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E N
L A
F R O N T E R A D E
V I R U S
L A
V I D A :
L O S
Autor: ARMANDO ARANDA ANZALDO
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/menu.htm
Compilación y armado: Sergio Pellizza
dto. Apoyatura Académica I.S.E.S.
COMITÉ DE SELECCIÓN:
EDICIONES
PRÓLOGO
I. INTRODUCCIÓN HISTÓRICA AL ESTUDIO
...DE LOS VIRUS
II. LA ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
III. EL PROCESO DE INFECCIÓN VIRAL
IV. LISOGENIA
V. INTERACCIONES ENTRE VIRUS Y
...CÉLULAS EUCARIÓTICAS
VI. INTERFERÓN E INMUNIDAD A LAS
...INFECCIONES VIRALES
VII. INTERACCIONES ENTRE EL VIRUS Y EL
...ORGANISMO HOSPEDERO
VIII. VIRUS Y TUMORES
IX. LOS RETROVIRUS: LA CLAVE DE LA
...ONCOGÉNESIS VIRAL
X. PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO DE LAS INFECCIONES VIRALES
XI. VIRUS DE LA INMUNODEFICIENCIA HUMANA
XII. LA EVOLUCIÓN DE LOS VIRUS
XIII. LOS VIRUS Y LA INGENIERÍA GENÉTICA
XIV. EL ORIGEN DE LOS VIRUS
C O M I T É
D E
Dr. Antonio Alonso
Dr. Juan Ramón de la Fuente
Dr. Jorge Flores
Dr. Leopoldo García-Colín
Dr. Tomás Garza
Dr. Gonzalo Halffter
Dr. Guillermo Haro †
Dr. Jaime Martuscelli
Dr. Héctor Nava Jaimes
Dr. Manuel Peimbert
Dr.Juan José Rivaud
Dr. Emilio Rosenblueth †
Dr. José Sarukhán
Dr. Guillermo Soberón
Coordinadora Fundadora:
Física Alejandra Jaidar †
S E L E C C I Ó N :
Coordinadora:
María del Carmen Farías
E D I C I O N E S
Primera edición, 1988
Segunda edición, 1995
La Ciencia para Todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura
Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con
los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior e
Investigación Científica de la SEP y del Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología.
D. R. © 1988, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE CV.
Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.
ISBN 968-16-48ll-0 (2a. edición)
ISBN 968-16-2923-X (la. edición)
Impreso en México
P R Ó L O G O
A LA SEGUNDA EDICIÓN
El manuscrito de la primera edición de este libro fue terminado en
la primavera de 1987; ocho años han transcurrido desde entonces,
lapso en el cual nuevos descubrimientos, en el ámbito de la biología
y las ciencias biomédicas, han permitido resolver viejas cuestiones,
plantear nuevas incógnitas y también reconsiderar antiguas
respuestas que resultaron equivocadas a la luz de los nuevos
conocimientos. En el campo de la virología se han producido
importantes avances y han sido descritos nuevos agentes virales
tanto en bacterias, como en plantas y animales; baste mencionar
tres nuevos tipos de virus de Herpes humanos (HHV-6, HHV-7 y
HHV-8). Los avances de la biología molecular han permitido
desarrollar nuevas técnicas para el rastreo e identificación de
nuevas moléculas, nuevos microorganismos y nuevos virus. Por
supuesto que el calificativo de nuevo debe ser tomado con reserva;
recordemos que Colón descubrió América para los europeos, sin
embargo, los indígenas tenían siglos de habitarla. De la misma
manera, muchos de los "nuevos" virus pueden haber estado todo el
tiempo con nosotros y lo único que ha cambiado es la precisión de
los métodos que ahora nos permiten conocer su existencia.
La virología es una disciplina en pleno desarrollo y, por lo tanto,
resulta arriesgado, por no decir insensato, pretender fijarla y
agotarla en el magro espacio del presente libro. En la primera
edición, el Virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH) o Human
Inmunodeficiency Virus (HIV) fue mencionado en forma por demás
somera y sin discutir su relación con el síndrome de
inmunodeficiencia adquirida (SIDA). La presente edición pretende
subsanar, en la medida de lo posible, las deficiencias de la primera
en cuanto al HIV y otros virus de interés médico y general. Sin
embargo, algunos lectores notarán también que en el presente
texto se han suprimido conceptos que hace unos cuantos años
parecían ciertos.
Es indudable que el aislamiento y caracterización del llamado virus
de la inmunodeficiencia humana ha causado un aumento del interés
de la comunidad científica por los virus en general; pero, sobre
todo, ha provocado que el término virus ya forme parte del
vocabulario cotidiano y que ciertos aspectos de la virología sean de
interés para el público en general.
Desde 1987 hasta 1993 trabajé en la Universidad de París en
proyectos de investigación directamente relacionados con el HIV.
Esta experiencia me permitió conocer de primera mano muchos de
los factores y actores que han tomado parte en la historia científica
del SIDA; historia que con mucha frecuencia se ha visto desviada
por intereses personales, competencia desleal y afirmaciones
apresuradas que presentan a ciertos fenómenos de laboratorio —
artificiales y pasajeros—, como si fueran hechos plenamente
demostrados. Pienso que en el caso de un tema que produce
reacciones tan diversas e intensas, como el del SIDA, puede ser
contraproducente la proliferación de obras de divulgación basadas
en información científica de carácter preliminar, por no decir
transitorio. Sin embargo, prefiero correr el riesgo de equivocarme
en mi presentación del estado actual del conocimiento sobre el HIV
y el SIDA, que optar por reproducir cierta información "clásica",
misma que continúa siendo divulgada a pesar de ser incorrecta,
como lo ha demostrado el propio curso de la investigación sobre
este tema.
Es común decir que la naturaleza es sabia; sin embargo, la labor del
científico consiste en desentrañar dicha sabiduría, lo cual toma su
tiempo y dista de ser sencillo. Es indudable que la ciencia y en
particular las ciencias biomédicas pueden contribuir en forma muy
importante al bienestar del género humano; pero muchas veces
nuestras necesidades y urgencias humanas interfieren en el proceso
del conocimiento, al constituir presiones para encontrar, a toda
costa, respuestas inmediatas. Un claro ejemplo de lo anterior es la
compleja interacción que se da en torno al problema del SIDA, entre
la ciencia, la opinión pública y los intereses comerciales. Por lo
tanto, vale la pena tener presente que en la ciencia, como en
cualquier otra actividad humana, más vale tarde que nunca.
Toluca, marzo de 1995.
I .
I N T R O D U C C I Ó N H I S T Ó R I C A
E S T U D I O D E L O S V I R U S
A L
a) UN ANTIGUO PROBLEMA EN LA PATOLOGÍA DE LOS SERES
VIVOS
El términó virología ha sido incorporado al vocabulario durante las
últimas
décadas.
La primera revista científica
dedicada
exclusivamente al campo de la virología: Archiv für die Gesamte
Virusforschung, hoy conocida como Archives of Virology, empezó su
publicación en 1939. El primer texto dedicado sólo a la virología:
General Virology, de Salvatore Luria, fue publicado en 1953. Sin
embargo, los virus han estado acompañando al hombre durante
toda su historia y el término virus tiene muchos siglos de
existencia, aunque su uso y connotaciones han variado
notablemente a lo largo del tiempo. Se puede decir, en forma un
tanto arbitraria, que los orígenes de la disciplina científica hoy día
conocida como virología apenas se remontan a las décadas finales
del siglo XIX. Pero considerando aspectos epidemiológicos*
y
semiológicos**
dentro del registro histórico, encontramos que
enfermedades como la rabia han sido descritas y registradas
meticulosamente por más de dos mil años. En el caso particular de
la rabia, su misterioso origen, su capacidad para transformar a un
perro domesticado en bestia feroz, su largo e impreciso periodo de
incubación y los dramáticos síntomas que preceden al final fatal de
esta enfermedad en los humanos, constituyen un cuadro pavoroso y
a la vez irresistible, que ha merecido la atención de los escritores y
pensadores de la Antigüedad.
Si se comparan las antiguas descripciones hechas por cronistas
griegos y romanos con los casos más recientes de rabia tanto en
animales como en humanos, encontramos que desde el punto de
vista clínico el virus de la rabia no ha cambiado a lo largo de los
siglos. Esta característica lo distingue de otros virus patógenos
(capaces de producir enfermedad), confiriéndole una posición única
en la historia de la medicina. Diferentes ideas acerca de la causa y
el origen de la rabia han sido concebidas en diferentes épocas. Una
de las primeras descripciones de la rabia que han sobrevivido hasta
nuestros días es la de Aristóteles. "la rabia vuelve loco al animal, y
cualquier especie de animal, con excepción del hombre, será
contaminado con esta enfermedad si es mordido por un perro
rabioso. La enfermedad es fatal para el propio perro y cualquier
otro animal mordido por éste, con excepción del hombre". Autores
posteriores muchos de los cuales dudaron en cuestionar la
credibilidad del gran filósofo griego, se mostraron sorprendidos por
la referencia de Aristóteles a la supuesta insusceptibilidad del ser
humano para ser contaminado por la rabia. Así, algunos autores
propusieron que originalmente el agente causal de la rabia no podía
contagiar al hombre y solamente al cabo de los siglos el misterioso
agente causal de esta enfermedad había adquirido la capacidad de
afectar al ser humano. Sin embargo, el médico renacentista
Girolamo Fracastoro hizo notar que Aristóteles solamente quería
recalcar el hecho de que no todos aquellos humanos mordidos por
un perro rabioso desarrollarían la enfermedad en forma obligatoria.
Una descripción de la rabia más precisa y detallada fue
proporcionada en el libro De medicina, escrito por Celso, un médico
que vivió en el siglo I, en el apogeo del Imperio romano. En
particular, hay una frase en el texto de Celso que ha llamado
poderosamente la atención de los historiadores de la medicina:
"...especialmente en los casos en que el perro es rabioso, el virus
debe ser drenado con una ventosa de vidrio..." Por supuesto nadie
se atrevería a pensar que Celso identificó al agente de la rabia
como un virus en el sentido moderno del término. Sin embargo, es
importante hacer notar que Celso utilizó el término virus para
denotar al agente causal de la rabia, mientras que en el mismo
texto utilizó la palabra venenum para describir la ponzoña de las
serpientes. Es probable que tal distinción no haya sido accidental,
sobre todo si consideramos que el término latino virus puede
significar veneno o también líquido viscoso. Por lo tanto, quizá Celso
estaba advertido de que el agente de la rabia era transmitido por
medio de la saliva viscosa del perro rabioso.
Después de Celso, el término virus se utilizó durante siglos en
forma casual como sinónimo de ponzoña o veneno, hasta que a
finales del siglo XVIII adquirió claramente el significado de un
agente infeccioso, debido a la creciente advertencia general de que
existen muchas enfermedades contagiosas y transmisibles. La
gradual aceptación del término virus en la literatura médica corrió
paralela con el desarrollo de los conceptos de infección y contagio,
los cuales deben su origen al estudio de una enfermedad también
de naturaleza viral, pero que, a diferencia de la rabia, ha tenido
enorme influencia sobre el curso de la historia social y política de la
humanidad: la viruela.
En términos de la devastación causada en las sociedades
medievales, la viruela es solamente comparable con la peste
bubónica. Sin embargo, la historia temprana de la viruela presenta
grandes dificultades para el historiador de la medicina, ya que, a
diferencia de la rabia, es muy difícil establecer un diagnóstico
diferencial entre la viruela y otras enfermedades eruptivas de tipo
febril, como el sarampión, la varicela o la escarlatina, a partir de las
descripciones proporcionadas por los cronistas de la Antigüedad.
Pero no cabe duda de que los conquistadores españoles contaron
con un inesperado, silencioso y mortal aliado que contribuyó
notablemente al éxito de Cortés y a la pronta caída de Tenochtitlán.
Un soldado de la expedición de Pánfilo de Narváez arribó a México
enfermo de viruela, enfermedad hasta entonces desconocida en
Mesoamérica. La falta de inmunidad natural a la viruela permitió
que ésta se extendiera rápidamente entre la población indígena con
desastrosas consecuencias para la misma. En pocas semanas miles
de indígenas sucumbieron a la viruela; recordemos que el propio
Cuitláhuac, penúltimo emperador azteca, falleció por causa de esta
enfermedad. Recientes estimaciones epidemiológicas han llevado a
postular que durante los primeros veinticinco años posteriores a la
Conquista más de un tercio de la población indígena sucumbió a la
viruela. Es probable que tal devastación natural haya contribuido en
forma radical al establecimiento del régimen colonial, explicando
también en parte por qué imperios tan poderosos y organizados
como el azteca y el inca fueron borrados del mapa, sin mayor
oposición, en unos cuantos años.
Durante los siglos XVII y XVIII ocurrieron en Europa severas
epidemias de viruela, posiblemente debidas a la aparición de
nuevas cepas del virus. Médicos y sabios que testimoniaron estas
epidemias pudieron darse cuenta de que algún factor esencial era
transmitido de persona a persona y de casa en casa. En la antigua
China, mucho antes de nuestra era, ocurrieron los primeros intentos
para proteger a los individuos contra la viruela. Así, los chinos
desarrollaron la práctica conocida como variolación, la cual consiste
en la inoculación de individuos sanos con fluidos obtenidos de las
vesículas eruptivas de las personas afectadas por casos leves de
viruela. En 1721, Mary Worfley Montagu, esposa del embajador
británico en Turquía, introdujo la variolación en Gran Bretaña. Dicho
procedimiento resultaba muy peligroso, ya que con frecuencia los
individuos inoculados desarrollaban la enfermedad y morían a
consecuencia de ella, en lugar de ser protegidos contra la viruela.
Los problemas causados por las severas epidemias de viruela y la
controversia en relación con la variolación fueron la base de mucha
bibliografía médica producida en el siglo XVIII. Algunos autores se
permitieron especular sobre la naturaleza del agente transmisible
causa del contagio, al cual se denominó virus cada vez con mayor
frecuencia.
En 1730, Thomas Fuller publicó un pequeño libro sobre las fiebres
eruptivas (que incluyen la viruela). Ahí escribió: "La forma principal
y más común de contraer las fiebres contagiosas, como la viruela y
el sarampión, es por medio de infección, o sea, recibiendo a través
del aliento o de los poros de la piel los corpúsculos virosos
peculiares a la crianza de dichas enfermedades."
Por su parte, Angelo Gatti, el gran precursor de Jenner, publicó sus
reflexiones sobre la variolación en 1764. Sus observaciones en
relación con la naturaleza de la infección y con la necesidad de
encontrar un método para atenuar "el virus varioloso", fueron de
carácter profético. Sin embargo, Gatti murió en enero de 1798,
antes de haber podido conocer el modesto panfleto publicado en el
mismo año por el médico británico Edward Jenner, en el cual
comunicaba su descubrimiento de que la inoculación con el virus de
la vacuna (o sea, con los fluidos obtenidos de las lesiones de la
viruela bovina), era capaz de prevenir la infección de la viruela en
seres humanos. El descubrimiento de la vacuna es uno de los
sucesos más importantes no sólo en la historia de la medicina, sino
también en la historia de las sociedades humanas. A pesar de este
descubrimiento, se requirieron casi doscientos años para lograr la
erradicación de la viruela.
