Virologia animal
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Virología Animal. Es la Ciencia que estudia los virus, además, también se ocupa del estudio de partículas subvirales como viroides (que infectan plantas superiores), satélites y priones (proteínas infecciosas que provocan encefalopatías en mamíferos).
La especialización de los científicos por esta vocación hacia la biotecnológica-sanitaria, se debe a que los virus son responsables de múltiples enfermedades en todo tipo de hospedadores, que van desde cuadros infecciosos hasta algunos tipos de cáncer, y algunos virus se emplean como herramientas en distintas técnicas de biología molecular o en terapia génica.
Sumario
- 1 Desarrollo histórico de la virología
- 2 Características diferenciales de los virus
- 3 Características de los virus
- 4 Definición de VIRUS
- 5 Componentes de las partículas víricas
- 6 Generalidades sobre la multiplicación de virus
- 7 Introducción a la taxonomía de virus
- 8 Métodos de estudio de virus
- 9 Métodos inmunológicos para el estudio de un virus
- 10 Referencias bibliográficas
- 11 Fuente
Desarrollo histórico de la virología
La Virología es la materia que se ocupa del estudio de los virus. Es interesante su estudio en Farmacia por:
- Importancia clínica de estos seres. Son los causantes de numerosas enfermedades.
- Los virus son importantes herramientas en investigación. Utilizando virus se ha avanzado en la Biología Molecular, conocimiento de genes, de mecanismos de replicación, trascripción, ácidos nucleicos, etc. Los genomas de los virus son muy usados en Ingeniería Genética como vectores para transferir genes de unos individuos a otros.
- Tienen importancia biológica. Todos los seres vivos del planeta tienen virus que los parasitan.
- La virología como ciencia existe desde la antigüedad, aunque no se conocía el origen de las enfermedades infecciosas, sí que se conocían enfermedades como la Polio (poliomielitis), la rabia y la viruela. Hoy en día sabemos que estas enfermedades están ocasionadas por virus. También se intentaba controlar algunas de estas enfermedades de forma empírica.
Así, en China y algunos otros países, existía la costumbre de que las madres, para proteger a sus hijos de la viruela, inoculaban costras de enfermos de viruela. Esta práctica fue observada en Turquía por M. Montague (1721), quien la introdujo en Inglaterra y de esta forma muchas personas quedaban protegidos, pero otras seguían muriendo, por lo que esta práctica dejo de utilizarse.
En 1798, el médico inglés E. Jenner, observó que las personas en contacto con ganado vacuno, a veces resultaba infectados por una forma de viruela que era muy benigna (la persona no moría) y éstas personas luego no padecían la viruela humana. Entonces comenzó a inocular a las personas con material procedente de pústulas de vacas enfermas de viruela vacuna, inventando la VACUNACIÓN. El descubrimiento de los virus se atribuye a dos científicos: Ivanowski(1892) y Beijerinck (1898). Estos científicos descubrieron los virus de forma independiente. Trabajaban con plantas de tabaco que tenían una enfermedad llamada mosaico (las hojas tienen zonas con diversos colores), e intentaban averiguar el origen. Hacían extractos con las plantas infectadas, los cuales se hacían pasar por unos filtros que retenían los microorganismos conocidos hasta entonces (bacterias, hongos, protozoos, etc), con la esperanza de que los agentes causantes del mosaico quedaran retenidos en el filtro. Pero se comprobó que el agente pasaba los filtros ya que al inocular el filtrado en plantas sanas, éstas enfermaban. Por lo que llegaron ala conlcusión que el mosaico del tabaco (VMT) estaba producido por un agente muy pequeño que atravesaban los filtros y los denominaron VIRUS FILTRABLES (que viene de veneno).
El descubrimiento de los virus filtrables en animales lo hicieron en 1898 los científicos Loeffler y Frosch, dando a conocer los virus de la glosopeda de las vacas. El descubrimiento de virus en el hombre, lo hizo Walter Reed en 1900, en personas infectadas con la fiebre amarilla. A partir de este hecho, se fueron descubriendo nuevos virus filtrables. En el año 1916, Twort, y en 1917, D'Herelle, descubrieron virus en bacterias.
