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VIRUS ¿Qué es un virus? Son agentes submicroscópicos capaces de crecer en células vivas (Teri Shors, 2009). Es un agente infeccioso que está formado de un genoma de DNA o RNA rodeado por una cubierta proteica. (Bettie J. Graham, Ph.D) Teorias del origen de los virus El origen de estas formas de vida es incierto, tanto como la pregunta de si están realmente vivos, dado lo simples que son. En todo caso son organismos muy primitivos, con una enorme capacidad de mutación que les permite adaptarse y cambiar constantemente, y de los cuales no existe registro fósil: las especies de virus conocidas datan de hace no más de 90 años Sin embargo, a través de los años, se han desarrollado diferentes teorías sobre su origen, algunas de las cuales son (Pineda, 2019): Teoría de la regresión celular. Es posible que los virus fueran, al principio, pequeñas células que parasitan a otras más grandes. A lo largo del tiempo, estos precursores de los virus fueron perdiendo los genes que no necesitaban a causa de su parasitismo. Teoría del origen molecular-celular. Algunos virus podrían haber evolucionado a partir de fragmentos de ADN o ARN que "escaparon" de los genes de un organismo celular mayor. El ADN fugitivo podría haber provenido de plásmidos (fragmentos de ADN que pueden moverse entre células) o transposones. Teorías de la coevolución. Los virus podrían haber coevolucionado junto con las primeras células que aparecieron en la Tierra formándose a partir de complejas moléculas de proteínas y ácido nucleico, y habrían sido dependientes de la vida celular durante muchos millones de años. Características generales de un virus ● Los virus se asocian a nivel molecular con las células que infectan, son ultra microscópicos, por lo tanto no pueden ser observados con microscopios comunes y su tamaño es medido en nanómetros. ● Carecen de la información genética que codifica a los ribosomas que generan energía metabólica y sintetizan proteínas. Por lo tanto, utilizan las enzimas celulares y los ribosomas de la célula huésped para expresar su material genético. ● Se reproducen en células vivas e inducen a las células a sintetizar más partículas virales idénticas. ● Su gran capacidad patogénica los hace capaces de reproducirse en cualquier organismo de los reinos, desde seres unicelulares hasta organismos con mayor organización celular. ● Están constituidos por una o dos cadenas de ácido nucleico, ya sea ADN o RNA, que se ve protegida rodeada por una capa proteica o lipoproteica.Cada virus está protegido por al menos una cadena de ácido nucleico y un tipo de proteína, pero algunos virus pueden tener más de una cadena de ácido y varios tipos de proteínas, algunos también pueden tener lípidos, enzimas específicas y poliamidas. ● Con el paso del tiempo, los virus desarrollan o mejoran sus métodos de infección presentando continuos cambios en su interacción el el huésped (Rivera G, 1999). Clasificación Se tienen dos grandes clasificaciones para los virus; Virus con ADN y virus con ARN, se subdividen en base a su forma y por último se hacen grupos por criterios como número de bandas de ácido nucleico,presencia o ausencia de membrana alrededor de la cápsula (Rivera G, 1999). También pueden ser clasificados de acuerdo a: ● Enfermedad: Se observan los efectos patogénicos de los diferentes virus en relación a su hospedero. ● Morfología: De acuerdo a su estructura ● Función: Se fundamenta en el análisis molecular del genoma viral el cual permite una rápida e inequívoca identificación de cepas de virus, además de las propiedades de un desconocido o nuevo virus, con una estructura similar en su genoma. La clasificación es con base al tipo de ácido nucleico formado durante la replicación y a la ruta por la cual el ARN mensajero (ARNm) es expresado y se conoce como Clasificación Baltimore (Vásquez, Cáceres, 2004). Tabla 1. Clasificación de Baltimore (Vásquez, cáceres, 2004) Clasificación Baltimore Clase III Contiene ARN de doble cadena. La cadena menor de ARN actúa como un molde para la síntesis de la cadena mayor de ARNm. El virión por sí mismo contiene un juego completo de enzimas, las cuales pueden utilizar a la cadena menor del ARN genómico como un molde para la síntesis de ARNm Clase IV Contiene