A principios del siglo XIX, el término virus se encontraba bien
establecido en la bibliografía médica, aunque era utilizado para
describir una gran variedad de agentes infecciosos. Este uso
persistió durante toda la época del surgimiento de la bacteriología
médica, o sea, los primeros dos tercios del siglo XIX. Claude
Bernard erigió una infraestructura para la medicina experimental,
apoyada en la tradición filosófica de Descartes y Pascal. Por
ejemplo, Bernard citó los resultados obtenidos a través de la simple
observación en el caso de la garrapata y su relación con
enfermedades de la piel. Según Bernard, la misma metodología
aplicada en la observación directa de las garrapatas podía ser
aplicada para explorar la validez de las teorías que presumían la
existencia de ...el virus, una criatura de la razón. Así, Claude
Davaine empezó en 1860 a utilizar una combinación de
experimentación y observación para rastrear aquello a lo cual se
refirió sucesivamente como el virus, el agente tóxico y finalmente,
el bacteridium del ántrax. A falta de filtros artificiales adecuados,
Davaine demostró la diferencia entre sangre infectada y no
infectada por el ántrax, utilizando como filtro la placenta del cerdo.
Sin embargo, en algunos experimentos de Davaine el agente del
ántrax era capaz de atravesar el filtro placentario. Robert Koch
descubrió en 1876 que el bacilo del ántrax a veces forma pequeñas
esporas capaces de atravesar la membrana placentaria.
Mientras tanto, Chauveau empezó a trabajar en la identificación del
agente de la viruela, utilizando métodos de filtración. Pero no pudo
obtener resultados definitivos, por lo cual fue el primero en hacer
una distinción entre enfermedades virulentas, causadas por virus, y
enfermedades contagiosas, en las cuales era transmitido un
microbio o parásito bien conocido. Por lo tanto, el término virus fue
restringido a denotar una misteriosa entidad infecciosa capaz de
ejercer su efecto patogénico solamente por medio de la asociación
en solución de ciertos elementos o partículas de naturaleza
desconocida. Chauveau identificó estos cuerpos elementales
(granulations élémentaires) como el origen de la actividad
patogénica, introduciendo así un término que sobreviviría durante
décadas.
En los años 1865-1866, ocurrió en la Gran Bretaña un desastroso
brote de una enfermedad llamada ictericia hemática bovina o peste
del ganado, la cual exterminó una gran cantidad de animales. El
médico John Gamgee había urgido, sin éxito, a las autoridades para
que impusieran una cuarentena y programas de matanza controlada
para evitar la diseminación de la enfermedad. A raíz de su fracaso,
Gamgee abandonó el país no sin antes publicar un libro con sus
observaciones sobre esta enfermedad; ahí escríbió:
Al igual que la mayoría de las ponzoñas animales, el virus de la
peste del ganado se reproduce con maravillosa rapidez en los
cuerpos de los animales enfermos, de los cuales es también
liberado. Tanto el aliento de la res enferma aspirado por un animal
sano, como lo productos sólidos de la enfermedad, parecen tener la
capacidad de inducir el padecimiento y los antídotos son aplicados
demasiado tarde cuando se intenta alcanzar la ponzoña presente en
el sistema animal. No conozco ningún antídoto capaz de ser usado
internamente en los animales enfermos... Me temo que nunca
lograremos alcanzar el virus una vez que éste se encuentra en el
animal vivo.
Tales palabras desalentadas merecen ser recordadas considerando
los escasos avances logrados hasta la fecha en el tratamiento de las
enfermedades virales.
La etiología u origen del ántrax fue cabalmente entendida gracias al
advenimiento de una herramienta que se volvió invaluable en los
estudios bacteriológicos, misma que dio lugar al surgimiento a fines
del siglo XIX del concepto de virus como entidad filtrable. Al
parecer, placas de cerámica blanca no esmaltada y conectadas a
una bomba de vacío capaz de ejercer succión fueron utilizadas en
trabajos bacteriológicos por primera vez en 1870, por Edwin Klebs.
Seis años después, Louis Pasteur utilizó para el mismo propósito
filtros hechos con la llamada goma de París. Así, Pasteur, en
colaboración con Joubet, aisló el bacilo del ántrax y adoptó la
palabra microbio inventada por Séedillot en 1878, de manera que
Pasteur declaró: todo virus es un microbio, haciendo caso omiso de
la distinción hecha por Chauveau entre enfermedades virulentas y
enfermedades contagiosas. A partir de entonces y a través del
trabajo pionero sobre las vacunas contra el ántrax, el cólera aviario
y la rabia, Pasteur y todos aquellos involucrados en estudios
patológicos utilizaron el termino virus para denotar cualquier agente
infeccioso (ya fuera o no fuera éste de naturaleza bacteriana) capaz
de producir inmunidad después de la convalecencia del organismo
afectado por el propio agente infeccioso.
Pasteur buscó afanosamente y en vano el agente causal de la rabia.
Sin embargo, no existe evidencia de que haya sospechado que
dicho agente era esencialmente diferente de los otros microbios
patógenos que había logrado caracterizar a lo largo de su vida. En
1897, dos discípulos de Robert Koch encabezaron un estudio sobre
el origen de la fiebre aftosa del ganado vacuno. Dichos
investigadores demostraron que el agente causal de esta
enfermedad era de naturaleza filtrable, o sea, capaz de atravesar
los filtros bacteriológicos más finos disponibles en aquel entonces.
Loeffler y Frosch observaron que este agente filtrable podía ser
pasado de un animal a otro a pesar de que cada pasaje implicaba
una gran dilución en la concentración del propio agente filtrable. Por
lo tanto, Loeffler y Frosch llegaron a la conclusión de que el agente
infeccioso podía reproducirse en los animales infectados,
descartándose de esta manera la posibilidad de que se tratara de
una toxina, y concluyeron que se trataba de un microbio muy
pequeño. No es de sorprender que los bacteriólogos médicos se
negaran a buscar una explicación que estaba por fuera del concepto
de microbio patógeno. Por otra parte, es notable que un
microbiólogo botánico fuera capaz de sugerir, unos cuantos meses
después de haberse publicado los resultados de Loeffler y Frosch,
una explicación que finalmente resultó correcta en relación con
estudios y observaciones similares realizados respecto al agente
causal de una enfermedad vegetal conocida como mosaico del
tabaco.
b) EL VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO
A finales del siglo XIX, los éxitos de la microbiología médica habían
establecido sólidamente la teoría de que las enfermedades
infecciosas son causadas por gérmenes microscópicos que podían
ser cultivados en medios nutritivos especiales y aislados por medio
de filtros muy finos capaces de retener dichos microorganismos. Sin
embargo, en 1892 el ruso Dimitri Ivanovski demostró que el agente
causal de la enfermedad vegetal conocida como mosaico del tabaco
era capaz de pasar a través de los filtros a prueba de bacterias y no
podía ser observado bajo el microscopio ni cultivado en medios
artificiales. Estos resultados hicieron a Ivanovsky especular que el
mosaico del tabaco era causado por un germen productor de
toxinas las cuales podían atravesar el filtro bacteriológico. En 1898,
el holandés Martinus Beijerinck realizó experimentos más rigurosos,
los cuales demostraron que el agente del mosaico del tabaco
pasaba a través de filtros de porcelana y era capaz de multiplicarse
en los tejidos de las plantas infectadas, hecho que descartaba la
posibilidad de que se tratara de una toxina. Beijerinck denominó
Contagium vivum fluidum al agente del mosaico del tabaco. En
aquel entonces, el concepto de macromolécula no existía todavía, y
las substancias eran divididas básicamente en dos grupos; las
substancias corpusculares o particuladas, suspendidas en los fluidos
circundantes, como las bacterias y los glóbulos rojos, y las
substancias disueltas o solubles, moléculas de bajo peso molecular.
Para Beijerinck era de la mayor importancia establecer si el virus
era disuelto o corpuscular. Apoyándose en la observación de que el
virus era capaz de atravesar filtros a prueba de bacterias, Beijerinck
concluyó que debía tratarse de una substancia disuelta o soluble y,
por lo tanto, de naturaleza molecular, quizá soluble en agua y capaz
de replicarse, pero solamente cuando se encontraba incorporada al
protoplasma de la célula viva infectada. Las conclusiones de
Beijerinck resultaron sorprendentemente cercanas al moderno
concepto de virus; sin embargo, también resultaron ser demasiado
avanzadas para su tiempo y encontraron poca aceptación entre los
patólogos de principios del siglo. A pesar de esto, en los primeros
años del siglo XX diversos investigadores descubrieron otros agentes
infecciosos filtrables, capaces de producir enfermedades en
animales, y gradualmente el término virus, en principio usado por
los médicos de la antigua Roma para designar cualquier veneno de
origen animal, pasó a denominar estos recién descubiertos agentes
infecciosos filtrables. En 1908, dos patólogos daneses informaron
haber transmitido la leucemia (un tumor caracterizado por una
desmedida proliferación de los glóbulos blancos de la sangre) a
pollos, por medio de un filtrado libre de células. Peyton Rous
descubrió en 1911 que algunos tumores sólidos, conocidos como
sarcomas de los pollos, podían ser transmitidos a pollos sanos por
medio de un filtrado obtenido a partir de células tumorales. Sin
embargo, estos primeros indicios de la asociación entre los virus y
el cáncer permanecieron ignorados por muchos años.
c) EL BACTERIÓFAGO
En 1915, el inglés F. Twort publicó un artículo en la revista médica
The Lancet, en el cual describió un curioso fenómeno observado en
ciertos cultivos de micrococos bacterianos que después de
incubaciones prolongadas desarrollaban regiones transparentes, las
cuales examinadas al microscopio mostraban la ausencia de células
bacterianas y la presencia de minúsculos gránulos cristalinos. El
material cristalino podía ser pasado por filtros de porcelana y una
gota de ese filtrado era suficiente para destruir (lisar) un nuevo
cultivo de micrococos. Twort sugirió que el fenómeno podía ser
explicado por la existencia de un virus bacteriano o por la
producción de una enzima bacteriana capaz de degradar a las
propias bacterias.
En 1917, Félix d'Herelle observó un fenómeno similar en cultivos del
bacilo de la disentería y demostró que era posible usar cultivos de
este bacilo utilizando filtrados obtenidos a partir de heces fecales.
Félix d'Herelle optó inmediatamente por la explicación de que era
un virus la causa de este fenómeno y, debido a que el supuesto
virus era incapaz de multiplicarse, excepto a expensas de bacterias
vivas, D'Herelle decidió llamarlo bacteriófago (devorador de
bacterias).
Durante los años veinte la definición del virus se basaba en
conceptos puramente negativos: no podían ser vistos al
microscopio, no podían ser cultivados en medios artificiales, y
además no eran retenidos por los filtros a prueba de bacterias. Sin
embargo, las observaciones de D'Herelle permitieron la preparación
de grandes cantidades de bacteriófagos (fagos será el término
utilizado en adelante), a partir de la lisis de bacterias cultivadas en
medios líquidos. Estos lisados podían ser utilizados para infectar
otros cultivos. El propio D'Herelle observó que cultivos de bacterias
en medio sólido infectados con lisados que contenían fagos,
mostraban "claros" o placas en la, por otra parte, uniforme capa de
bacterias; el número de estas placas era inversamente proporcional
a la dilución del lisado con fagos añadido a dicho cultivo. Por lo
tanto, el título de una suspensión de fagos podía ser estimado en
términos de unidades formadoras de placas (u.f.p.). De acuerdo con
esto, si cada partícula viral presente en la preparación infectante da
origen a una placa, entonces la eficiencia de plaqueo (e.p) es igual
a la unidad. Muchos años después, este método sería modificado y
aplicado al ensayo de los virus de plantas y animales. De hecho,
uno de los avances más importantes en el estudio de los virus
animales consistió en el ensayo en placa diseñado por Renato
Dulbecco en 1952. En este caso, una suspensión de células
animales es colocada en una caja de Petri; las células se adhieren y
crecen a lo largo y ancho de la superficie de vidrio u otro material
sólido, hasta que forman una monocapa de células Entonces se
elimina el medio de cultivo y se añade una suspensión viral diluida.
Después de una breve incubación que permite que las partículas
virales se adhieran (adsorban) a las células, se elimina el exceso de
inóculo viral y se añade una capa de agar nutritivo que cubre las
células. Después de una incubación que puede durar varios días, las
células son teñidas por medio de un colorante vital que solamente
penetra en las células vivas, de manera que las muertas por causa
de la infección viral permanecen incoloras y se manifiestan como
placas desteñidas en la monocapa de células teñidas.
Retomando a D'Herelle y los fagos, este investigador creía que la
partícula infectante (fago) se multiplicaba dentro de la bacteria y
que su progenie era liberada después de la lisis de la bacteria
hospedera. En 1939, Ellis y Delbrück realizaron experimento
conocido como "curva de crecimiento en un solo paso", el cual
constituyó una sólida prueba en apoyo de la hipótesis de D'Herelle
(figura I.1.). Sin embargo, persistía una controversia en cuanto a si
el crecimiento intracelular del fago introducía la lisis de la bacteria o
en realidad dicha lisis bacteriana era un fenómeno secundario sin
relación directa con el crecimiento del fago. Experimentos
realizados por Delbrück resolvieron esta controversia y demostraron
que en la lisis de las bacterias infectadas participan factores tanto
dependientes como independientes de la infección viral. Cuando la
infección ocurre a baja multiplicidad, o sea, cuando la relación
fago/bacteria no es mayor de 2, el fago penetra la bacteria, se
multiplica e induce la lisis de la célula bacteriana. Sin embargo,
cuando la infección ocurre en altas multiplicidades, o sea, cuando
hay un exceso de partículas infectantes, la lisis bacteriana se debe
principalmente a un debilitamiento de la pared celular causado por
el exceso de fagos adsorbidos a dicha pared.
FIGURA I.1. Diagrama de la curva de multiplicación en un solo
paso (o escalón) del bacteriófago T2.
La primera purificación de un virus fue lograda por Max Schlesinger
en 1933 utilizando una técnica conocida como centrifugación
diferencial, la cual se basa en el hecho de que en un tubo de ensayo
sometido a la acción de una fuerza centrífuga las partículas más
pesadas sedimentan a menor velocidad que las partículas ligeras.