Todavía no se sabía cómo eran esos seres, hasta que en 1935, Stanley cristaliza el virus del mosaico del tabaco (por una técnica que cristalizaba proteínas). Entonces dedujo que los virus filtrables estaban formados solo por proteínas. Pero dos años más tarde, en 1937, Bawder y Pirie, determinaron que además de proteínas tenían ácido nucleico, siendo en el caso del VMT el ARN. En 1940, Delbruck descubrió cómo era el ciclo de multiplicación de los virus bacterianos. Se sabía que no podían crecer en medios de cultivo normales, pero sí que lo hacían en seres vivos. Entonces, al estudiar el ciclo, se vio que los virus necesitaban crecer dentro de las células. Más tarde se estudió en virus de células animales, haciendo cultivos de virus en células animales.
Características diferenciales de los virus
En los comienzos de la virología, los virus se definían en términos negativos:
- No eran retenidos por filtros que retenían microorganismos conocidos.
- No eran visibles al microscopio óptico.
- No se podían cultivar en medios de cultivo tradicionales para bacterias.
Características de los virus
A. Organización
Los virus no son seres celulares. Son diferentes de los organismos celulares, no tienen organización ni eucariota ni procariota. Las partículas virales constan de un genoma formado por DNA o RNA (nunca por ambos), una cubierta proteica llamada cápside y en ocasiones por una envoltura membranosa.
B. Ciclo de multiplicación
Los virus sólo pueden multiplicarse en el interior de células vivas. No pueden sintetizar ATP ni proteínas, ya que no poseen las estructuras necesarias para esta síntesis. Entonces, los virus son parásitos intracelulares obligados. El ciclo de multiplicación se diferencia en dos etapas:
- Extracelular. Fuera de la célula hospedadora.
- Intracelular. Dentro de la célula hospedadora.
A la partícula viral en estado extracelular se la denomina normalmente virión. Un virión es una partícula viral completa, es decir, con ácido nucleico y cubierta protectora. El término virus es más amplio que el de virión, ya que se aplica a todas las entidades virales presentes durante todo el ciclo de multiplicación (intra y extracelular).
Cuando los viriones (enteros o en parte) penetran en el interior de la célula hospedadora, comienza la fase intracelular y la multiplicación del virus. Normalmente el genoma queda libre de las cubiertas protectoras, y se usa la maquinaria metabólica de la célula hospedadora para sintetizar nuevos componentes de virus, que se ensamblan para formar partículas virales, que salen de la célula y que son capaces de infectar nuevas células. En un virus, el genoma vírico es esencial. La función de las cubiertas del virión, es proteger al genoma fuera de la célula hospedadora y transportarlo de una célula a otra.
Definición de VIRUS
Son seres de organización muy sencilla, acelulares. La partícula vírica completa o virión está constituido por el genoma (que consta de DNA o RNA) y unas cubiertas protectoras. Estos seres son parásitos intracelulares obligados que utilizan la maquinaria de la célula hospedadora para sintetizar nuevos viriones que infectan otras células. Según Darnell y Luria (1967), un virus se define como aquella entidad cuyo genoma son elementos de ác. nucleico que se replican en el interior de las células vivas, usando la maquinaria biosintética celular para sintetizar elementos especializados (partículas virales o viriones) que pueden transferir el genoma viral a otras células.
En general se puede decir que tienen dos características fundamentales:
- Son capaces de llevar a cabo un metabolismo.
- Son capaces de replicarse o reproducirse (o multiplicarse).
Los virus, fuera de las células (viriones), no son capaces de llevar a cabo metabolismo ni multiplicarse. Pero dentro de la célula hospedadora, los virus pueden usar la maquinaria celular para multiplicarse. En muchas ocasiones se acepta que se comportan como seres vivos intracelulares.