una sencilla cadena mayor de ARN genómico, el cual es idéntico al ARNm viral. De esta manera, el ARN genómico codifica a proteínas lo cual es infeccioso por sí mismo. Durante la replicación, el ARN genómico es copiado en una cadena menor, la cual entonces actúa como un molde para la síntesis de más cadenas mayores o ARNm Clase V Contiene una sola cadena de ARN genómico sentido negativo cuya secuencia es complementaria al ARNm viral. El ARN genómico en el virión actúa como un molde para la síntesis de ARNm pero no codifica proteínas por sí mismo. Clase VI Son virus envueltos cuyo genoma consiste de dos cadenas largas idénticas de ARN. Estos virus se conocen también como retrovirus, porque su ARN genómico forma directamente la molécula de ADN y esta misma funciona como el molde para la síntesis de ARNm. El resultado es un ADN de doble cadena que es integrado al ADN cromosómico de la célula infectada Tabla 2. Clasificación de los virus (Rivera, 1999) Virus con ARN sin envoltura Virus con ADN Virus con una sola cadena de ARN sin envoltura A. Virus en forma de barra ● Tobamovirus ● Tobravirus ● Hordeivirus B. Virus con partículas filamentosas ● Potexvirus ● Carlavirus ● Potyvirus ● Closterovirus C. Virus isométricos 1. Monopartitos ● Virus del enanismo clorótico del maíz ● Virus de la necrosis del tabaco ● Tymovirus ● Sobemovirus ● Luteovirus 2. Bipartidos ● Comovirus ● Nepovirus ● Virus del mosaico de Virus con una sola cadena de ADN ● Geminivirus Fuente:R.G. Milne, Istituto di Virologia, CRN, Torino, Italy la enación de la arveja ● Dianthovirus 3. Tripartitos ● Cucumovirus ● Bromovirus ● Ilarvirus ● Virus del mosaico de alfalfa Virus con una sola cadena de ARN con envoltura ● Tomato spotted virus ● Rhabdoviridae Virus con doble cadena de ADN ● Caulimovirus Virus con doble cadena de ARN ● Reoviridae Nomenclatura En 1966 se estableció el Comité Internacional sobre la Nomenclatura de los Virus y se propuso un esquema general de taxonomía vírica usando binomios latinos. En 1973 este mismo comité amplió sus objetivos y se renombró a sí mismo Comité Internacional sobre la Taxonomía de Virus (ICTV) estableciendo las reglas para su taxonomía, las cuales incluyen (Vásquez, Cáceres, 2004): 1. Para nombres de la familia, subfamilia y género de los virus, deben escribirse en itálicas y la primera letra en mayúscula. Para la especie, no se usan itálicas, y la primera letra se escribe minúscula 2. Para nombrar a la Familia, se debe utilizar al final el sufijo -viridae. 3. En el uso formal, el nombre del taxón debe preceder al término de la unidad taxonómica, por ejemplo: Familia Paramyxoviridae, el género Morbillivirus 4. Los nombres binomiales (por ej. Rhabdovirus capio) ya no se utilizan salvo algunas excepciones Algunos ejemplos de la terminología taxonómica completa: ● Familia Poxviridae, subfamilia Chordopoxvirinae, género Orthopoxvirus, vaccinia virus. ● Familia Herpesviridae, subfamilia Alphaherpesvirina género Simplexvirus, virus herpes simplex 2. ● Familia Picornaviridae género Enterovirus, poliovirus 1 Es importante definir algunos conceptos básicos usados en la nomenclatura: ● Especie: representada por un agrupamiento de cepas de una variedad de fuentes o una población de cepas de una sola fuente, las cuales en su totalidad tienen en común un patrón de propiedades estables que los separan de otros agrupamientosde cepas. ● Género: Grupo de especies de virus que comparten características en común ● Familia: Grupo de géneros con características en común Muchos géneros de virus son muy diferentes, unos de otros, para ser reconocidos como un grupo separado y no como parte de una gran familia. Cada género contiene un número de especies, cuyos nombres no están en mayúsculas o en itálicas (por ejemplo el virus de la polio). Algunos géneros son monotipicos, esto es, contienen a una sola especie. Subespecies, cepas, aislados, variantes, mutantes y recombinantes artificialmente creados en el laboratorio no son oficialmente reconocidos por la ICTV. Actualmente se reconocen a un total de 3465 especies de virus, 50 familias, 9 subfamilias y 164 géneros A continuación, se resumen las características que se toman en cuenta para la agrupación de los virus en sus diferentes niveles taxonómicos: I. Especie Re-arreglo del genoma. Secuencias