membranas capaces de aglutinar los glóbulos rojos. Dicha aglutinación es proporcional a la cantidad de virus (fig 5). A pesar de que el tipo de CPE puede ser indicativo de un virus particular, siempre es conveniente la confirmación por otra técnica más específica. Por ejemplo, los herpesvirus bovino 1, 5 (BHV-1, BHV-5) y PRV (virus de la seudorabia) pueden infectar al ganado. Los tres virus producen el mismo CPE. En estos casos conviene discriminar por medio de inmunofluorescencia (IF) con anticuerpos específicos de virus. En el caso de BHV-1 y BHV- 5, ambos virus son lo suficientemente parecidos como para no ser diferenciados por sueros policlonales y se requiere de anticuerpos monoclonales, específicos de epitopes. Para la IF se inoculan células crecidas sobre portaobjetos y luego se incuban con anticuerpos anti virus marcados con fluoresceína. Luego de un extensivo lavado, las células se observan en el microscopio de fluorescencia (técnica directa) (fig 6). Para mayor sensibilidad puede emplearse la técnica indirecta en la cual los células inoculadas son incubadas sucesivamente con el anticuerpo anti virus (anticuerpo primario) y un anticuerpo secundario dirigido al anticuerpo primario, marcado con fluoresceína. La técnica es rápida y sensible pero requiere experiencia. 176 Fig 5. Muestras diluidas de diferentes cepas del virus de la influenza se mezclaron con glóbulos rojos de pollo y se incubaron 30 minutos a 4C Fig 6. Bases de la deteccion de antigenos virales con anticuerpos marcados. B: Celulas infectadas con herpesvirus humano 1 teñidas con un anticuerpo contra una de sus proteina estructurales. 177 Cuantificación de virus Cualquiera que quiera llevar a cabo un trabajo en Virolgía debe conocer la concentración de partículas virales infecciosas de las suspensiones virales que utilizará en sus experimentos. Si por ejemplo el experimento al llevar a cabo requiere que una monocapa de células sea infectada con una multiplicidad de infección de 10 (esto es, 10 partículas infecciosas por célula presente en el cultivo), es menester saber por un lado el número de células a infectar, y por otro la concentración o título de la suspensión viral a utilizar. Esta no es la única situación donde se requiere titular una suspensión viral. Puede que en una etapa posterior del trabajo que iniciamos infectando células pasemos a la inoculación de animales, y que distintas dosis de nuestro virus produzcan diferentes efectos, por lo cual estaremos obligados a conocer el título del inóculo para producir entonces el efecto deseado. Actualmente, los virus animales son cuantificados tanto por medio de ensayos de infectividad (TCID50; EID50; LD50), como por otros ensayos químicos/biológicos (hemoadsorción, hemoaglutinación, proteína total) o por conteo total de partículas virales utilizando el microscopio electrónico. La mayor parte de los virólogos consideran al ensayo de infectividad en placa como el método de titulación más sencillo, apropiado, y sensitivo a la hora de cuantificar infectividad. Sin embargo algunos virus como Influenza presentan poca eficiencia de plaqueo, por lo cual son necesarios otros métodos, como la hemoaglutinación. En esta sección se delinearán las técnicas básicas de titulación de virus, atendiendo con especial detalles aquella/s que se llevarán a cabo en los trabajos prácticos. Para detalles específicos sobre virus individuales, el lector deberá dirigirse a la literatura publicada. Ensayos de Infectividad Los ensayos de infectividad están diseñados para calcular el título viral, es decir el número de unidades infecciosas por volumen, (ej: unidades formadoras de placa por mililitro). Hablamos de unidades infecciosas para resaltar el hecho de que cualquier suspensión viral consiste en una mezcla de viriones, algunos de los cuales son capaces de infectar mientras que otros (por ejemplo, partículas defectuosas o DI) no lo son. A nosotros nos interesan las primeras. Las unidades infecciosas son consideradas como la menor cantidad de virus que produce un efecto biológico detectable en el ensayo. Tal efecto es consecuencia del ciclo replicativo que cumple un virus en la célula que infecta, y está dado por cambios bioquímicos y morfológicos dentro del huésped que en general culminan con la muerte celular. Como mencionaramos anteriormente, estos cambios morfológicos son denominados Efecto Citopático (CPE), y, al microscopio óptico pueden adoptar distintas formas: redondeamiento celular, fusión (formación de sincicios), o lisis total. Algunos virus no producen CPE ni matan a sus células huésped, sino que las transforman en focos de crecimiento tumoral, y de esta forma pueden visualizarse en una monocapa infectada. Los ensayos de infectividad pueden ser cuantales o focales. Los ensayos cuantales detectan la presencia de virus infeccioso desde un enfoque de “todo o nada” planteando las siguientes preguntas: ¿presenta CPE la monocapa celular? ¿está infectado el huevo?, ¿ha muerto un animal?. En cambio, los ensayos focales se basan en el conteo de focos inflamatorios (pock) , o de focos con CPE, lo cual permite una determinación cuantitativa a diferencia de los primeros que aportan datos cualitativos. En la práctica, se considera que un foco pock o de CPE es originado por una o unas pocas partículas infecciosas, aunque puede que ello no sea así en todos los casos. Este grado de incertidumbre se refleja en el uso del término “unidad infecciosa” en vez del de “partícula infecciosa”. 