Origen de los virus
Son los seres más primitivos, debido a su sencilla estructura. Pero los virus tienen que haber surgido después de las células (o simultáneamente), ya que necesitan de ellas para desarrollarse. Los virus se originaron a partir de los organismos celulares. Existen dos tendencias principales dentro de esta teoría:
- Se originaron a partir de unas células, posiblemente procariotas, que parasitaban otras células, y que fueron perdiendo estructuras hasta quedarse en forma de virus. Es poco probable porque son muy diferentes a las células procariotas y además no se han encontrado estructuras intermedias.
- Se originaron a partir de parte del genoma de células que se hizo autónomo (plásmidos, elementos transponibles). Pero queda por solventar cómo estas porciones de genoma adquirieron la cubierta proteica o cápside.
Componentes de las partículas víricas
Todos los viriones están constituidos por material genético DNA o RNA (pero no ambos) y una cápside formada por proteínas. Al conjunto del genoma y de la cápside se le denomina núcleo cápside, que puede estar rodeada o no de una envoltura. Podemos diferenciar varios tipos de virus en función de su constitución: desnudos o con envoltura. Los virus desnudos, según el tipo de cápside, se diferencian en 3 tipos:
- Icosaédricos. La cápside es un icosaedro.
- Helicoidales. La cápside es un cilindro hueco.
- Complejos. Tienen diferentes estructuras anejas a la cápside (cola,..).
Los virus con envoltura se diferenciar también en tres tipos:
- Icosaédricos.
- Helicoidales.
- Complejos.
DNA viral
En algunos casos puede ser de cadena sencilla, monocatenario, aunque en la mayoría de los virus con DNA, es de cadena doble.
RNA viral
La mayoría tiene una cadena sencilla de RNA. Sólo algunos tienen cadena doble. En la mayoría de los casos, es lineal, siendo muy pocos casos aislados los de cadena circular.
- Virus RNA de cadena positiva (RNA +). Son aquellos en los que el RNA purificado es capaz de infectar a las células con producción de nuevos virus. Esto se debe a que el RNA del virus tiene la misma secuencia de bases que los RNAm, que por definición se consideran de cadena +. Entonces, el RNA puro, al penetrar en la célula, es capaz de unirse directamente a los ribosomas, actuando como mensajero y sintetizando ya proteínas víricas (enzimas y estructurales).
- Virus RNA de cadena negativa (RNA -). Son aquellos que por sí solos (al estar purificados) no son capaces de infectar nuevas células y producir nuevos virus. En estos virus el RNA del genoma, tiene una secuencia de bases complementarias con los RNAm. Entonces cuando entra en la célula hospedadora, el RNA tiene que entrar acompañado de una enzima vírica que a partir del genoma sintetice RNAm.
En los virus RNA, la mayoría de los casos, el genoma está formado por una única molécula de RNA, pero hay casos de virus en los que el genoma está formado por varias moléculas de RNA (virus con genoma fragmentado o segmentado). Esto puede darse tanto en virus de cadena sencilla (p. ej. virus de la gripe) o pueden ser varios fragmentos de RNA de cadena doble (p. ej. Reovirus), siendo los fragmentos diferentes (entonces haploides), a excepción de retrovirus como el del SIDA (diploide).
Algunos virus de plantas tienen genoma RNA segmentado, pero los diferentes fragmentos del genoma están incluidos en cápsides diferentes, denominándose entonces virus multiparticulados, ya que el virus está formado por varias partículas. Entonces, para infectar a una célula, tiene que ser infectada por varios de estos virus a la vez.
B. Cápside
Es una estructura que rodea y protege al genoma vírico y está formado por unas proteínas codificadas por genes del virus. Estas proteínas que forman la cápside se denominan protómeros.
Helicoidales
Son las más sencilla de todas. Están formadas por un sólo tipo de protómero que se va enrrollando, formando un tubo hueco. Las proteínas se enrrollan en forma de hélice. En el centro queda un espacio para que se sitúe el genoma del virus. Estas cápsides, en el caso de virus desnudos, son rígidas (p. ej. VMT), mientras que en los que tienen envoltura, son flexibles y se pliegan en el interior de la envoltura.