homólogas . Relaciones serológicas. Vector de transmisión. Rango del hospedero. Patogenicidad. Tropismo tisular. Distribución geográfica II. Género Estrategia de replicación viral. Tamaño del genoma, organización y/o número de segmentos. Secuencias homólogas (propiedades de hibridación) Vector de transmisión III. Familia Composición bioquímica. Estrategia de replicación viral. Estructura de la partícula. Organización general del genoma. Estructura. Los virus tienen estructuras variadas.Generalmente se forman por un solo tipo de ácido nucleico, ADN o ARN, portador de la información genética, el cual está rodeado de una cubierta o cápside formada por unidades de proteína. La forma de la cápside puede variar de un tipo de virus a otro, y está compuesta de proteínas que son codificadas por genes virales dentro del genoma de los virus. (Campos G, 2002) El conjunto de la cápside con el genoma se llama nucleocápside. ● Cápside: Representa la mayor parte del virus. Se dividen en muchas subunidades llamadas capsómeros, que pueden unirse para formar cápsides de forma icosaédrica, irregular (helicoidal) o compleja. Las icosaédricas tienen 20 caras planas, las helicoidales son lineales y las complejas poseen cabeza y cola; y son híbrido entre la icosaédrica y la helicoidal. (Forbes B., 2007) ● Envoltura: Es la que recubre a la cápside, generalmente está compuesta por una combinación de lípidos, proteínas e hidratos de carbono. Según el virus, estas pueden estar cubiertas o no por espículas. (Tórtora G., 2007) Generalmente estas ayudan al virus a unirse a la célula huésped. ● Genomas virales: Los virus utilizan un ácido nucleico, ya sea ADN o ARN de muchas formas posibles de cadenas y de tipo de ácido nucleico: ADN de doble cadena, ARN de doble cadena, ADN monocatenario o ARN monocatenario. Así, el virus completo, incluidos el ácido nucleico, la cápside, la envoltura y las espículas glucoproteicas se denomina virión o partícula viral. (Forbes B., 2007) ¿Cómo funcionan? De manera general los virus de ADN utilizan partes de la información del hospedero, así como también parte de su maquinaria celular. El problema con esta estrategia es que la mayor parte de las células maduras del hospedero no están replicándose activamente, se encuentran reposando para ahorrar energía. Por lo tanto, los virus de ADN necesitan encontrar la manera de activar el motor (“pasarle corriente”) de la célula hospedera o, alternativamente, traer consigo los aditamentos de aquellas partes celulares que no están activas cuando el virus entra. Básicamente lo que los virus hacen para reproducirse es secuestrar la fábrica de la célula para producir virus en lugar de nuevas células. Por otro lado, los virus de RNA traen consigo sus propias máquinas de copiado de información genética (ej. enzima RNA-polimerasa) o poseen genes (información genética) que producen las proteínas que se requieren para ensamblar las máquinas de copiado dentro de la célula que infectan, lo que los hace independientes de la maquinaria celular y capaces de infectar células que no están activamente reproduciéndose . Propagación y mecanismo de acción, replicación Los virus son elementos genéticos que no puede replicarse de manera independiente, es decir, dependen de una célula hospedadora para replicar sus genomas y sintetizar sus proteínas. Es por ello que para que un virus pueda replicarse debe entrar a la célula y comenzar el proceso conocido como “infección”, cuando este proceso comienza los virus explotan el metabolismo de la célula y pueden llegar a conferir nuevas propiedades a la célula, las cuales se heredarán cada que la célula hospedadora se divida. (Brock,2019) En el proceso de replicación cuando el virus entra en la célula sintetiza todos los componentes esenciales necesarios para producir más viriones, estos componentes deberán ensamblarse en nuevos viriones que escaparán de la célula. La replicación vírica se puede dividir en cinco etapas: 1. Unión del virión a una célula hospedadora susceptible. El virión tiene una o más proteínas en su estructura que interactúan con componentes específicos de la superficie celular, llamados receptores, los cuales son componente normales en la superficie de la célula hospedadora que poseen una función (proteínas, carbohidratos, glicoproteínas, lípidos, lipoproteínas o complejos de estos). El virión se une a estos receptores por interacciones electrostáticas con los receptores. 