De esta manera es posible separar los fagos de los restos de las
células bacterianas. El análisis químico de los fagos purificados
demostró que están compuestos por proteínas y ácidos nucleicos en
proporciones casi iguales.
d) LA NATURALEZA QUÍMICA Y MOLECULAR DE LOS VIRUS
En 1935 el químico Wendell Stanley pudo aislar el virus causante
del mosaico del tabaco y purificarlo en forma cristalina. Este hecho
representó la cristalización de un material biológico supuestamente
vivo y, por lo tanto, tuvo un enorme impacto desde el punto de
vista filosófico, pues llevó al cuestionamiento de los conceptos
establecidos respecto a la naturaleza y propiedades de los seres
vivos. En 1937 Bawden y Pirie lograron la total purificación del virus
del mosaico del tabaco y demostraron que estaba compuesto por
proteína y ácido ribonucleico (ARN). Esto ocurrió en una época en
que todavía no se conocía la naturaleza del material genético. Ya en
1928 Fred Griffith había descubierto que cepas no patogénicas de
neumococos bacterianos, conocidas como cepas R, podían ser
transformadas a la variedad patogénica S cuando eran incubadas en
presencia de un extracto libre de células obtenido a partir de
neumococos S que habían sido "muertos" (o sea, inactivados) por
tratamiento térmico. En 1944, Avery, Mac Leod y Mc Carty
informaron que el ácido desoxirribonucleico (ADN) obtenido a partir
de neumococos S, era el único factor capaz de transformar a los
neumococos R y volverlos patogénicos.
Sin embargo, la ortodoxia científica señalaba a las proteínas como
posibles constituyentes del material genético. En aquel entonces era
una opinión generalizada que los ácidos nucleicos carecían de la
versatilidad estructural necesaria para satisfacer el complicado
papel atribuido a los hipotéticos genes. Fue en 1952 cuando
Hershey y Chase demostraron sin lugar a dudas que la información
genética reside en los ácidos nucleicos. Para esto utilizaron al
bacteriófago T2, que usualmente infecta a la bacteria Escherichia
coli. En primer lugar, Hershey y Chase crecieron el fago en cultivos
de E. coli, en los cuales el medio de cultivo había sido suplementado
con azufre o fósforo radiactivos (35S y 32P). El fósforo radiactivo
sirvió para marcar exclusivamente el ADN presente en los fagos
recién sintetizados por las bacterias infectadas, mientras que el
azufre permitió marcar la proteína asociada con las nuevas
partículas virales. Posteriormente, estos fagos radiactivos fueron
utilizados para infectar otros cultivos de E. coli, permitiendo que los
fagos se adsorbieran a las bacterias. Después de una corta
incubación, estas suspensiones de fagos y bacterias fueron
sometidas a intensa agitación para interrumpir la asociación entre
fagos y bacterias. La suspensión resultante fue centrifugada de
manera que las bacterias sedimentaron en el fondo de los tubos de
ensayo y las partículas virales permanecieron en el líquido
sobrenadante. Ambas fracciones (sedimento y sobrenadante)
fueron analizadas en su contenido de radiactividad. El resultado
indicó que la mayor parte del 32P había penetrado en las bacterias,
mientras que casi todo el 35S había permanecido en el
sobrenadante. Por otra parte, a pesar de este tratamiento, las
bacterias fueron capaces de producir nuevas partículas virales, las
cuales contenían un alto porcentaje de 32P y casi nada de 35S. Estos
resultados indicaron que solamente el ADN viral penetra en las
bacterias y que este ácido nucleico es suficiente para causar una
infección productiva en dichas bacterias.
La proteína de la cubierta viral no es necesaria para producir la
infección debido a que no contiene la información genética. Sin
embargo, esta proteína es necesaria para proteger el ácido nucleico
y para permitir la adsorción del virus a las células. El experimento
mencionado sirvió para demostrar que el ácido nucleido constituye
el material genético. (figura I.2.)
Figura I.2. El experimento de Hershey y Chase.
En 1956, Gierer y Schramm purificaron el ácido nucleico del virus
del mosaico del tabaco (VMT), y demostraron que ARN viral
purificado podía ser infeccioso si se tomaban las precauciones
necesarias para protegerlo de ser inactivado por la acción de
enzimas capaces de degradar ácido ribonucleico. Experimentos
previos habían demostrado que las partículas de VMT podían ser
disociadas en proteína y ARN, ambos componentes podían ser
reasociados en el tubo de ensayo para formar partículas virales
infectivas por completo y morfológícamente maduras. Basándose en
esta observación, Frankel Conrat y Singer procedieron a disociar
dos cepas diferentes de VMT. El ARN obtenido de una cepa fue
reasociado con la proteína obtenida de la otra cepa y viceversa,
originando partículas híbridas, las cuales fueron usadas para
infectar plantas de tabaco. En todos los casos, las plantas
infectadas dieron origen a progenies virales que correspondían al
tipo del ARN presente en el híbrido infectante (figura 1.3).
Al igual que todos los organismos, los
mutantes en el transcurso de su ciclo
mutaciones pueden afectar el tipo de placa
viral en los cultivos infectados, el rango de
virus pueden generar
de crecimiento; estas
formada por la infección
hospederos susceptibles
de ser infectados por el virus e incluso las propiedades
fisicoquímicas del virus. Un problema asociado con las mutaciones
consiste en que varias de éstas pueden ser de tipo letal, o sea,
bloquean totalmente la capacidad de replicación del virus y por lo
tanto no pueden ser detectadas. Sin embargo, en 1963 Epstein y
Edgar descubrieron un tipo muy particular de mutantes virales que
ahora son conocidos como "mutantes letales condicionales". Una
clase de estos mutantes está constituida por los mutantes sensibles
a la temperatura. Estos virus mutantes son capaces de crecer a una
cierta temperatura, la temperatura permisiva, pero no pueden
hacerlo a una más alta, la temperatura restrictiva misma
temperatura que no afecta el crecimiento de virus normales. Otra
clase de mutantes condicionales está constituida por los mutantes
ámbar, los cuales no pueden crecer en ciertas cepas celulares
llamadas no permisivas, mientras que sí pueden hacerlo en cepas
celulares permisivas. También se han descrito otros tipos de
mutantes condicionales sensibles al frío, los cuales se comportan a
la inversa de los mutantes termosensibles anteriormente descritos.
Figura I.3. El experimento de Frankel-Conrat y Singer que
demostró que el ARN es el material genético del virus del mosaico
del tabaco (VMT).
Los virus constituyen partículas extremadamente pequeñas cuyo
tamaño varía más o menos entre 20 y 300 nanómetros (nm).*
Por lo tanto, los virus sólo pueden ser observados bajo el
microscopio electrónico. En muchos casos los virus infectan a la
célula hospedera por medio de interacción directa entre la célula y
la partícula viral, pero en otros casos los virus son transmitidos por
medio de un agente animal o vegetal que actúa como vector
intermediario entre el virus y su hospedero final. Las células que
hospedan al virus contienen ambos tipos de ácido nucleico (ADN y
ARN), mientras que los virus contienen solamente un tipo de ácido
nucleico, el cual será ADN o ARN según el tipo de virus en particular.
El virus se reproduce totalmente a partir de su material genético
constituido por el ácido nucleico, mientras que la célula hospedera
se reproduce a partir de la suma integral de sus componentes. El
virus nunca se origina directamente a partir de un virus
preexistente, mientras que toda nueva célula se origina de manera
directa de una célula madre. Los componentes de un virus son
sintetizados en forma independiente y son ensamblados
posteriormente para formar una partícula viral madura. En cambio,
el crecimiento de las células consiste en un aumento de todos sus
componentes sin que la célula pierda en ningún momento su
integridad. Los virus dependen de la maquinaria metabólica y
sintética presente en la célula hospedera para poder sintetizar el
ácido nucleico y las proteínas virales.
Figura I.4. Diagrama que muestra el tamaño relativo y las formas
de diferentes tipos de virus. (a) Poxvirus (vacuna). (b) Poxvirus
(dermatitis
pustular).
(c)
Rabdovirus.
(d)
Virus
de
la
parainfluenza (parotiditis). (e) Bacteriófago. (g) Herpesvirus. (h)
Adenovirus. (i) Virus de la influenza. (j) Virus de la papa. (k)
Virus del mosaico del tabaco. (l) Polioma/papiloma virus. (m)
Virus del mosaico de la alfalfa. (n) Virus de la polio. (o) Fago
ØX174.
Figura I.5. Diagrama que ilustra la terminología utilizada para
describir los virus con simetría helicoidal (izquierda) y con
simetría icosaédrica (derecha).
Existe una terminología bien establecida para describir los
diferentes componentes y estructuras de los virus. Una partícula
viral completa e infectiva es denominada virión. En el caso de los
virus con morfología icosaédrica, la cubierta de proteína es conocida
como la cápside que a su vez está compuesta de unidades
morfológicas o capsómeras. La cápside rodea un centro compuesto
de ácido nucleico y proteínas. La cápside y el centro forman en
conjunto la nucleocápside. Ejemplos de virus icosaédricos son el
virus de la poliomielitis y el bacteriófago ØXI74. Otros virus tienen
aspecto de bastones o cilindros. En tales viriones el ácido nucleico
está rodeado por una cápside cilíndrica cuya estructura helicoidal
puede ser resuelta bajo el microscopio electrónico. Ejemplos de
viriones helicoidales son el virus del mosaico del tabaco y el
bacteriófago M13. En viriones de morfología más compleja, la
nucleocápside está rodeada por una laxa envoltura membranosa.
Dichos viriones tienen forma relativamente esférica, pero son muy
pleomórficos (multiformes) debido a que la envoltura no es rígida.
Ejemplo de virus icosaédricos con envoltura son los herpesvirus. En
el caso de los virus helicoidales con envoltura como el virus de la
influenza, la nucleocápside está enrollada dentro de la envoltura. En
viriones cuya estructura es todavía mas compleja, como en el caso
del virus de la viruela, no es posible identificar una sola cápside, ya
que este tipo de virus tiene varias cubiertas alrededor del ácido
nucleico. Las envolturas virales tienen características similares a las
de las membranas celulares debido a que tales envolturas se
derivan de la membrana de la célula hospedera durante los estadios
finales de la infección viral. Por lo tanto, las envolturas virales son
ricas en lípidos (grasas) y proteínas, algunas de las cuales forman
complejos con diferentes tipos de carbohidratos (azúcares),
constituyendo las llamadas glicoproteínas. Los carbohidratos
asociados a las proteínas tienden a protuir de la envoltura viral y a
veces es posible reconocerlos bajo el microscopio electrónico en
forma de espigas presentes en la superficie externa del virión. Las
figuras 1.4 y 1.5 dan una idea general de las diversas morfologías y
componentes estructurales de los virus.
FIGURA I.6. Estructura de las bases púricas y pirimídicas.
Figura I.7. Estructura de algunos ribonucleótidos.
I .
I N T R O D U C C I Ó N H I S T Ó R I C A
E S T U D I O D E L O S V I R U S
A L
a) UN ANTIGUO PROBLEMA EN LA PATOLOGÍA DE LOS SERES
VIVOS
El términó virología ha sido incorporado al vocabulario durante las
últimas
décadas.
La primera revista científica
dedicada
exclusivamente al campo de la virología: Archiv für die Gesamte
Virusforschung, hoy conocida como Archives of Virology, empezó su
publicación en 1939. El primer texto dedicado sólo a la virología:
General Virology, de Salvatore Luria, fue publicado en 1953. Sin
embargo, los virus han estado acompañando al hombre durante
toda su historia y el término virus tiene muchos siglos de
existencia, aunque su uso y connotaciones han variado
notablemente a lo largo del tiempo. Se puede decir, en forma un
tanto arbitraria, que los orígenes de la disciplina científica hoy día
conocida como virología apenas se remontan a las décadas finales
del siglo XIX. Pero considerando aspectos epidemiológicos*
y
semiológicos**
dentro del registro histórico, encontramos que
enfermedades como la rabia han sido descritas y registradas
meticulosamente por más de dos mil años. En el caso particular de
la rabia, su misterioso origen, su capacidad para transformar a un
perro domesticado en bestia feroz, su largo e impreciso periodo de
incubación y los dramáticos síntomas que preceden al final fatal de
esta enfermedad en los humanos, constituyen un cuadro pavoroso y
a la vez irresistible, que ha merecido la atención de los escritores y
pensadores de la Antigüedad.
Si se comparan las antiguas descripciones hechas por cronistas
griegos y romanos con los casos más recientes de rabia tanto en
animales como en humanos, encontramos que desde el punto de
vista clínico el virus de la rabia no ha cambiado a lo largo de los
siglos. Esta característica lo distingue de otros virus patógenos
(capaces de producir enfermedad), confiriéndole una posición única
en la historia de la medicina. Diferentes ideas acerca de la causa y
el origen de la rabia han sido concebidas en diferentes épocas. Una
de las primeras descripciones de la rabia que han sobrevivido hasta
nuestros días es la de Aristóteles. "la rabia vuelve loco al animal, y
cualquier especie de animal, con excepción del hombre, será
contaminado con esta enfermedad si es mordido por un perro
rabioso. La enfermedad es fatal para el propio perro y cualquier
otro animal mordido por éste, con excepción del hombre". Autores
posteriores muchos de los cuales dudaron en cuestionar la
credibilidad del gran filósofo griego, se mostraron sorprendidos por
la referencia de Aristóteles a la supuesta insusceptibilidad del ser
humano para ser contaminado por la rabia. Así, algunos autores
propusieron que originalmente el agente causal de la rabia no podía
contagiar al hombre y solamente al cabo de los siglos el misterioso
agente causal de esta enfermedad había adquirido la capacidad de
afectar al ser humano. Sin embargo, el médico renacentista
Girolamo Fracastoro hizo notar que Aristóteles solamente quería
recalcar el hecho de que no todos aquellos humanos mordidos por
un perro rabioso desarrollarían la enfermedad en forma obligatoria.
Una descripción de la rabia más precisa y detallada fue
proporcionada en el libro De medicina, escrito por Celso, un médico
que vivió en el siglo I, en el apogeo del Imperio romano. En
particular, hay una frase en el texto de Celso que ha llamado
poderosamente la atención de los historiadores de la medicina:
"...especialmente en los casos en que el perro es rabioso, el virus
debe ser drenado con una ventosa de vidrio..." Por supuesto nadie
se atrevería a pensar que Celso identificó al agente de la rabia
como un virus en el sentido moderno del término. Sin embargo, es
importante hacer notar que Celso utilizó el término virus para
denotar al agente causal de la rabia, mientras que en el mismo
texto utilizó la palabra venenum para describir la ponzoña de las
serpientes. Es probable que tal distinción no haya sido accidental,
sobre todo si consideramos que el término latino virus puede
significar veneno o también líquido viscoso. Por lo tanto, quizá Celso
estaba advertido de que el agente de la rabia era transmitido por
medio de la saliva viscosa del perro rabioso.