Icosaédricas
Estas cápsides tienen como estructura básica un cuerpo geométrico que es el icosaedro, que tiene 20 caras triangulares y 12 aristas. En virus sencillo, la cápside es un icosaedro como tal, pero en los más complejos, cada cara triangular se divide en otra serie de triángulos. Las proteínas de la cápside se agrupan para formar unas unidades estructurales llamadas capsómeros, que tienen forma de anillos. Los capsómeros son fundamentalmente de 2 tipos:
- Formados por 6 proteínas, 6 protómeros (hexonas o hexones). Se sitúan en caras y aristas del icosaedro.
- Formados por 5 proteínas, 6 protómeros (pentonas o pentones). Se localizan en los vértices del icosaedro.
Complejas
Tienen varias estructuras: cabeza, cola y otras. Estas cápsides se estudiaran en cada caso de virus concreto.
C. Envoltura
Es una capa membranosa que rodea la nucleocápside en diferentes virus, principalmente en virus animales (p. ej. en el de la gripe), aunque también existe en virus bacterianos, pero es menos frecuente. Esta envoltura tiene una estructura de membrana, con bicapa lipídica con proteínas. Los lípidos de la envoltura proceden de las membranas de la célula hospedadora, ya que la envoltura se origina de membranas celulares como membrana plasmática, membrana nuclear o membranas de vesículas. Las proteínas están codificadas por genes del virus. Estas proteínas durante la formación de la envoltura emigran a la membrana celular correspondiente donde se vaya a formar la envoltura y sustituyen a las proteínas de la célula hospedadora. Estas proteínas que forman parte de la envoltura, se diferencian en dos tipos:
- Glucoproteínas (o glucoproteínas). Tienen unidas azúcares. Están incluidos en envoltura, pero sobresalen de ella. Concretamente, la parte glucídica sobresale hacia el exterior. A veces forman una estructura en la superficie externa del virus, formando unas protuberancias que se ven al microscopio electrónico, denominadas espículas (aunque a veces de se denominan peplómeros).Las glucoproteínas tienen varias funciones:
Sirven de unión a células hospedadoras. Algunos virus contienen glucoproteínas que les permite unirse a glóbulos rojos (pero no los infectan), entonces sirven para unir diferentes glóbulos rojos entre sí, formando agregados (aglutinan). Entonces se dice que llevan a cabo hemaglutinación. Esta capacidad se usa para realizar una prueba de detección de virus (ensayos de hemaglutinación).
Alguna glucoproteínas tienen actividad enzimática. Un ejemplo es una glucoproteína del virus de la gripe (y otros) que tiene una actividad enzimática llamada neuraminidasa, ya que es capaz de romper azúcares derivados del ác. neuramínico (presente en la superficie de células hospedadoras). Esta enzima le sirve al virus para, por una parte, salir de las células que infecta, porque en las células hospedadoras estos azúcares forman una maraña que impiden salir a los virus. Por otra parte, esta actividad también sirve al virus para penetrar en las células y para penetrar en las mucosas. Existen medicamentos que inhiben la neuraminidasa.
Las glucoproteínas son los principales antígenos de los virus que tiene envoltura, ya que están localizadas en la superficie del virus, y son las primeras estructuras que localiza el sistema inmune, Entonces, tienen importancia clínica, existiendo algunas pruebas de detección de virus que se basan en reacciones Antígeno-Anticuerpo.
Proteínas matriz: Están insertadas en la bicapa lipídica pero no suelen sobresalir al exterior. A veces se localizan debajo de la bicapa lipídica formando una especie de capa llamada matriz. Esta proteína confiere cierta estabilidad y rigidez a la envoltura (si no, sería muy flexible).
Generalidades sobre la multiplicación de virus
Los virus deben multiplicarse dentro de células vivas. En su ciclo de multiplicación hay varias etapas:
- Unión del virión a la célula hospedadora.