2. Penetración del virión o su ácido nucleico a la célula. La unión del virus a la célula hospedadora provoca cambios en la superficie de la célula, lo que conlleva a la penetración. Cómo se mencionó anteriormente, los virus dependen de la célula hospedadora, por lo que como mínimo el genoma vírico debe entrar en la célula, en algunos casos debe incluso entrar algunas proteínas del virión a la célula para que pueda replicarse. En este punto, a pesar de que el virus haya penetrado la célula este no se replicara si su información genética no puede ser leída. En algunos casos, los virus deberán perder su cubierta dentro de la célula de tal manera que el genoma quede expuesto y se pueda llevar a cabo su replicación. Una célula que permita la replicación viral se dice que es permisiva para determinado virus. 3. Síntesis del ácido nucleico y las proteínas del virus por metabolismo celular redirigido por el virus. Una vez que la célula ha sido infectada se deben de producir nuevas copias del genoma vírico y sintetizar proteínas para que el virus pueda replicarse, algunas de ellas comenzarán a producirse desde la etapa de penetración. Para la producción de estas proteínas se requiere mRNA vírico, en muchos virus el propio genoma es mRNA, pero para otros primero se debe transcribir a partir del DNA o RNA. Una vez que se tiene el mRNA, se producen las proteínas por el metabolismo celular de la célula hospedadora que ahora rige el vírus. 4. Ensamblaje de las cápsidas (y los componentes de la membrana en los virus recubiertos) y empaquetamiento de los genomas víricos en nuevos viriones. El mRNA tardío, es decir el que se produce después de la síntesis dirige la síntesis de proteínas estructurales de las cápsidas y proteínas que participan en la lisis y la liberación de viriones maduros de las células. Las cápsidas se construyen gracias a las proteínas de andamio, que se degradan después de su construcción, y algunas proteínas de la célula hospedadora 5. Liberación de los viriones maduros de la célula. Muchos virus lisan sus células huésped al final de la fase intracelular y se liberan viriones. Inmunología Cuando el virus penetra las células, las células del sistema inmunitario no pueden “ver” al virus y, por tanto, no saben que las células están infectadas. Paradetectarlos, las células utilizan un sistema que les permite mostrar a otras células lo que hay dentro de ellas, a través de los llamados complejos principales de histocompatibilidad que muestran fragmentos de proteínas en la superficie. Si la célula está infectada con un virus, estos fragmentos (péptidos) incluirán también los correspondientes al virus. Un grupo de células del sistema inmunitario, las células T, circulan por el organismo en búsqueda de infecciones. Un tipo especial, los linfocitos T citotóxicos, reconocen a las células que han sido infectadas, gracias a proteínas especializadas. Cuando esto ocurre, las destruyen gracias a mediadores tóxicos y, por tanto, se elimina al virus. Sin embargo los virus tienen una gran capacidad de adaptación y han desarrollado mecanismos para evitar ser detectados, si esto ocurre, la célula T no puede saber si hay, o no, un virus en el interior. Las células citotóxicas cuentan con mediadores preformados. Los factores citotóxicos se almacenan en compartimentos internos llamados gránulos, hasta que se produce el contacto entre ella y la célula infectada. Uno de estos mediadores es la perforina, una proteína que puede crear poros en la membrana celular. Esto permite la entrada de otros factores que facilitar la destrucción. Las células infectadas por virus producen y liberan pequeñas proteínas llamadas interferones, que juegan un papel clave en la protección inmunitaria frente a los virus. Los interferones actúan contra la replicación viral en el interior de la célula. También pueden servir como moléculas de señalización para advertir a las células vecinas de la presencia de virus, lo que les lleva a incrementar el número de moléculas de histocompatibilidad en su superficie, de manera que las células T puedan identificar y eliminar la infección de la forma antes descrita. Los