Después de Celso, el término virus se utilizó durante siglos en
forma casual como sinónimo de ponzoña o veneno, hasta que a
finales del siglo XVIII adquirió claramente el significado de un
agente infeccioso, debido a la creciente advertencia general de que
existen muchas enfermedades contagiosas y transmisibles. La
gradual aceptación del término virus en la literatura médica corrió
paralela con el desarrollo de los conceptos de infección y contagio,
los cuales deben su origen al estudio de una enfermedad también
de naturaleza viral, pero que, a diferencia de la rabia, ha tenido
enorme influencia sobre el curso de la historia social y política de la
humanidad: la viruela.
En términos de la devastación causada en las sociedades
medievales, la viruela es solamente comparable con la peste
bubónica. Sin embargo, la historia temprana de la viruela presenta
grandes dificultades para el historiador de la medicina, ya que, a
diferencia de la rabia, es muy difícil establecer un diagnóstico
diferencial entre la viruela y otras enfermedades eruptivas de tipo
febril, como el sarampión, la varicela o la escarlatina, a partir de las
descripciones proporcionadas por los cronistas de la Antigüedad.
Pero no cabe duda de que los conquistadores españoles contaron
con un inesperado, silencioso y mortal aliado que contribuyó
notablemente al éxito de Cortés y a la pronta caída de Tenochtitlán.
Un soldado de la expedición de Pánfilo de Narváez arribó a México
enfermo de viruela, enfermedad hasta entonces desconocida en
Mesoamérica. La falta de inmunidad natural a la viruela permitió
que ésta se extendiera rápidamente entre la población indígena con
desastrosas consecuencias para la misma. En pocas semanas miles
de indígenas sucumbieron a la viruela; recordemos que el propio
Cuitláhuac, penúltimo emperador azteca, falleció por causa de esta
enfermedad. Recientes estimaciones epidemiológicas han llevado a
postular que durante los primeros veinticinco años posteriores a la
Conquista más de un tercio de la población indígena sucumbió a la
viruela. Es probable que tal devastación natural haya contribuido en
forma radical al establecimiento del régimen colonial, explicando
también en parte por qué imperios tan poderosos y organizados
como el azteca y el inca fueron borrados del mapa, sin mayor
oposición, en unos cuantos años.
Durante los siglos XVII y XVIII ocurrieron en Europa severas
epidemias de viruela, posiblemente debidas a la aparición de
nuevas cepas del virus. Médicos y sabios que testimoniaron estas
epidemias pudieron darse cuenta de que algún factor esencial era
transmitido de persona a persona y de casa en casa. En la antigua
China, mucho antes de nuestra era, ocurrieron los primeros intentos
para proteger a los individuos contra la viruela. Así, los chinos
desarrollaron la práctica conocida como variolación, la cual consiste
en la inoculación de individuos sanos con fluidos obtenidos de las
vesículas eruptivas de las personas afectadas por casos leves de
viruela. En 1721, Mary Worfley Montagu, esposa del embajador
británico en Turquía, introdujo la variolación en Gran Bretaña. Dicho
procedimiento resultaba muy peligroso, ya que con frecuencia los
individuos inoculados desarrollaban la enfermedad y morían a
consecuencia de ella, en lugar de ser protegidos contra la viruela.
Los problemas causados por las severas epidemias de viruela y la
controversia en relación con la variolación fueron la base de mucha
bibliografía médica producida en el siglo XVIII. Algunos autores se
permitieron especular sobre la naturaleza del agente transmisible
causa del contagio, al cual se denominó virus cada vez con mayor
frecuencia.
En 1730, Thomas Fuller publicó un pequeño libro sobre las fiebres
eruptivas (que incluyen la viruela). Ahí escribió: "La forma principal
y más común de contraer las fiebres contagiosas, como la viruela y
el sarampión, es por medio de infección, o sea, recibiendo a través
del aliento o de los poros de la piel los corpúsculos virosos
peculiares a la crianza de dichas enfermedades."
Por su parte, Angelo Gatti, el gran precursor de Jenner, publicó sus
reflexiones sobre la variolación en 1764. Sus observaciones en
relación con la naturaleza de la infección y con la necesidad de
encontrar un método para atenuar "el virus varioloso", fueron de
carácter profético. Sin embargo, Gatti murió en enero de 1798,
antes de haber podido conocer el modesto panfleto publicado en el
mismo año por el médico británico Edward Jenner, en el cual
comunicaba su descubrimiento de que la inoculación con el virus de
la vacuna (o sea, con los fluidos obtenidos de las lesiones de la
viruela bovina), era capaz de prevenir la infección de la viruela en
seres humanos. El descubrimiento de la vacuna es uno de los
sucesos más importantes no sólo en la historia de la medicina, sino
también en la historia de las sociedades humanas. A pesar de este
descubrimiento, se requirieron casi doscientos años para lograr la
erradicación de la viruela.
A principios del siglo XIX, el término virus se encontraba bien
establecido en la bibliografía médica, aunque era utilizado para
describir una gran variedad de agentes infecciosos. Este uso
persistió durante toda la época del surgimiento de la bacteriología
médica, o sea, los primeros dos tercios del siglo XIX. Claude
Bernard erigió una infraestructura para la medicina experimental,
apoyada en la tradición filosófica de Descartes y Pascal. Por
ejemplo, Bernard citó los resultados obtenidos a través de la simple
observación en el caso de la garrapata y su relación con
enfermedades de la piel. Según Bernard, la misma metodología
aplicada en la observación directa de las garrapatas podía ser
aplicada para explorar la validez de las teorías que presumían la
existencia de ...el virus, una criatura de la razón. Así, Claude
Davaine empezó en 1860 a utilizar una combinación de
experimentación y observación para rastrear aquello a lo cual se
refirió sucesivamente como el virus, el agente tóxico y finalmente,
el bacteridium del ántrax. A falta de filtros artificiales adecuados,
Davaine demostró la diferencia entre sangre infectada y no
infectada por el ántrax, utilizando como filtro la placenta del cerdo.
Sin embargo, en algunos experimentos de Davaine el agente del
ántrax era capaz de atravesar el filtro placentario. Robert Koch
descubrió en 1876 que el bacilo del ántrax a veces forma pequeñas
esporas capaces de atravesar la membrana placentaria.
Mientras tanto, Chauveau empezó a trabajar en la identificación del
agente de la viruela, utilizando métodos de filtración. Pero no pudo
obtener resultados definitivos, por lo cual fue el primero en hacer
una distinción entre enfermedades virulentas, causadas por virus, y
enfermedades contagiosas, en las cuales era transmitido un
microbio o parásito bien conocido. Por lo tanto, el término virus fue
restringido a denotar una misteriosa entidad infecciosa capaz de
ejercer su efecto patogénico solamente por medio de la asociación
en solución de ciertos elementos o partículas de naturaleza
desconocida. Chauveau identificó estos cuerpos elementales
(granulations élémentaires) como el origen de la actividad
patogénica, introduciendo así un término que sobreviviría durante
décadas.
En los años 1865-1866, ocurrió en la Gran Bretaña un desastroso
brote de una enfermedad llamada ictericia hemática bovina o peste
del ganado, la cual exterminó una gran cantidad de animales. El
médico John Gamgee había urgido, sin éxito, a las autoridades para
que impusieran una cuarentena y programas de matanza controlada
para evitar la diseminación de la enfermedad. A raíz de su fracaso,
Gamgee abandonó el país no sin antes publicar un libro con sus
observaciones sobre esta enfermedad; ahí escríbió:
Al igual que la mayoría de las ponzoñas animales, el virus de la
peste del ganado se reproduce con maravillosa rapidez en los
cuerpos de los animales enfermos, de los cuales es también
liberado. Tanto el aliento de la res enferma aspirado por un animal
sano, como lo productos sólidos de la enfermedad, parecen tener la
capacidad de inducir el padecimiento y los antídotos son aplicados
demasiado tarde cuando se intenta alcanzar la ponzoña presente en
el sistema animal. No conozco ningún antídoto capaz de ser usado
internamente en los animales enfermos... Me temo que nunca
lograremos alcanzar el virus una vez que éste se encuentra en el
animal vivo.
Tales palabras desalentadas merecen ser recordadas considerando
los escasos avances logrados hasta la fecha en el tratamiento de las
enfermedades virales.
La etiología u origen del ántrax fue cabalmente entendida gracias al
advenimiento de una herramienta que se volvió invaluable en los
estudios bacteriológicos, misma que dio lugar al surgimiento a fines
del siglo XIX del concepto de virus como entidad filtrable. Al
parecer, placas de cerámica blanca no esmaltada y conectadas a
una bomba de vacío capaz de ejercer succión fueron utilizadas en
trabajos bacteriológicos por primera vez en 1870, por Edwin Klebs.
Seis años después, Louis Pasteur utilizó para el mismo propósito
filtros hechos con la llamada goma de París. Así, Pasteur, en
colaboración con Joubet, aisló el bacilo del ántrax y adoptó la
palabra microbio inventada por Séedillot en 1878, de manera que
Pasteur declaró: todo virus es un microbio, haciendo caso omiso de
la distinción hecha por Chauveau entre enfermedades virulentas y
enfermedades contagiosas. A partir de entonces y a través del
trabajo pionero sobre las vacunas contra el ántrax, el cólera aviario
y la rabia, Pasteur y todos aquellos involucrados en estudios
patológicos utilizaron el termino virus para denotar cualquier agente
infeccioso (ya fuera o no fuera éste de naturaleza bacteriana) capaz
de producir inmunidad después de la convalecencia del organismo
afectado por el propio agente infeccioso.
Pasteur buscó afanosamente y en vano el agente causal de la rabia.
Sin embargo, no existe evidencia de que haya sospechado que
dicho agente era esencialmente diferente de los otros microbios
patógenos que había logrado caracterizar a lo largo de su vida. En
1897, dos discípulos de Robert Koch encabezaron un estudio sobre
el origen de la fiebre aftosa del ganado vacuno. Dichos
investigadores demostraron que el agente causal de esta
enfermedad era de naturaleza filtrable, o sea, capaz de atravesar
los filtros bacteriológicos más finos disponibles en aquel entonces.
Loeffler y Frosch observaron que este agente filtrable podía ser
pasado de un animal a otro a pesar de que cada pasaje implicaba
una gran dilución en la concentración del propio agente filtrable. Por
lo tanto, Loeffler y Frosch llegaron a la conclusión de que el agente
infeccioso podía reproducirse en los animales infectados,
descartándose de esta manera la posibilidad de que se tratara de
una toxina, y concluyeron que se trataba de un microbio muy
pequeño. No es de sorprender que los bacteriólogos médicos se
negaran a buscar una explicación que estaba por fuera del concepto
de microbio patógeno. Por otra parte, es notable que un
microbiólogo botánico fuera capaz de sugerir, unos cuantos meses
después de haberse publicado los resultados de Loeffler y Frosch,
una explicación que finalmente resultó correcta en relación con
estudios y observaciones similares realizados respecto al agente
causal de una enfermedad vegetal conocida como mosaico del
tabaco.
b) EL VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO
A finales del siglo XIX, los éxitos de la microbiología médica habían
establecido sólidamente la teoría de que las enfermedades
infecciosas son causadas por gérmenes microscópicos que podían
ser cultivados en medios nutritivos especiales y aislados por medio
de filtros muy finos capaces de retener dichos microorganismos. Sin
embargo, en 1892 el ruso Dimitri Ivanovski demostró que el agente
causal de la enfermedad vegetal conocida como mosaico del tabaco
era capaz de pasar a través de los filtros a prueba de bacterias y no
podía ser observado bajo el microscopio ni cultivado en medios
artificiales. Estos resultados hicieron a Ivanovsky especular que el
mosaico del tabaco era causado por un germen productor de
toxinas las cuales podían atravesar el filtro bacteriológico. En 1898,
el holandés Martinus Beijerinck realizó experimentos más rigurosos,
los cuales demostraron que el agente del mosaico del tabaco
pasaba a través de filtros de porcelana y era capaz de multiplicarse
en los tejidos de las plantas infectadas, hecho que descartaba la
posibilidad de que se tratara de una toxina. Beijerinck denominó
Contagium vivum fluidum al agente del mosaico del tabaco. En
aquel entonces, el concepto de macromolécula no existía todavía, y
las substancias eran divididas básicamente en dos grupos; las
substancias corpusculares o particuladas, suspendidas en los fluidos
circundantes, como las bacterias y los glóbulos rojos, y las
substancias disueltas o solubles, moléculas de bajo peso molecular.
Para Beijerinck era de la mayor importancia establecer si el virus
era disuelto o corpuscular. Apoyándose en la observación de que el
virus era capaz de atravesar filtros a prueba de bacterias, Beijerinck
concluyó que debía tratarse de una substancia disuelta o soluble y,
por lo tanto, de naturaleza molecular, quizá soluble en agua y capaz
de replicarse, pero solamente cuando se encontraba incorporada al
protoplasma de la célula viva infectada. Las conclusiones de
Beijerinck resultaron sorprendentemente cercanas al moderno
concepto de virus; sin embargo, también resultaron ser demasiado
avanzadas para su tiempo y encontraron poca aceptación entre los
patólogos de principios del siglo. A pesar de esto, en los primeros
años del siglo XX diversos investigadores descubrieron otros agentes
infecciosos filtrables, capaces de producir enfermedades en
animales, y gradualmente el término virus, en principio usado por
los médicos de la antigua Roma para designar cualquier veneno de
origen animal, pasó a denominar estos recién descubiertos agentes
infecciosos filtrables. En 1908, dos patólogos daneses informaron
haber transmitido la leucemia (un tumor caracterizado por una
desmedida proliferación de los glóbulos blancos de la sangre) a
pollos, por medio de un filtrado libre de células. Peyton Rous
descubrió en 1911 que algunos tumores sólidos, conocidos como
sarcomas de los pollos, podían ser transmitidos a pollos sanos por
medio de un filtrado obtenido a partir de células tumorales. Sin
embargo, estos primeros indicios de la asociación entre los virus y
el cáncer permanecieron ignorados por muchos años.
c) EL BACTERIÓFAGO
En 1915, el inglés F. Twort publicó un artículo en la revista médica
The Lancet, en el cual describió un curioso fenómeno observado en
ciertos cultivos de micrococos bacterianos que después de
incubaciones prolongadas desarrollaban regiones transparentes, las
cuales examinadas al microscopio mostraban la ausencia de células
bacterianas y la presencia de minúsculos gránulos cristalinos. El
material cristalino podía ser pasado por filtros de porcelana y una
gota de ese filtrado era suficiente para destruir (lisar) un nuevo
cultivo de micrococos. Twort sugirió que el fenómeno podía ser
explicado por la existencia de un virus bacteriano o por la
producción de una enzima bacteriana capaz de degradar a las
propias bacterias.
En 1917, Félix d'Herelle observó un fenómeno similar en cultivos del
bacilo de la disentería y demostró que era posible usar cultivos de
este bacilo utilizando filtrados obtenidos a partir de heces fecales.