- Entrada o penetración al interior de la célula hospedadora. Según el tipo de virus, entrará en virión entero, el genoma o parte (lo importante es que entre el genoma).
- Síntesis de componentes virales. El genoma del virus, suele quedar libre dentro de la célula hospedadora y usando la maquinaria biosintética de la célula se sintetizan ác. nucleicos y proteínas (enzimas, estructurales).
- Ensamblaje de los componentes de los virus para formar nuevas partículas víricas (proceso también llamado maduración).
- Liberación de los nuevos virus de la célula hospedadora, que ya pueden infectar otras células. Pueden producirse con o sin rotura de la célula, dependiendo de los virus.
- La duración del ciclo de multiplicación es variable. En bacterias pueden durar hasta 20-25 minutos (los más rápidos). En virus que afectan a animales, normalmente son ciclos más largos, durando 5-50 horas. Durante el ciclo de un virus se diferencian varios períodos de tiempo:
Período de eclipse. Durante este periodo de tiempo, no se observan virus dentro de la célula. En este período se están sintetizando los diferentes componentes virales. El período de eclipse dura desde que se inicia la infección hasta que se sintetiza la primera partícula de virus.
Período de acumulación intracelular. Una vez que se ha sintetizado la primera partícula, antes de que se liberen los virus. Es el tiempo en el cual se acumulan virus dentro de la célula hospedadora. Este período finaliza cuando se comienzan a liberar virus de las células. También se habla del período de latencia, que es el tiempo que transcurre desde la infección de una célula por un virus y la liberación de virus al medio. Por lo tanto, el período de latencia puede considerarse como la suma del período de eclipse y el período de acumulación intracelular.
Introducción a la taxonomía de virus
La taxonomía de virus está poco desarrollada. Los virus se dividen según el tipo de hospedador en:
En los comienzos de la virología, los científicos que estudiaban cada grupo, no se ponían de acuerdo. En 1966, se creó el Comité Internacional para la Taxonomía de Virus. Este organismo intenta establecer una clasificación uniforme para todos los virus. El último informe se emitió en 1995 por Murphy & Co. Este comité ha creado una serie de grupos de virus. Para ello se ha basado en unos caracteres de los virus:
- Características morfológicas y estructurales. Forma del virión, simetría de la cápside (icosaédrica, helicoidal, compleja), presencia o no de envoltura, tamaño del virión.
- Características del ác. nucleico (o genoma). Tipo de ác. nucleico (DNA o RNA), cadena sencilla/doble. Los de RNA de cadena sencilla, polaridad + ó -, nº de fragmentos.
- Características referentes a la multiplicación. Mecanismo de entrada del virus en la célula, localización de la multiplicación/replicación dentro de la célula, peculiaridades en transcripción y traducción de proteínas, mecanismo de salida (liberación) del virus.
- Características de proteínas víricas. Número de proteínas que forman el virus (estructurales y enzimas), presencia de enzimas especiales (como la transcriptasa inversa).
- Propiedades clínicas y biológicas. Tipo de hospedador (animal, planta, bacteria u hongo), tipo de enfermedad que produce, modo de transmisión de la enfermedad.
- Otras características. Propiedades inmunológicas (reacción antígeno-anticuerpo).
Estos caracteres diferencian a los virus en grupos: Orden, Familia, Subfamilia, Género y Especie. El grado de Orden está en desarrollo. Hasta 1995 sólo había uno. Se están desarrollando según el ácido nucleico.
Métodos de estudio de virus
Cultivos de virus
Los virus se han de cultivar sobre células adecuadas. Depende del virus del que tratemos (si son de plantas, bacterias, animales,...). Los más fáciles de cultivar son los virus de bacterias. Se cultivan sobre cultivos de bacterias en medio líquido o sólido. Los virus animales, se pueden cultivar de diferentes formas:
- En animales enteros. Así se hacía en el comienzo de la virología. En la actualidad se usa poco.