virus también pueden ser eliminados del organismo a través de anticuerpos antes de tener la oportunidad de infectar a una célula. Los anticuerpos son proteínas que reconocen específicamente los patógenos invasores y se unen a ellos. Esta unión permite la erradicación del virus a través de distintos mecanismos: ● Los anticuerpos neutralizan al virus, lo que significa que éste no será capaz de infectar a las células del hospedador. ● Muchos anticuerpos pueden trabajar juntos, lo que hace que las partículas víricas se unan entre sí en un proceso llamado aglutinación. Los virus aglutinados pueden ser reconocido más fácilmente por el sistema inmunitario. ● Activación de los fagocitos. Un anticuerpo unido a un virus se une a los receptores llamados Fc de la superficie de las células fagocíticas, activando el mecanismo de fagocitosis por el cual las células engullen y destruyen a los virus. Finalmente, los anticuerpos pueden también activar el sistema del complemento, que opsoniza y promueve la fagocitosis de los virus. El complemento también puede dañar la envoltura (bicapa lipídica) que está presenta en algunos tipos de virus. (Kerry, 2016) Enfermedades humanas Los virus causan enfermedades virales debido a que no son capaces de realizar ninguna función cuando están fuera de las células, por lo que son obligatoriamente parásitos. Esto ocurre porque al carecer de los organelos celulares y citoplasma requieren de otros organismos para su reproducción y alimentación. Así invaden las células para producir nuevos virus y causen daños, o incluso la muerte de éstas. Entre las enfermedades más frecuentes producidas por virus en las personas están: varicela, paperas, sarampión, rubeola, gripe, hepatitis, poliomielitis y sida. Ejemplos (Alberts, 2010) Fuente: OMS/Datos tomados de reportes de brotes más recientes COVID Los orthocoronavirinae (comúnmente llamados coronavirus) son miembros de la familia Coronaviridae perteneciente al orden de los Nidovirales. Los coronavirus han sido categorizados en 4 géneros: Alfa-CoV, Beta-CoV, Delta-CoV y Gamma-CoV. Son los virus de cadena simple de RNA más grandes conocidos (Entre 27,000 y 32,000 pares de nucleótidos). Son causantes de infecciones respiratorias y gastrointestinales en animales y humanos. (International Committee on Taxonomy of Viruses, 2020) El nombre hace referencia a las proteínas en forma de púas que estos virus tienen por toda su cubierta asemejando la corona del sol. Fue usado por primera vez en 1968 cuando un grupo de virólogos publicaron en Nature un artículo titulado ¨Coronaviruses¨. (Merriam-Webster, 2020). En diciembre de 2019, una nueva especie de un Beta-CoV fue detectada en la ciudad de Wuhan, China. En un inicio fue llamado provisionalmente 2019-novel coronavirus (2019-nCoV) ó nuevo coronavirus de 2019. Posteriormente fue llamado Severe Acute Respiratory Syndome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ó Coronavirus 2 del Síndrome Respiratorio Agudo Grave. Es causante del coronavirus disease (COVID-19) ó enfermedad por coronavirus. Sus síntomas más comunes son fiebre, tos seca y cansancio. Mientras que algunas personas pueden presentar dolores en el cuerpo, congestión nasal y diarrea. Alrededor del 80% de los infectados tienen una enfermedad leve y no requieren tratamientos especiales, pero aproximadamente uno de cada 5 puede tener complicaciones y dificultad para respirar. El principal grupo de riesgo son las personas mayores, y personas con problemas como presión alta, diabetes, cáncer o problemas del corazón. La enfermedad puede propagarse a través de las gotículas procedentes de la nariz o la boca que salen despedidas cuando una persona infectada tose, estornuda o habla. Si estas gotas entran en contacto con los ojos, la nariz o la boca, otra persona puede contraer el virus. El tiempo desde la exposición al virus hasta que se presentan los síntomas es de alrededor de 6 días, pero puede tomar entre 1 y 14 (Organización Mundial de la Salud, 2020). La tasa de mortalidad global en un inicio fue estimada por la OMS en 2.0%, pero a la fecha (23 de marzo de 2020), según los datos de Woldometer, tomando en cuenta sólo los casos reportados oficialmente (2,718,139) y la cantidad de muertes oficiales (190,635), esta cifra se eleva a 7.01%. Variación genética