Félix d'Herelle optó inmediatamente por la explicación de que era
un virus la causa de este fenómeno y, debido a que el supuesto
virus era incapaz de multiplicarse, excepto a expensas de bacterias
vivas, D'Herelle decidió llamarlo bacteriófago (devorador de
bacterias).
Durante los años veinte la definición del virus se basaba en
conceptos puramente negativos: no podían ser vistos al
microscopio, no podían ser cultivados en medios artificiales, y
además no eran retenidos por los filtros a prueba de bacterias. Sin
embargo, las observaciones de D'Herelle permitieron la preparación
de grandes cantidades de bacteriófagos (fagos será el término
utilizado en adelante), a partir de la lisis de bacterias cultivadas en
medios líquidos. Estos lisados podían ser utilizados para infectar
otros cultivos. El propio D'Herelle observó que cultivos de bacterias
en medio sólido infectados con lisados que contenían fagos,
mostraban "claros" o placas en la, por otra parte, uniforme capa de
bacterias; el número de estas placas era inversamente proporcional
a la dilución del lisado con fagos añadido a dicho cultivo. Por lo
tanto, el título de una suspensión de fagos podía ser estimado en
términos de unidades formadoras de placas (u.f.p.). De acuerdo con
esto, si cada partícula viral presente en la preparación infectante da
origen a una placa, entonces la eficiencia de plaqueo (e.p) es igual
a la unidad. Muchos años después, este método sería modificado y
aplicado al ensayo de los virus de plantas y animales. De hecho,
uno de los avances más importantes en el estudio de los virus
animales consistió en el ensayo en placa diseñado por Renato
Dulbecco en 1952. En este caso, una suspensión de células
animales es colocada en una caja de Petri; las células se adhieren y
crecen a lo largo y ancho de la superficie de vidrio u otro material
sólido, hasta que forman una monocapa de células Entonces se
elimina el medio de cultivo y se añade una suspensión viral diluida.
Después de una breve incubación que permite que las partículas
virales se adhieran (adsorban) a las células, se elimina el exceso de
inóculo viral y se añade una capa de agar nutritivo que cubre las
células. Después de una incubación que puede durar varios días, las
células son teñidas por medio de un colorante vital que solamente
penetra en las células vivas, de manera que las muertas por causa
de la infección viral permanecen incoloras y se manifiestan como
placas desteñidas en la monocapa de células teñidas.
Retomando a D'Herelle y los fagos, este investigador creía que la
partícula infectante (fago) se multiplicaba dentro de la bacteria y
que su progenie era liberada después de la lisis de la bacteria
hospedera. En 1939, Ellis y Delbrück realizaron experimento
conocido como "curva de crecimiento en un solo paso", el cual
constituyó una sólida prueba en apoyo de la hipótesis de D'Herelle
(figura I.1.). Sin embargo, persistía una controversia en cuanto a si
el crecimiento intracelular del fago introducía la lisis de la bacteria o
en realidad dicha lisis bacteriana era un fenómeno secundario sin
relación directa con el crecimiento del fago. Experimentos
realizados por Delbrück resolvieron esta controversia y demostraron
que en la lisis de las bacterias infectadas participan factores tanto
dependientes como independientes de la infección viral. Cuando la
infección ocurre a baja multiplicidad, o sea, cuando la relación
fago/bacteria no es mayor de 2, el fago penetra la bacteria, se
multiplica e induce la lisis de la célula bacteriana. Sin embargo,
cuando la infección ocurre en altas multiplicidades, o sea, cuando
hay un exceso de partículas infectantes, la lisis bacteriana se debe
principalmente a un debilitamiento de la pared celular causado por
el exceso de fagos adsorbidos a dicha pared.
FIGURA I.1. Diagrama de la curva de multiplicación en un solo
paso (o escalón) del bacteriófago T2.
La primera purificación de un virus fue lograda por Max Schlesinger
en 1933 utilizando una técnica conocida como centrifugación
diferencial, la cual se basa en el hecho de que en un tubo de ensayo
sometido a la acción de una fuerza centrífuga las partículas más
pesadas sedimentan a menor velocidad que las partículas ligeras.
De esta manera es posible separar los fagos de los restos de las
células bacterianas. El análisis químico de los fagos purificados
demostró que están compuestos por proteínas y ácidos nucleicos en
proporciones casi iguales.
d) LA NATURALEZA QUÍMICA Y MOLECULAR DE LOS VIRUS
En 1935 el químico Wendell Stanley pudo aislar el virus causante
del mosaico del tabaco y purificarlo en forma cristalina. Este hecho
representó la cristalización de un material biológico supuestamente
vivo y, por lo tanto, tuvo un enorme impacto desde el punto de
vista filosófico, pues llevó al cuestionamiento de los conceptos
establecidos respecto a la naturaleza y propiedades de los seres
vivos. En 1937 Bawden y Pirie lograron la total purificación del virus
del mosaico del tabaco y demostraron que estaba compuesto por
proteína y ácido ribonucleico (ARN). Esto ocurrió en una época en
que todavía no se conocía la naturaleza del material genético. Ya en
1928 Fred Griffith había descubierto que cepas no patogénicas de
neumococos bacterianos, conocidas como cepas R, podían ser
transformadas a la variedad patogénica S cuando eran incubadas en
presencia de un extracto libre de células obtenido a partir de
neumococos S que habían sido "muertos" (o sea, inactivados) por
tratamiento térmico. En 1944, Avery, Mac Leod y Mc Carty
informaron que el ácido desoxirribonucleico (ADN) obtenido a partir
de neumococos S, era el único factor capaz de transformar a los
neumococos R y volverlos patogénicos.
Sin embargo, la ortodoxia científica señalaba a las proteínas como
posibles constituyentes del material genético. En aquel entonces era
una opinión generalizada que los ácidos nucleicos carecían de la
versatilidad estructural necesaria para satisfacer el complicado
papel atribuido a los hipotéticos genes. Fue en 1952 cuando
Hershey y Chase demostraron sin lugar a dudas que la información
genética reside en los ácidos nucleicos. Para esto utilizaron al
bacteriófago T2, que usualmente infecta a la bacteria Escherichia
coli. En primer lugar, Hershey y Chase crecieron el fago en cultivos
de E. coli, en los cuales el medio de cultivo había sido suplementado
con azufre o fósforo radiactivos (35S y 32P). El fósforo radiactivo
sirvió para marcar exclusivamente el ADN presente en los fagos
recién sintetizados por las bacterias infectadas, mientras que el
azufre permitió marcar la proteína asociada con las nuevas
partículas virales. Posteriormente, estos fagos radiactivos fueron
utilizados para infectar otros cultivos de E. coli, permitiendo que los
fagos se adsorbieran a las bacterias. Después de una corta
incubación, estas suspensiones de fagos y bacterias fueron
sometidas a intensa agitación para interrumpir la asociación entre
fagos y bacterias. La suspensión resultante fue centrifugada de
manera que las bacterias sedimentaron en el fondo de los tubos de
ensayo y las partículas virales permanecieron en el líquido
sobrenadante. Ambas fracciones (sedimento y sobrenadante)
fueron analizadas en su contenido de radiactividad. El resultado
indicó que la mayor parte del 32P había penetrado en las bacterias,
mientras que casi todo el 35S había permanecido en el
sobrenadante. Por otra parte, a pesar de este tratamiento, las
bacterias fueron capaces de producir nuevas partículas virales, las
cuales contenían un alto porcentaje de 32P y casi nada de 35S. Estos
resultados indicaron que solamente el ADN viral penetra en las
bacterias y que este ácido nucleico es suficiente para causar una
infección productiva en dichas bacterias.
La proteína de la cubierta viral no es necesaria para producir la
infección debido a que no contiene la información genética. Sin
embargo, esta proteína es necesaria para proteger el ácido nucleico
y para permitir la adsorción del virus a las células. El experimento
mencionado sirvió para demostrar que el ácido nucleido constituye
el material genético. (figura I.2.)
Figura I.2. El experimento de Hershey y Chase.
En 1956, Gierer y Schramm purificaron el ácido nucleico del virus
del mosaico del tabaco (VMT), y demostraron que ARN viral
purificado podía ser infeccioso si se tomaban las precauciones
necesarias para protegerlo de ser inactivado por la acción de
enzimas capaces de degradar ácido ribonucleico. Experimentos
previos habían demostrado que las partículas de VMT podían ser
disociadas en proteína y ARN, ambos componentes podían ser
reasociados en el tubo de ensayo para formar partículas virales
infectivas por completo y morfológícamente maduras. Basándose en
esta observación, Frankel Conrat y Singer procedieron a disociar
dos cepas diferentes de VMT. El ARN obtenido de una cepa fue
reasociado con la proteína obtenida de la otra cepa y viceversa,
originando partículas híbridas, las cuales fueron usadas para
infectar plantas de tabaco. En todos los casos, las plantas
infectadas dieron origen a progenies virales que correspondían al
tipo del ARN presente en el híbrido infectante (figura 1.3).
Al igual que todos los organismos, los virus pueden generar
mutantes en el transcurso de su ciclo de crecimiento; estas
mutaciones pueden afectar el tipo de placa formada por la infección
viral en los cultivos infectados, el rango de hospederos susceptibles
de ser infectados por el virus e incluso las propiedades
fisicoquímicas del virus. Un problema asociado con las mutaciones
consiste en que varias de éstas pueden ser de tipo letal, o sea,
bloquean totalmente la capacidad de replicación del virus y por lo
tanto no pueden ser detectadas. Sin embargo, en 1963 Epstein y
Edgar descubrieron un tipo muy particular de mutantes virales que
ahora son conocidos como "mutantes letales condicionales". Una
clase de estos mutantes está constituida por los mutantes sensibles
a la temperatura. Estos virus mutantes son capaces de crecer a una
cierta temperatura, la temperatura permisiva, pero no pueden
hacerlo a una más alta, la temperatura restrictiva misma
temperatura que no afecta el crecimiento de virus normales. Otra
clase de mutantes condicionales está constituida por los mutantes
ámbar, los cuales no pueden crecer en ciertas cepas celulares
llamadas no permisivas, mientras que sí pueden hacerlo en cepas
celulares permisivas. También se han descrito otros tipos de
mutantes condicionales sensibles al frío, los cuales se comportan a
la inversa de los mutantes termosensibles anteriormente descritos.
Figura I.3. El experimento de Frankel-Conrat y Singer que
demostró que el ARN es el material genético del virus del mosaico
del tabaco (VMT).
Los virus constituyen partículas extremadamente pequeñas cuyo
tamaño varía más o menos entre 20 y 300 nanómetros (nm).*
Por lo tanto, los virus sólo pueden ser observados bajo el
microscopio electrónico. En muchos casos los virus infectan a la
célula hospedera por medio de interacción directa entre la célula y
la partícula viral, pero en otros casos los virus son transmitidos por
medio de un agente animal o vegetal que actúa como vector
intermediario entre el virus y su hospedero final. Las células que
hospedan al virus contienen ambos tipos de ácido nucleico (ADN y
ARN), mientras que los virus contienen solamente un tipo de ácido
nucleico, el cual será ADN o ARN según el tipo de virus en particular.
El virus se reproduce totalmente a partir de su material genético
constituido por el ácido nucleico, mientras que la célula hospedera
se reproduce a partir de la suma integral de sus componentes. El
virus nunca se origina directamente a partir de un virus
preexistente, mientras que toda nueva célula se origina de manera
directa de una célula madre. Los componentes de un virus son
sintetizados en forma independiente y son ensamblados
posteriormente para formar una partícula viral madura. En cambio,
el crecimiento de las células consiste en un aumento de todos sus
componentes sin que la célula pierda en ningún momento su
integridad. Los virus dependen de la maquinaria metabólica y
sintética presente en la célula hospedera para poder sintetizar el
ácido nucleico y las proteínas virales.
Figura I.4. Diagrama que muestra el tamaño relativo y las formas
de diferentes tipos de virus. (a) Poxvirus (vacuna). (b) Poxvirus
(dermatitis
pustular).
(c)
Rabdovirus.
(d)
Virus
de
la
parainfluenza (parotiditis). (e) Bacteriófago. (g) Herpesvirus. (h)
Adenovirus. (i) Virus de la influenza. (j) Virus de la papa. (k)
Virus del mosaico del tabaco. (l) Polioma/papiloma virus. (m)
Virus del mosaico de la alfalfa. (n) Virus de la polio. (o) Fago
ØX174.
Figura I.5. Diagrama que ilustra la terminología utilizada para
describir los virus con simetría helicoidal (izquierda) y con
simetría icosaédrica (derecha).
Existe una terminología bien establecida para describir los
diferentes componentes y estructuras de los virus. Una partícula
viral completa e infectiva es denominada virión. En el caso de los
virus con morfología icosaédrica, la cubierta de proteína es conocida
como la cápside que a su vez está compuesta de unidades
morfológicas o capsómeras. La cápside rodea un centro compuesto
de ácido nucleico y proteínas. La cápside y el centro forman en
conjunto la nucleocápside. Ejemplos de virus icosaédricos son el
virus de la poliomielitis y el bacteriófago ØXI74. Otros virus tienen
aspecto de bastones o cilindros. En tales viriones el ácido nucleico
está rodeado por una cápside cilíndrica cuya estructura helicoidal
puede ser resuelta bajo el microscopio electrónico. Ejemplos de
viriones helicoidales son el virus del mosaico del tabaco y el
bacteriófago M13. En viriones de morfología más compleja, la
nucleocápside está rodeada por una laxa envoltura membranosa.
Dichos viriones tienen forma relativamente esférica, pero son muy
pleomórficos (multiformes) debido a que la envoltura no es rígida.
Ejemplo de virus icosaédricos con envoltura son los herpesvirus. En
el caso de los virus helicoidales con envoltura como el virus de la
influenza, la nucleocápside está enrollada dentro de la envoltura. En
viriones cuya estructura es todavía mas compleja, como en el caso
del virus de la viruela, no es posible identificar una sola cápside, ya
que este tipo de virus tiene varias cubiertas alrededor del ácido
nucleico. Las envolturas virales tienen características similares a las
de las membranas celulares debido a que tales envolturas se
derivan de la membrana de la célula hospedera durante los estadios
finales de la infección viral. Por lo tanto, las envolturas virales son
ricas en lípidos (grasas) y proteínas, algunas de las cuales forman
complejos con diferentes tipos de carbohidratos (azúcares),
constituyendo las llamadas glicoproteínas. Los carbohidratos
asociados a las proteínas tienden a protuir de la envoltura viral y a
veces es posible reconocerlos bajo el microscopio electrónico en
forma de espigas presentes en la superficie externa del virión. Las
figuras 1.4 y 1.5 dan una idea general de las diversas morfologías y
componentes estructurales de los virus.
FIGURA I.6. Estructura de las bases púricas y pirimídicas.
Figura I.7. Estructura de algunos ribonucleótidos.
I .