- En huevos embrionados de gallina. En huevos fecundados después de 6-8 días a partir de la puesta. También pueden ser de otras aves. Los virus se inyectan en el interior del huevo con una jeringa y dependiendo del tipo de virus se deben inyectar en una región determinada.
- En cultivos de células animales. Es la forma más usada. Pueden ser de 3 tipos fundamentalmente:
Cultivos primarios
Es aquel que se obtiene directamente a partir de un tejido animal. Para obtener un cultivo de este tipo, se parte de un tejido aislado, que se deposita en recipientes adecuados, que pueden ser placas petri, botellas tumbadas, erlenmeyer, etc. Luego se añade un medio de cultivo adecuado, normalmente líquido. Estos medios de cultivo son muy ricos, conteniendo vitaminas, aminoácidos, sales, suero.
Las células comienzan a dividirse en el fondo del recipiente, cubriendo este fondo, formando normalmente una monocapa de células. Los cultivos primarios se mantienen cambiando el medio de cultivo 2 ó 3 veces por semana, pero al cabo de varias semanas, los cultivos terminan muriendo. En ocasiones, tomando unas pocas células de un cultivo primario, y depositándolas en otro recipiente, comienzan a dividirse y se obtienen lo que se denomina una cepa celular.
Cepa celular
Estas cepas celulares sirven para producir más cultivos. Se pueden subcultivar (cultivar varias veces). Entonces, una cepa celular es un cultivo de células animales obtenido a partir de un cultivo primario y cuyas células pueden ser subcultivadas varias veces. Las cepas celulares con el tiempo degeneran, no pudiendo volver a subcultivarse. Se pueden obtener cultivos primarios y cepas celulares a partir de diferentes tejidos. Para virus humanos, se suelen usar tejidos de hombre, pero también de monos (africanos) y también de embriones (de monos y humanos). Pero hay células de cepas celulares que sufren una alteración y comienzan a desarrollarse de forma indefinida, formando entonces una línea celular.
Líneas celular
Es un cultivo de células inmortales, en el sentido de que se pueden subcultivar indefinidamente. Las líneas celulares se pueden obtener a partir de cepas celulares, pero también, muy frecuentemente, a partir de célular tumorales, p. ej. dos líneas muy usadas son:
- Células HeLa. Iniciales procedentes de una mujer que tuvo cáncer de cuello de útero.
- Células CaCo. Procedentes de un cáncer de colon.
Métodos inmunológicos para el estudio de un virus
Los virus cuando se introducen en el organismo actúan como Ag e inducen la formación de Ac específicos. Las pruebas inmunológicas de detección de virus se basan en reacciones Ag-Ac. Se puede abordar el diagnóstico viral de 2 formas mediante estas pruebas:
- Identificar un virus o Ag vírico desconocido, haciéndolos reaccionar con Ac conocidos.
- Detectar Ac frente a un virus en el suero del paciente. Para ello se hace reaccionar el suero problema con virus o Ag víricos conocidos.
Hay numerosos métodos inmunológicos para el diagnóstico vírico. De éstos, unos ensayos muy usados, son los ensayos inmunoenzimáticos o test de ELISA, que se utilizan tanto para identificar Ag víricos como sueros problema. 3 de estos métodos:
- Inmunotransferencia de proteínas (inmunobloting). Se usa como confirmación de prueba de ELISA.
- Test de neutralización (de infectividad).
- Test de inhibición de la hemaglutinación
Referencias bibliográficas
- Cann. A.J. (1996). Principles of Molecular Virology. Academic Press.
- Prescott, L.M., Harley, J.P. y D.A. Klein. (2002). * Microbiología. Quinta Edición. Mc Graw Hill.
- Madigan, M.T., Martinko, J.M.; y J. Parker (2003). Brock: * Biología de los microorganismos.
- 10ª Edición. Pearson.Prentice Hall.
- Flint, S.J., Enquist, L.W., Krug, R.M., Racaniello, V.R. y A.M. Skalka (2000).