178 Dilución de virus La forma de determinar título viral es realizando diluciones seriadas de las suspensiones virales, utilizando como diluyente medio de mantenimiento celular. Las mismas se hacen 1:10 o 1:2.5 (a menor factor, título más preciso). En general, el factor utilizado es 1 en 10. TCID50 Estas siglas provienen del inglés “Tissue Culture Infective Dose 50” (Dosis infectiva de cultivos celulares 50), y se define como la dilución viral necesaria para infectar el 50 % de una serie determinada de cultivos celulares inoculados. Este test se basa en la presencia y detección de partículas virales capaces de producir CPE. Las células huésped son cultivadas hasta formar monocapas cuasi-confluentes en placas de cultivo de 96 pocillos, a las que se les agrega una dosis de las diluciones virales. Se realizan 10 repeticiones de cada dilución como rutina. Una vez inoculadas las células, se incuban en estufa para permitir que el virus replique y el CPE tenga lugar. Luego se observan las placas con el microscopio invertido y se cuentan el número de pocillos con CPE y el número de pocillos sin CPE. Por lo tanto es un ensayo cualitativo ya que sólo nos dice si hay o no CPE. Los datos obtenidos se usan para calcular la TCID50 , lo cual puede hacerse tanto por el método de Reed y Muench como por el de Spearman y Kärber. El resultado de este cálculo no nos dice cuántas unidades infecciosas hay sino qué dilución de nuestra suspensión viral original producirá CPE en el 50 % de las células inoculadas. Ensayo de Placa El ensayo de placa es un ensayo de infectividad que cuantifica el número de unidades infecciosas en una suspensión viral dada. Se denominan placas a focos de infección discretos localizados, los cuales se presentan como zonas de lisis celular o efecto citopático dentro de una monocapa celular. Cada placa se origina de una única partícula infecciosa, lo cual permite un cálculo muy preciso del título viral. Existen dos tipos de ensayos de placa: en suspensión y en monocapa, y en esta guía sólo se presentará el último. A una monocapa confluente de células se le agrega una pequeño volumen de virus diluido, y luego de un breve tiempo de incubación(para que la adsorción tenga lugar) se agrega una sobrecapa de medio semisólido. Dicha sobrecapa está compuesta por una solución de agar/agarosa o metilcelulosa, que por su solidez relativa evita la formación de placas secundarias a distancia y obliga a las partículas virales a invadir sólo células vecinas a las primoinfectadas. Una vez inoculados los pocillos y adicionada la sobrecapa, se deja incubar hasta que las placas o focos con CPE sean discernibles, momento en el cual las células se fijan con una solución salina con formol y luego se tiñen con cristal violeta. Las placas se observan a ojo desnudo o, mejor, con ayuda de una lupa (fig. 7). El título obtenido se expresa como Número de unidades formadoras de placa por ml (PFU ml -1 , PFU= Plaque Forming Units) . Vale la pena remarcar que antes de realizar un ensayo de placa hay que determinar el sistema virus/célula más sensible y apropiado para llevarlo a cabo, y para ello hay que tener en cuenta algunos factores como la sensibilidad del tipo celular utilizado a la infección; tiempo requerido para la adsorción; tipo de agar utilizado (puede inhibir la replicación viral); 179 tiempo de incubación; capacidad del virus de producir CPE en cultivos celulares; etc. Figura 7 A. Figura aumentada de un foco de lisis. A la derecha se observa el mismo foco, expuesto a un substrato que modificado se torna azul . El virus lleva un gen que expresa una enzima que actua sobre el substrato. B.C. .Focos de lisis en un ensayo de titulación. Las pequeñas áreas blancas representan focos de lisis mientras que el fondo oscuro corresponde a la monocapa intacta. Ensayos en huevos embrionados Se ha desarrollado un método cuantitativo de titulación de virus en embrión de pollo (pock assay1), el cual ha caído en desuso debido a las reformas legales que restringen el uso del huevo embrionado en los ensayos de laboratorio. Básicamente consiste en la creación de un falso saco de aire en el huevo, dentro del cual se inocula el virus diluido. Luego de incubar por un lapso de tiempo, se cuentan las áreas de inflamación (“pocks”) resultantes de la replicación del virus en las células epiteliales de la membrana corioalantoidea. Cada área o pock es producida por una partícula infecciosa, lo cual hace que este método sea cuantitativo. Hemoaglutinación La capacidad de algunos virus de producir agregados de eritrocitos de distintas especies se conoce como hemoaglutinación, la cual se produce por la interacción entre glicoproteínas virales y receptores de membrana de las células sanguíneas. No todos los virus hemoaglutinan, y algunos lo hacen sólo frente a eritrocitos de especies determinadas y bajo estrictas condiciones de pH y fuerza iónica. Para que la reacción ocurra, debe haber una concentración de virus capaz de establecer puentes cruzados entre eritrocitos, causando así su aglutinación. Si se colocan los mismos en un pocillo de fondo cóncavo, al no haber aglutinación formarán un pellet en el fondo. Al producirse la hemoaglutinación se forma una estructura que tapiza las paredes del pocillo, lo cual es bien diferente al pellet, de forma tal que ambas reacciones se distinguen a ojo desnudo. 180 La hemoaglutinación no mide infectividad, ya que no hay replicación viral en este tipo de ensayo, sólo indica el número de partículas virales capaces de producir hemoaglutinación, por lo que no es un método muy sensible, ya que se necesita una gran cantidad de partículas para que se produzca el efecto. Conteo de partículas Existe un método de titulación en exceso dificultoso, que se vale del microscopio electrónico para contar partículas virales. Muy sucintamente, el método se basa en el uso de partículas de referencia de una concentración conocida, las cuales se mezclan con virus, y por visualización en el microscopio electrónico se determina la relación virus/partículas, y con este número se calcula la cantidad de virus total.
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