I N T R O D U C C I Ó N H I S T Ó R I C A
E S T U D I O D E L O S V I R U S
A L
a) UN ANTIGUO PROBLEMA EN LA PATOLOGÍA DE LOS SERES
VIVOS
El términó virología ha sido incorporado al vocabulario durante las
últimas
décadas.
La primera revista científica
dedicada
exclusivamente al campo de la virología: Archiv für die Gesamte
Virusforschung, hoy conocida como Archives of Virology, empezó su
publicación en 1939. El primer texto dedicado sólo a la virología:
General Virology, de Salvatore Luria, fue publicado en 1953. Sin
embargo, los virus han estado acompañando al hombre durante
toda su historia y el término virus tiene muchos siglos de
existencia, aunque su uso y connotaciones han variado
notablemente a lo largo del tiempo. Se puede decir, en forma un
tanto arbitraria, que los orígenes de la disciplina científica hoy día
conocida como virología apenas se remontan a las décadas finales
y
del siglo XIX. Pero considerando aspectos epidemiológicos*
semiológicos**
dentro del registro histórico, encontramos que
enfermedades como la rabia han sido descritas y registradas
meticulosamente por más de dos mil años. En el caso particular de
la rabia, su misterioso origen, su capacidad para transformar a un
perro domesticado en bestia feroz, su largo e impreciso periodo de
incubación y los dramáticos síntomas que preceden al final fatal de
esta enfermedad en los humanos, constituyen un cuadro pavoroso y
a la vez irresistible, que ha merecido la atención de los escritores y
pensadores de la Antigüedad.
Si se comparan las antiguas descripciones hechas por cronistas
griegos y romanos con los casos más recientes de rabia tanto en
animales como en humanos, encontramos que desde el punto de
vista clínico el virus de la rabia no ha cambiado a lo largo de los
siglos. Esta característica lo distingue de otros virus patógenos
(capaces de producir enfermedad), confiriéndole una posición única
en la historia de la medicina. Diferentes ideas acerca de la causa y
el origen de la rabia han sido concebidas en diferentes épocas. Una
de las primeras descripciones de la rabia que han sobrevivido hasta
nuestros días es la de Aristóteles. "la rabia vuelve loco al animal, y
cualquier especie de animal, con excepción del hombre, será
contaminado con esta enfermedad si es mordido por un perro
rabioso. La enfermedad es fatal para el propio perro y cualquier
otro animal mordido por éste, con excepción del hombre". Autores
posteriores muchos de los cuales dudaron en cuestionar la
credibilidad del gran filósofo griego, se mostraron sorprendidos por
la referencia de Aristóteles a la supuesta insusceptibilidad del ser
humano para ser contaminado por la rabia. Así, algunos autores
propusieron que originalmente el agente causal de la rabia no podía
contagiar al hombre y solamente al cabo de los siglos el misterioso
agente causal de esta enfermedad había adquirido la capacidad de
afectar al ser humano. Sin embargo, el médico renacentista
Girolamo Fracastoro hizo notar que Aristóteles solamente quería
recalcar el hecho de que no todos aquellos humanos mordidos por
un perro rabioso desarrollarían la enfermedad en forma obligatoria.
Una descripción de la rabia más precisa y detallada fue
proporcionada en el libro De medicina, escrito por Celso, un médico
que vivió en el siglo I, en el apogeo del Imperio romano. En
particular, hay una frase en el texto de Celso que ha llamado
poderosamente la atención de los historiadores de la medicina:
"...especialmente en los casos en que el perro es rabioso, el virus
debe ser drenado con una ventosa de vidrio..." Por supuesto nadie
se atrevería a pensar que Celso identificó al agente de la rabia
como un virus en el sentido moderno del término. Sin embargo, es
importante hacer notar que Celso utilizó el término virus para
denotar al agente causal de la rabia, mientras que en el mismo
texto utilizó la palabra venenum para describir la ponzoña de las
serpientes. Es probable que tal distinción no haya sido accidental,
sobre todo si consideramos que el término latino virus puede
significar veneno o también líquido viscoso. Por lo tanto, quizá Celso
estaba advertido de que el agente de la rabia era transmitido por
medio de la saliva viscosa del perro rabioso.
Después de Celso, el término virus se utilizó durante siglos en
forma casual como sinónimo de ponzoña o veneno, hasta que a
finales del siglo XVIII adquirió claramente el significado de un
agente infeccioso, debido a la creciente advertencia general de que
existen muchas enfermedades contagiosas y transmisibles. La
gradual aceptación del término virus en la literatura médica corrió
paralela con el desarrollo de los conceptos de infección y contagio,
los cuales deben su origen al estudio de una enfermedad también
de naturaleza viral, pero que, a diferencia de la rabia, ha tenido
enorme influencia sobre el curso de la historia social y política de la
humanidad: la viruela.
En términos de la devastación causada en las sociedades
medievales, la viruela es solamente comparable con la peste
bubónica. Sin embargo, la historia temprana de la viruela presenta
grandes dificultades para el historiador de la medicina, ya que, a
diferencia de la rabia, es muy difícil establecer un diagnóstico
diferencial entre la viruela y otras enfermedades eruptivas de tipo
febril, como el sarampión, la varicela o la escarlatina, a partir de las
descripciones proporcionadas por los cronistas de la Antigüedad.
Pero no cabe duda de que los conquistadores españoles contaron
con un inesperado, silencioso y mortal aliado que contribuyó
notablemente al éxito de Cortés y a la pronta caída de Tenochtitlán.
Un soldado de la expedición de Pánfilo de Narváez arribó a México
enfermo de viruela, enfermedad hasta entonces desconocida en
Mesoamérica. La falta de inmunidad natural a la viruela permitió
que ésta se extendiera rápidamente entre la población indígena con
desastrosas consecuencias para la misma. En pocas semanas miles
de indígenas sucumbieron a la viruela; recordemos que el propio
Cuitláhuac, penúltimo emperador azteca, falleció por causa de esta
enfermedad. Recientes estimaciones epidemiológicas han llevado a
postular que durante los primeros veinticinco años posteriores a la
Conquista más de un tercio de la población indígena sucumbió a la
viruela. Es probable que tal devastación natural haya contribuido en
forma radical al establecimiento del régimen colonial, explicando
también en parte por qué imperios tan poderosos y organizados
como el azteca y el inca fueron borrados del mapa, sin mayor
oposición, en unos cuantos años.
Durante los siglos XVII y XVIII ocurrieron en Europa severas
epidemias de viruela, posiblemente debidas a la aparición de
nuevas cepas del virus. Médicos y sabios que testimoniaron estas
epidemias pudieron darse cuenta de que algún factor esencial era
transmitido de persona a persona y de casa en casa. En la antigua
China, mucho antes de nuestra era, ocurrieron los primeros intentos
para proteger a los individuos contra la viruela. Así, los chinos
desarrollaron la práctica conocida como variolación, la cual consiste
en la inoculación de individuos sanos con fluidos obtenidos de las
vesículas eruptivas de las personas afectadas por casos leves de
viruela. En 1721, Mary Worfley Montagu, esposa del embajador
británico en Turquía, introdujo la variolación en Gran Bretaña. Dicho
procedimiento resultaba muy peligroso, ya que con frecuencia los
individuos inoculados desarrollaban la enfermedad y morían a
consecuencia de ella, en lugar de ser protegidos contra la viruela.
Los problemas causados por las severas epidemias de viruela y la
controversia en relación con la variolación fueron la base de mucha
bibliografía médica producida en el siglo XVIII. Algunos autores se
permitieron especular sobre la naturaleza del agente transmisible
causa del contagio, al cual se denominó virus cada vez con mayor
frecuencia.
En 1730, Thomas Fuller publicó un pequeño libro sobre las fiebres
eruptivas (que incluyen la viruela). Ahí escribió: "La forma principal
y más común de contraer las fiebres contagiosas, como la viruela y
el sarampión, es por medio de infección, o sea, recibiendo a través
del aliento o de los poros de la piel los corpúsculos virosos
peculiares a la crianza de dichas enfermedades."
Por su parte, Angelo Gatti, el gran precursor de Jenner, publicó sus
reflexiones sobre la variolación en 1764. Sus observaciones en
relación con la naturaleza de la infección y con la necesidad de
encontrar un método para atenuar "el virus varioloso", fueron de
carácter profético. Sin embargo, Gatti murió en enero de 1798,
antes de haber podido conocer el modesto panfleto publicado en el
mismo año por el médico británico Edward Jenner, en el cual
comunicaba su descubrimiento de que la inoculación con el virus de
la vacuna (o sea, con los fluidos obtenidos de las lesiones de la
viruela bovina), era capaz de prevenir la infección de la viruela en
seres humanos. El descubrimiento de la vacuna es uno de los
sucesos más importantes no sólo en la historia de la medicina, sino
también en la historia de las sociedades humanas. A pesar de este
descubrimiento, se requirieron casi doscientos años para lograr la
erradicación de la viruela.
A principios del siglo XIX, el término virus se encontraba bien
establecido en la bibliografía médica, aunque era utilizado para
describir una gran variedad de agentes infecciosos. Este uso
persistió durante toda la época del surgimiento de la bacteriología
médica, o sea, los primeros dos tercios del siglo XIX. Claude
Bernard erigió una infraestructura para la medicina experimental,
apoyada en la tradición filosófica de Descartes y Pascal. Por
ejemplo, Bernard citó los resultados obtenidos a través de la simple
observación en el caso de la garrapata y su relación con
enfermedades de la piel. Según Bernard, la misma metodología
aplicada en la observación directa de las garrapatas podía ser
aplicada para explorar la validez de las teorías que presumían la
existencia de ...el virus, una criatura de la razón. Así, Claude
Davaine empezó en 1860 a utilizar una combinación de
experimentación y observación para rastrear aquello a lo cual se
refirió sucesivamente como el virus, el agente tóxico y finalmente,
el bacteridium del ántrax. A falta de filtros artificiales adecuados,
Davaine demostró la diferencia entre sangre infectada y no
infectada por el ántrax, utilizando como filtro la placenta del cerdo.
Sin embargo, en algunos experimentos de Davaine el agente del
ántrax era capaz de atravesar el filtro placentario. Robert Koch
descubrió en 1876 que el bacilo del ántrax a veces forma pequeñas
esporas capaces de atravesar la membrana placentaria.
Mientras tanto, Chauveau empezó a trabajar en la identificación del
agente de la viruela, utilizando métodos de filtración. Pero no pudo
obtener resultados definitivos, por lo cual fue el primero en hacer
una distinción entre enfermedades virulentas, causadas por virus, y
enfermedades contagiosas, en las cuales era transmitido un
microbio o parásito bien conocido. Por lo tanto, el término virus fue
restringido a denotar una misteriosa entidad infecciosa capaz de
ejercer su efecto patogénico solamente por medio de la asociación
en solución de ciertos elementos o partículas de naturaleza
desconocida. Chauveau identificó estos cuerpos elementales
(granulations élémentaires) como el origen de la actividad
patogénica, introduciendo así un término que sobreviviría durante
décadas.
En los años 1865-1866, ocurrió en la Gran Bretaña un desastroso
brote de una enfermedad llamada ictericia hemática bovina o peste
del ganado, la cual exterminó una gran cantidad de animales. El
médico John Gamgee había urgido, sin éxito, a las autoridades para
que impusieran una cuarentena y programas de matanza controlada
para evitar la diseminación de la enfermedad. A raíz de su fracaso,
Gamgee abandonó el país no sin antes publicar un libro con sus
observaciones sobre esta enfermedad; ahí escríbió:
Al igual que la mayoría de las ponzoñas animales, el virus de la
peste del ganado se reproduce con maravillosa rapidez en los
cuerpos de los animales enfermos, de los cuales es también
liberado. Tanto el aliento de la res enferma aspirado por un animal
sano, como lo productos sólidos de la enfermedad, parecen tener la
capacidad de inducir el padecimiento y los antídotos son aplicados
demasiado tarde cuando se intenta alcanzar la ponzoña presente en
el sistema animal. No conozco ningún antídoto capaz de ser usado
internamente en los animales enfermos... Me temo que nunca
lograremos alcanzar el virus una vez que éste se encuentra en el
animal vivo.
Tales palabras desalentadas merecen ser recordadas considerando
los escasos avances logrados hasta la fecha en el tratamiento de las
enfermedades virales.
La etiología u origen del ántrax fue cabalmente entendida gracias al
advenimiento de una herramienta que se volvió invaluable en los
estudios bacteriológicos, misma que dio lugar al surgimiento a fines
del siglo XIX del concepto de virus como entidad filtrable. Al
parecer, placas de cerámica blanca no esmaltada y conectadas a
una bomba de vacío capaz de ejercer succión fueron utilizadas en
trabajos bacteriológicos por primera vez en 1870, por Edwin Klebs.
Seis años después, Louis Pasteur utilizó para el mismo propósito
filtros hechos con la llamada goma de París. Así, Pasteur, en
colaboración con Joubet, aisló el bacilo del ántrax y adoptó la
palabra microbio inventada por Séedillot en 1878, de manera que
Pasteur declaró: todo virus es un microbio, haciendo caso omiso de
la distinción hecha por Chauveau entre enfermedades virulentas y
enfermedades contagiosas. A partir de entonces y a través del
trabajo pionero sobre las vacunas contra el ántrax, el cólera aviario
y la rabia, Pasteur y todos aquellos involucrados en estudios
patológicos utilizaron el termino virus para denotar cualquier agente
infeccioso (ya fuera o no fuera éste de naturaleza bacteriana) capaz
de producir inmunidad después de la convalecencia del organismo
afectado por el propio agente infeccioso.
Pasteur buscó afanosamente y en vano el agente causal de la rabia.
Sin embargo, no existe evidencia de que haya sospechado que
dicho agente era esencialmente diferente de los otros microbios
patógenos que había logrado caracterizar a lo largo de su vida. En
1897, dos discípulos de Robert Koch encabezaron un estudio sobre
el origen de la fiebre aftosa del ganado vacuno. Dichos
investigadores demostraron que el agente causal de esta
enfermedad era de naturaleza filtrable, o sea, capaz de atravesar
los filtros bacteriológicos más finos disponibles en aquel entonces.