del 2019-nCoV El 19 de febrero de 2020 se publicó un artículo titulado ¨Genomic variance of the 2019-nCoV coronavirus¨, donde se analizaron y compararon los genomas de 2019- nCoV que se tenían disponibles en ese momento entre ellos y con otros beta-CoV como el BCoV, SARS y MERS. El estudio mostró que la relación con el BCoV, proveniente del murciélago es muy alta (Alrededor de 85%). Entre las 56 secuencias de 2019-nCoV analizadas, presentaban muy poca variación (Similitud mayor al 99%). Sólo se encontraron variaciones importantes en los genes ORF1ab y en el ORF8, ambas sin repercusiones funcionales. En los siguientes gráficos se muestran los resultados del estudio. En color azul los genomas de 2019-nCoV y en gris los de otras especies. En el A se hace la comparativa con las otras especies y en el B sólo entre ellos. https://www.worldometers.info/coronavirus/ Ceraolo, C., & Giorgi, F. M. (2020) Más recientemente, el 23 de abril de 2019, la Dirección General de Comunicación Social (DGCS) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) publicó un comunicado sobre un avance en un proyecto de investigación en conjunto con el InDRE, el INER, el IMSS, el INCMNSZ y la Universidad de Oxford para secuenciar y comparar el genoma de varias muestras del virus SARS-CoV-2 circulantes en nuestro país, principalmente casos de importación. El análisis detallado está próximo a ser publicado, pero de forma rápida, se concluyó: ● Tomando en cuenta el historial de viaje de los pacientes, junto con el análisis genético de los virus, fue posible determinar y corroborar que la mayor parte de dichas introducciones vienen de diferentes regionesde Europa. ● Se encontró evidencia de que la transmisión local entre personas que viajaron al extranjero y personas que residen en la misma zona en México, ocurrió posiblemente desde la segunda semana de marzo. ● Las secuencias de los genomas obtenidos muestran una alta conservación (un mínimo de identidad de 99.97%) en relación a la primera cepa del virus SARS- CoV-2, caracterizada en Wuhan, China. Los cambios identificados en los genomas definen la circulación en el país de dos de los tres genotipos reportados hasta ahora, el linaje A (también llamado G) y el linaje B (también llamado S). (DGCS, 2020) Aplicaciones Estudios biológicos y moleculares. Se han usado extensivamente en la investigación genética y comprensión de los genes y réplica de la DNA, transcripción, formación del RNA, traslación, formación de proteínas y los fundamentos e inmunología Ingeniería genética. Los virus se están utilizando como los vectores o ondas portadoras que llevan el material requerido para el tratamiento de una enfermedad Nanotecnología. Los virus pueden ser utilizados como ondas portadoras para las series genético modificadas de genomas a las células huésped Armas y guerra biológica. Los virus pueden ser minúsculos y tener la capacidad de causar muerte y la devastación a las poblaciones grandes en epidemias y pandemias Agricultura. A través de la modificación y la ingeniería genética se puede trabajar con genomas modificados, en alimentos transgénicos Terapia génica. Esta es una forma experimental de tratamiento que utiliza la transferencia de genes a la célula de un paciente para curar una enfermedad. Los virus son usados como vehículos Vacunas. Introduciendo los virus debilitados que causan la enfermedad, un individuo sano, ayudan al sistema inmune para reconocer y montar una inmunidad contra el virus Mando de parásito biológico. Los virus son usados para controlar a parásitos perjudiciales (Mandal, 2006) Bibliografía Shors T. Virus: Estudio molecular con orientación clínica. Ed. Médica Panamericana. 2009. p.4 Rivera G.Conceptos introductorios a la fitopatología. EUNED. 1999. p.96 -100 Bettie J. Graham, Ph.D. Virus. National Human Gnome Research Institute.[consultado 2020 abril 23]. Disponible en:https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/Virus Vásquez R, Cáceres J. Cómo clasificar y nombrar a los virus. 2004 [consultado 2020 abril 23]. Disponible en: https://www.researchgate.net/publication/267038631_Como_clasificar_y_nombrar_a _los_virus Campos B., Sanmarti N., Torres M.D., Mingo B., Fernández M.A., Boixaderas N., et al. Biología 2. 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