Loeffler y Frosch observaron que este agente filtrable podía ser
pasado de un animal a otro a pesar de que cada pasaje implicaba
una gran dilución en la concentración del propio agente filtrable. Por
lo tanto, Loeffler y Frosch llegaron a la conclusión de que el agente
infeccioso podía reproducirse en los animales infectados,
descartándose de esta manera la posibilidad de que se tratara de
una toxina, y concluyeron que se trataba de un microbio muy
pequeño. No es de sorprender que los bacteriólogos médicos se
negaran a buscar una explicación que estaba por fuera del concepto
de microbio patógeno. Por otra parte, es notable que un
microbiólogo botánico fuera capaz de sugerir, unos cuantos meses
después de haberse publicado los resultados de Loeffler y Frosch,
una explicación que finalmente resultó correcta en relación con
estudios y observaciones similares realizados respecto al agente
causal de una enfermedad vegetal conocida como mosaico del
tabaco.
b) EL VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO
A finales del siglo XIX, los éxitos de la microbiología médica habían
establecido sólidamente la teoría de que las enfermedades
infecciosas son causadas por gérmenes microscópicos que podían
ser cultivados en medios nutritivos especiales y aislados por medio
de filtros muy finos capaces de retener dichos microorganismos. Sin
embargo, en 1892 el ruso Dimitri Ivanovski demostró que el agente
causal de la enfermedad vegetal conocida como mosaico del tabaco
era capaz de pasar a través de los filtros a prueba de bacterias y no
podía ser observado bajo el microscopio ni cultivado en medios
artificiales. Estos resultados hicieron a Ivanovsky especular que el
mosaico del tabaco era causado por un germen productor de
toxinas las cuales podían atravesar el filtro bacteriológico. En 1898,
el holandés Martinus Beijerinck realizó experimentos más rigurosos,
los cuales demostraron que el agente del mosaico del tabaco
pasaba a través de filtros de porcelana y era capaz de multiplicarse
en los tejidos de las plantas infectadas, hecho que descartaba la
posibilidad de que se tratara de una toxina. Beijerinck denominó
Contagium vivum fluidum al agente del mosaico del tabaco. En
aquel entonces, el concepto de macromolécula no existía todavía, y
las substancias eran divididas básicamente en dos grupos; las
substancias corpusculares o particuladas, suspendidas en los fluidos
circundantes, como las bacterias y los glóbulos rojos, y las
substancias disueltas o solubles, moléculas de bajo peso molecular.
Para Beijerinck era de la mayor importancia establecer si el virus
era disuelto o corpuscular. Apoyándose en la observación de que el
virus era capaz de atravesar filtros a prueba de bacterias, Beijerinck
concluyó que debía tratarse de una substancia disuelta o soluble y,
por lo tanto, de naturaleza molecular, quizá soluble en agua y capaz
de replicarse, pero solamente cuando se encontraba incorporada al
protoplasma de la célula viva infectada. Las conclusiones de
Beijerinck resultaron sorprendentemente cercanas al moderno
concepto de virus; sin embargo, también resultaron ser demasiado
avanzadas para su tiempo y encontraron poca aceptación entre los
patólogos de principios del siglo. A pesar de esto, en los primeros
años del siglo XX diversos investigadores descubrieron otros agentes
infecciosos filtrables, capaces de producir enfermedades en
animales, y gradualmente el término virus, en principio usado por
los médicos de la antigua Roma para designar cualquier veneno de
origen animal, pasó a denominar estos recién descubiertos agentes
infecciosos filtrables. En 1908, dos patólogos daneses informaron
haber transmitido la leucemia (un tumor caracterizado por una
desmedida proliferación de los glóbulos blancos de la sangre) a
pollos, por medio de un filtrado libre de células. Peyton Rous
descubrió en 1911 que algunos tumores sólidos, conocidos como
sarcomas de los pollos, podían ser transmitidos a pollos sanos por
medio de un filtrado obtenido a partir de células tumorales. Sin
embargo, estos primeros indicios de la asociación entre los virus y
el cáncer permanecieron ignorados por muchos años.
c) EL BACTERIÓFAGO
En 1915, el inglés F. Twort publicó un artículo en la revista médica
The Lancet, en el cual describió un curioso fenómeno observado en
ciertos cultivos de micrococos bacterianos que después de
incubaciones prolongadas desarrollaban regiones transparentes, las
cuales examinadas al microscopio mostraban la ausencia de células
bacterianas y la presencia de minúsculos gránulos cristalinos. El
material cristalino podía ser pasado por filtros de porcelana y una
gota de ese filtrado era suficiente para destruir (lisar) un nuevo
cultivo de micrococos. Twort sugirió que el fenómeno podía ser
explicado por la existencia de un virus bacteriano o por la
producción de una enzima bacteriana capaz de degradar a las
propias bacterias.
En 1917, Félix d'Herelle observó un fenómeno similar en cultivos del
bacilo de la disentería y demostró que era posible usar cultivos de
este bacilo utilizando filtrados obtenidos a partir de heces fecales.
Félix d'Herelle optó inmediatamente por la explicación de que era
un virus la causa de este fenómeno y, debido a que el supuesto
virus era incapaz de multiplicarse, excepto a expensas de bacterias
vivas, D'Herelle decidió llamarlo bacteriófago (devorador de
bacterias).
Durante los años veinte la definición del virus se basaba en
conceptos puramente negativos: no podían ser vistos al
microscopio, no podían ser cultivados en medios artificiales, y
además no eran retenidos por los filtros a prueba de bacterias. Sin
embargo, las observaciones de D'Herelle permitieron la preparación
de grandes cantidades de bacteriófagos (fagos será el término
utilizado en adelante), a partir de la lisis de bacterias cultivadas en
medios líquidos. Estos lisados podían ser utilizados para infectar
otros cultivos. El propio D'Herelle observó que cultivos de bacterias
en medio sólido infectados con lisados que contenían fagos,
mostraban "claros" o placas en la, por otra parte, uniforme capa de
bacterias; el número de estas placas era inversamente proporcional
a la dilución del lisado con fagos añadido a dicho cultivo. Por lo
tanto, el título de una suspensión de fagos podía ser estimado en
términos de unidades formadoras de placas (u.f.p.). De acuerdo con
esto, si cada partícula viral presente en la preparación infectante da
origen a una placa, entonces la eficiencia de plaqueo (e.p) es igual
a la unidad. Muchos años después, este método sería modificado y
aplicado al ensayo de los virus de plantas y animales. De hecho,
uno de los avances más importantes en el estudio de los virus
animales consistió en el ensayo en placa diseñado por Renato
Dulbecco en 1952. En este caso, una suspensión de células
animales es colocada en una caja de Petri; las células se adhieren y
crecen a lo largo y ancho de la superficie de vidrio u otro material
sólido, hasta que forman una monocapa de células Entonces se
elimina el medio de cultivo y se añade una suspensión viral diluida.
Después de una breve incubación que permite que las partículas
virales se adhieran (adsorban) a las células, se elimina el exceso de
inóculo viral y se añade una capa de agar nutritivo que cubre las
células. Después de una incubación que puede durar varios días, las
células son teñidas por medio de un colorante vital que solamente
penetra en las células vivas, de manera que las muertas por causa
de la infección viral permanecen incoloras y se manifiestan como
placas desteñidas en la monocapa de células teñidas.
Retomando a D'Herelle y los fagos, este investigador creía que la
partícula infectante (fago) se multiplicaba dentro de la bacteria y
que su progenie era liberada después de la lisis de la bacteria
hospedera. En 1939, Ellis y Delbrück realizaron experimento
conocido como "curva de crecimiento en un solo paso", el cual
constituyó una sólida prueba en apoyo de la hipótesis de D'Herelle
(figura I.1.). Sin embargo, persistía una controversia en cuanto a si
el crecimiento intracelular del fago introducía la lisis de la bacteria o
en realidad dicha lisis bacteriana era un fenómeno secundario sin
relación directa con el crecimiento del fago. Experimentos
realizados por Delbrück resolvieron esta controversia y demostraron
que en la lisis de las bacterias infectadas participan factores tanto
dependientes como independientes de la infección viral. Cuando la
infección ocurre a baja multiplicidad, o sea, cuando la relación
fago/bacteria no es mayor de 2, el fago penetra la bacteria, se
multiplica e induce la lisis de la célula bacteriana. Sin embargo,
cuando la infección ocurre en altas multiplicidades, o sea, cuando
hay un exceso de partículas infectantes, la lisis bacteriana se debe
principalmente a un debilitamiento de la pared celular causado por
el exceso de fagos adsorbidos a dicha pared.
FIGURA I.1. Diagrama de la curva de multiplicación en un solo
paso (o escalón) del bacteriófago T2.
La primera purificación de un virus fue lograda por Max Schlesinger
en 1933 utilizando una técnica conocida como centrifugación
diferencial, la cual se basa en el hecho de que en un tubo de ensayo
sometido a la acción de una fuerza centrífuga las partículas más
pesadas sedimentan a menor velocidad que las partículas ligeras.
De esta manera es posible separar los fagos de los restos de las
células bacterianas. El análisis químico de los fagos purificados
demostró que están compuestos por proteínas y ácidos nucleicos en
proporciones casi iguales.
d) LA NATURALEZA QUÍMICA Y MOLECULAR DE LOS VIRUS
En 1935 el químico Wendell Stanley pudo aislar el virus causante
del mosaico del tabaco y purificarlo en forma cristalina. Este hecho
representó la cristalización de un material biológico supuestamente
vivo y, por lo tanto, tuvo un enorme impacto desde el punto de
vista filosófico, pues llevó al cuestionamiento de los conceptos
establecidos respecto a la naturaleza y propiedades de los seres
vivos. En 1937 Bawden y Pirie lograron la total purificación del virus
del mosaico del tabaco y demostraron que estaba compuesto por
proteína y ácido ribonucleico (ARN). Esto ocurrió en una época en
que todavía no se conocía la naturaleza del material genético. Ya en
1928 Fred Griffith había descubierto que cepas no patogénicas de
neumococos bacterianos, conocidas como cepas R, podían ser
transformadas a la variedad patogénica S cuando eran incubadas en
presencia de un extracto libre de células obtenido a partir de
neumococos S que habían sido "muertos" (o sea, inactivados) por
tratamiento térmico. En 1944, Avery, Mac Leod y Mc Carty
informaron que el ácido desoxirribonucleico (ADN) obtenido a partir
de neumococos S, era el único factor capaz de transformar a los
neumococos R y volverlos patogénicos.
Sin embargo, la ortodoxia científica señalaba a las proteínas como
posibles constituyentes del material genético. En aquel entonces era
una opinión generalizada que los ácidos nucleicos carecían de la
versatilidad estructural necesaria para satisfacer el complicado
papel atribuido a los hipotéticos genes. Fue en 1952 cuando
Hershey y Chase demostraron sin lugar a dudas que la información
genética reside en los ácidos nucleicos. Para esto utilizaron al
bacteriófago T2, que usualmente infecta a la bacteria Escherichia
coli. En primer lugar, Hershey y Chase crecieron el fago en cultivos
de E. coli, en los cuales el medio de cultivo había sido suplementado
con azufre o fósforo radiactivos (35S y 32P). El fósforo radiactivo
sirvió para marcar exclusivamente el ADN presente en los fagos
recién sintetizados por las bacterias infectadas, mientras que el
azufre permitió marcar la proteína asociada con las nuevas
partículas virales. Posteriormente, estos fagos radiactivos fueron
utilizados para infectar otros cultivos de E. coli, permitiendo que los
fagos se adsorbieran a las bacterias. Después de una corta
incubación, estas suspensiones de fagos y bacterias fueron
sometidas a intensa agitación para interrumpir la asociación entre
fagos y bacterias. La suspensión resultante fue centrifugada de
manera que las bacterias sedimentaron en el fondo de los tubos de
ensayo y las partículas virales permanecieron en el líquido
sobrenadante. Ambas fracciones (sedimento y sobrenadante)
fueron analizadas en su contenido de radiactividad. El resultado
indicó que la mayor parte del 32P había penetrado en las bacterias,
mientras que casi todo el 35S había permanecido en el
sobrenadante. Por otra parte, a pesar de este tratamiento, las
bacterias fueron capaces de producir nuevas partículas virales, las
cuales contenían un alto porcentaje de 32P y casi nada de 35S. Estos
resultados indicaron que solamente el ADN viral penetra en las
bacterias y que este ácido nucleico es suficiente para causar una
infección productiva en dichas bacterias.
La proteína de la cubierta viral no es necesaria para producir la
infección debido a que no contiene la información genética. Sin
embargo, esta proteína es necesaria para proteger el ácido nucleico
y para permitir la adsorción del virus a las células. El experimento
mencionado sirvió para demostrar que el ácido nucleido constituye
el material genético. (figura I.2.)
Figura I.2. El experimento de Hershey y Chase.
En 1956, Gierer y Schramm purificaron el ácido nucleico del virus
del mosaico del tabaco (VMT), y demostraron que ARN viral
purificado podía ser infeccioso si se tomaban las precauciones
necesarias para protegerlo de ser inactivado por la acción de
enzimas capaces de degradar ácido ribonucleico. Experimentos
previos habían demostrado que las partículas de VMT podían ser
disociadas en proteína y ARN, ambos componentes podían ser
reasociados en el tubo de ensayo para formar partículas virales
infectivas por completo y morfológícamente maduras. Basándose en
esta observación, Frankel Conrat y Singer procedieron a disociar
dos cepas diferentes de VMT. El ARN obtenido de una cepa fue
reasociado con la proteína obtenida de la otra cepa y viceversa,
originando partículas híbridas, las cuales fueron usadas para
infectar plantas de tabaco. En todos los casos, las plantas
infectadas dieron origen a progenies virales que correspondían al
tipo del ARN presente en el híbrido infectante (figura 1.3).
Al igual que todos los organismos, los virus pueden generar
mutantes en el transcurso de su ciclo de crecimiento; estas
mutaciones pueden afectar el tipo de placa formada por la infección
viral en los cultivos infectados, el rango de hospederos susceptibles
de ser infectados por el virus e incluso las propiedades
fisicoquímicas del virus. Un problema asociado con las mutaciones
consiste en que varias de éstas pueden ser de tipo letal, o sea,
bloquean totalmente la capacidad de replicación del virus y por lo
tanto no pueden ser detectadas. Sin embargo, en 1963 Epstein y
Edgar descubrieron un tipo muy particular de mutantes virales que
ahora son conocidos como "mutantes letales condicionales". Una
clase de estos mutantes está constituida por los mutantes sensibles
a la temperatura. Estos virus mutantes son capaces de crecer a una
cierta temperatura, la temperatura permisiva, pero no pueden
hacerlo a una más alta, la temperatura restrictiva misma
temperatura que no afecta el crecimiento de virus normales. Otra
clase de mutantes condicionales está constituida por los mutantes
ámbar, los cuales no pueden crecer en ciertas cepas celulares
llamadas no permisivas, mientras que sí pueden hacerlo en cepas
celulares permisivas. También se han descrito otros tipos de
mutantes condicionales sensibles al frío, los cuales se comportan a
la inversa de los mutantes termosensibles anteriormente descritos.
Figura I.3. El experimento de Frankel-Conrat y Singer que
demostró que el ARN es el material genético del virus del mosaico
del tabaco (VMT).
Los virus constituyen partículas extremadamente pequeñas cuyo
tamaño varía más o menos entre 20 y 300 nanómetros (nm).*
Por lo tanto, los virus sólo pueden ser observados bajo el
microscopio electrónico. En muchos casos los virus infectan a la
célula hospedera por medio de interacción directa entre la célula y
la partícula viral, pero en otros casos los virus son transmitidos por
medio de un agente animal o vegetal que actúa como vector
intermediario entre el virus y su hospedero final. Las células que
hospedan al virus contienen ambos tipos de ácido nucleico (ADN y
ARN), mientras que los virus contienen solamente un tipo de ácido
nucleico, el cual será ADN o ARN según el tipo de virus en particular.
El virus se reproduce totalmente a partir de su material genético
constituido por el ácido nucleico, mientras que la célula hospedera
se reproduce a partir de la suma integral de sus componentes. El
virus nunca se origina directamente a partir de un virus
preexistente, mientras que toda nueva célula se origina de manera
directa de una célula madre. Los componentes de un virus son
sintetizados en forma independiente y son ensamblados
posteriormente para formar una partícula viral madura. En cambio,
el crecimiento de las células consiste en un aumento de todos sus
componentes sin que la célula pierda en ningún momento su
integridad. Los virus dependen de la maquinaria metabólica y
sintética presente en la célula hospedera para poder sintetizar el
ácido nucleico y las proteínas virales.
Figura I.4. Diagrama que muestra el tamaño relativo y las formas
de diferentes tipos de virus. (a) Poxvirus (vacuna). (b) Poxvirus
(dermatitis
pustular).
(c)
Rabdovirus.
(d)
Virus
de
la
parainfluenza (parotiditis). (e) Bacteriófago. (g) Herpesvirus. (h)
Adenovirus. (i) Virus de la influenza. (j) Virus de la papa. (k)
Virus del mosaico del tabaco. (l) Polioma/papiloma virus. (m)
Virus del mosaico de la alfalfa. (n) Virus de la polio. (o) Fago
ØX174.
Figura I.5. Diagrama que ilustra la terminología utilizada para
describir los virus con simetría helicoidal (izquierda) y con
simetría icosaédrica (derecha).
Existe una terminología bien establecida para describir los
diferentes componentes y estructuras de los virus. Una partícula
viral completa e infectiva es denominada virión. En el caso de los
virus con morfología icosaédrica, la cubierta de proteína es conocida
como la cápside que a su vez está compuesta de unidades
morfológicas o capsómeras. La cápside rodea un centro compuesto
de ácido nucleico y proteínas. La cápside y el centro forman en
conjunto la nucleocápside. Ejemplos de virus icosaédricos son el
virus de la poliomielitis y el bacteriófago ØXI74. Otros virus tienen
aspecto de bastones o cilindros. En tales viriones el ácido nucleico
está rodeado por una cápside cilíndrica cuya estructura helicoidal
puede ser resuelta bajo el microscopio electrónico. Ejemplos de
viriones helicoidales son el virus del mosaico del tabaco y el
bacteriófago M13. En viriones de morfología más compleja, la
nucleocápside está rodeada por una laxa envoltura membranosa.
Dichos viriones tienen forma relativamente esférica, pero son muy
pleomórficos (multiformes) debido a que la envoltura no es rígida.
Ejemplo de virus icosaédricos con envoltura son los herpesvirus. En
el caso de los virus helicoidales con envoltura como el virus de la
influenza, la nucleocápside está enrollada dentro de la envoltura. En
viriones cuya estructura es todavía mas compleja, como en el caso
del virus de la viruela, no es posible identificar una sola cápside, ya
que este tipo de virus tiene varias cubiertas alrededor del ácido
nucleico. Las envolturas virales tienen características similares a las
de las membranas celulares debido a que tales envolturas se
derivan de la membrana de la célula hospedera durante los estadios
finales de la infección viral. Por lo tanto, las envolturas virales son
ricas en lípidos (grasas) y proteínas, algunas de las cuales forman
complejos con diferentes tipos de carbohidratos (azúcares),
constituyendo las llamadas glicoproteínas. Los carbohidratos
asociados a las proteínas tienden a protuir de la envoltura viral y a
veces es posible reconocerlos bajo el microscopio electrónico en
forma de espigas presentes en la superficie externa del virión. Las
figuras 1.4 y 1.5 dan una idea general de las diversas morfologías y
componentes estructurales de los virus.
FIGURA I.6. Estructura de las bases púricas y pirimídicas.
Figura I.7. Estructura de algunos ribonucleótidos.
I I .
L A
E S T R U C T U R A
D E
L O S
V I R U S
a) ÁCIDOS NUCLEICOS
EL ÁCIDO nucleico de un virus contiene la información específica y el
potencial operacional para modificar la maquinaria de la célula
infectada y para dirigirla hacia la producción específica de los
componentes de las nuevas partículas virales.
Los ácidos nucleicos son macromoléculas constituidas por cadenas
de nucleótidos, los cuales a su vez están constituidos por una base
nitrogenada asociada a un azúcar del grupo de las pentosas y a uno
o más grupos de fosfatos. La base nitrogenada puede derivarse de
la purina o de la pirimidina. Las dos bases púricas más importantes
son la adenina y la guanina. Las tres bases pirimídicas más
importantes son la citosina, el uracilo y la timina (figura 1.6). En un
ribonucleótido el azúcar presente es la ribosa, mientras que en un
desoxirribonucleótido el azúcar presente es la desoxirribosa. Los
nucleósidos son análogos a los nucleótidos, pero carecen de grupos
fosfato (figura I.7)
Figura II.1a. Segmentos de una cadena de desoxirribonucleótidos
o ADN (a la izquierda) y de una cadena de ribonucleótidos o ARN (a
la derecha). Las notaciones condensadas son ilustradas junto a
cada polinucleótido.
Figura II.1b. Formas de representación esquemática del ADN. (a)
Esquema
que
muestra
la
polaridad
de
las
cadenas
de
desoxirribonucleótidos y el apareamiento de bases. (b) Esquema
que muestra la estructura en doble hélice y los parámetros
helicoidales
de
la
molécula.
Los ácidos nucleicos pueden existir en forma de cadena sencilla o de
cadena doble. Las bases nitrogenadas presentes en una cadena
pueden aparearse con las bases de la cadena opuesta por medio de
un tipo de enlace químico conocido como puente de hidrógeno. Las
características químicas y estructurales de las bases nitrogenadas
hacen que el apareamiento ocurra entre la guanina y la citosina, y
entre la adenina y la timina o el uracilo. Generalmente, el ácido
ribonucleico (ARN) es de cadena sencilla, aunque también puede
existir en forma de cadena doble. Las bases normalmente presentes
en el ARN son la adenina, la citosina, la guanina y el uracilo. El
ácido desoxirribonucleico por lo general existe en forma de cadena
doble formando la famosa estructura en doble hélice. Normalmente
el ADN contiene las bases adenina, guanina, citosina y timina
(figuras II. (a) y (b)).
Los ácidos nucleicos de cadena doble, como el ADN, pueden ser
desnaturalizados, o sea, sus cadenas pueden ser separadas por
medio de un tratamiento con álcali o por medio de elevar la
temperatura, pues los puentes de hidrógeno son rotos por calor y el
pH elevado (alcalino). Si una molécula de ADN es sometida a
desnaturalización térmica, las cadenas complementarias tienden a
separarse conforme se eleva la temperatura. Sin embargo, estas
cadenas tenderán a aparearse de nuevo tan pronto la temperatura
desciende a 25°C o menos. Cuando se añade a esta mezcla de
reacción una molécula de ARN, cuya secuencia es complementaria a
cualquiera de las cadenas del ADN desnaturalizado, es posible
obtener híbridos ADN-ARN.
Cuando las macromoléculas del tipo del ARN y el ADN son sometidas
a centrifugación en presencia de una solución concentrada de sales
pesadas como el cloruro de cesio (CsCl), las fuerzas opuestas de
sedimentación y difusión producen un gradiente de concentración
de la sal, generando un aumento continuo de la densidad en
dirección de la fuerza centrífuga. Las macromoléculas presentes en
semejante gradiente son impulsadas por la fuerza centrífuga hasta
la región donde la densidad de la solución salina es igual a la
densidad
de
flotación
característica
de
cada
tipo
de
macromolécula.Cuando existen varias especies de macromoléculas
dentro del gradiente, cada especie formará una estrecha banda en
la posición donde la densidad del CsCl es igual a la densidad de
flotación de la especie molecular en cuestión. Las cinco posibles
clases de ácido nucleico: ADN de cadena doble, ADN de cadena
sencilla, ARN de cadena sencilla, ARN de cadena doble, híbridos ADNARN, pueden ser separadas por medio de centrifugación en
gradientes de CsCI. Por otra parte, es posible introducir marcadores
de densidad en los ácidos nucleicos, haciendo crecer la fuente del
ácido nucleico (virus, bacteria, célula, etc.) en un medio que
contenga isótopos pesados de algún elemento que puede ser
incorporado en la estructura de los ácidos nucleicos (15N, 18O, 2H), o
análogos de las bases nitrogenadas como el 5.bromouracilo, cuyo
peso molecular es mayor que el de la timina normalmente presente
en el ADN. De esta manera, el nuevo ácido nucleico tiene una
densidad de flotación mayor que la del ácido nucleico normal
equivalente, y esta característica puede ser de gran utilidad cuando
se desea establecer el destino final de una macromécula en
particular.
Existen cuatro posibles tipos de ácido nucleico viral: ADN de cadena
sencilla, ADN de cadena doble, ARN de cadena sencilla y ARN de
cadena doble. Virus que contienen cualquiera de estos tipos de
ácido nucleico pueden ser encontrados tanto entre los fagos como
entre los virus que infectan a plantas o animales. El ADN de algunos
bacteriófagos se caracteriza por contener bases raras que
substituyen alguna o algunas de las bases normalmente presentes
en el ADN. Por ejemplo, el fago PBSl tiene uracilo (normalmente
presente en el ARN) en lugar de timina mientras que los fagos T2, T4
y T6 tienen en su ADN hidroximetilcitosina en lugar de citosina. La
presencia de estas bases raras permite distinguir con relativa
facilidad entre el ácido nucleico viral y aquel correspondiente a la
célula hospedera.
Figura II.2. Formación de dímeros y círculos de ADN del fago
después de una incubación bajo condiciones que favorecen la
circulación del ADN. En la figura se muestran las secuencias de
bases que constituyen los extremos o términos pegajosos.
El ADN de cadena doble presente en algunos virus (como el fago λ),
λ
se caractenza por tener segmentos de cadena sencilla en ambos
extremos de la molécula. Debido a que son complementarias las
secuencias de nucleótidos presentes en ambos extremos, resulta
posible que entren en contacto para formar puentes de hidrógeno
dando origen a moléculas circulares de ADN o a dímeros formados
por dos moléculas longitudinales de ADN unidas por sus extremos
(figura II.2.). Estos extremos de cadena sencilla presentes en una
molécula de ácido nucleico que por lo demás es de cadena doble,
son denominados como extremos pegajosos o cohesivos.
Cuando es desnaturalizado el ADN de algunos virus, como los
adenovirus, se observa que cada una de las cadenas de ADN es
capaz de formar un círculo por separado. Esto implica que son
complementarias las secuencias de nucleótidos presentes en ambos
extremos de cada cadena y por lo tanto deben tener la misma
secuencia, pero repetida en sentido inverso (figura 11.3.). A este
tipo de secuencias se les conoce como repeticiones invertidas.
Algunos virus contienen ácido nucleico que está circularizado en
forma natural. Este tipo de ácido nucleico es insensible a la acción
degradante de enzimas como la exonucleasa III, que tienen la
capacidad de digerir moléculas de ácido nucleico que poseen un
extremo libre, lo cual no ocurre en las moléculas circulares.
El ADN naturalmente circular puede ser de cadena sencilla como en
el fago ØXI74, o de cadena doble, como en el virus SV4O. Existe
evidencia de que algunos virus ARN que producen infecciones en
vegetales como el limonero y la papa contienen moléculas circulares
de ARN.
La secuencia de los nucleótidos presentes en las cadenas o bandas
de los ácidos nucleicos constituye la base del código genético. Cada
codón (o letra del código) es definido por una tripleta de nucleótidos
que, a través del proceso conocido como traducción es interpretada
como una letra que corresponde a uno de los veinte aminoácidos
diferentes que constituyen las proteínas. En términos generales, la
secuencia de codones que constituyen un gene codifican la
secuencia de aminoácidos que constituyen una proteína en
particular.
FIGURA II.3. Las secuencias de nucleótidos que corresponden a
repeticiones invertidas permiten que se formen regiones de
cadena doble debidas a reasociación intramolecular. Cuando las
repeticiones se encuentran muy próximas entre sí, se forma una
horquilla doble con extremo de cadena sencilla. La última
columna
en
el
diagrama
muestra
la
apariencia
de
estas
estructuras producidas por la reasocación de las repeticiones
invertidas, cuando son observadas al microscopio electrónico: las
regiones de cadena doble se distinguen por su mayor grosor
En los últimos diez años se han desarrollado una variedad de
técnicas y métodos que permiten determinar la secuencia de
nucleótidos en cualquier tipo de ácido nucleico. La primera
secuencia completa de un ARN viral fue determinada en el fago MS2
por el grupo de Walter Fiers en 1976. En 1977, Fred Sanger y
colaboradores publicaron la secuencia completa del genoma del
fagoØXl74, constituido por ADN de cadena sencilla. Posteriormente,
muchos otros genomas virales de mayor tamaño y complejidad han
sido secuenciados en parte o en su totalidad. Una vez que se
conoce la secuencia del genoma viral es posible establecer la forma
como están organizados los genes presentes en el ácido nucleico.
Los avances de la biología molecular han permitido determinar la
naturaleza de las secuencias de nucleótidos que actúan como signos
de puntuación en la lectura de la información genética.
Normalmente en los genomas de bacterias, plantas y animales cada
gene abarca uno o varios segmentos del ácido nucleico, estos
segmentos están separados de los segmentos correspondientes a
los genes adyacentes. En el caso de los virus, los genomas virales
resultan ser muy pequeños cuando se les compara con los genomas
de las bacterias más simples; esto implica que los virus tienen una
capacidad muy limitada para contener información genética. Sin
embargo, algunos virus han desarrollado estrategias para obtener
una máxima capacidad de almacenamiento de la información
genética. Una de estas estrategias consiste en la traslapación de
genes, de manera que un segmento del ácido nucleico puede
contener la secuencia de nucleótidos correspondiente a la totalidad
del gene A y a la vez contener la secuencia inicial correspondiente
al gene B, mismo que se continúa en otra región del ácido nucleico
posterior al término del gene A. La otra estrategia consiste en la
superposición de genes, de manera que el segmento del ácido
nucleico que corresponde al gene C incluye también al gene D que
codifica una proteína más pequeña que la codificada por el gene C.
Esta multiplicidad de marcos de lectura característica de algunos
genomas virales implica la necesidad de una compleja regulación y
coordinación de la expresión genética en esos virus (figura II.4.).
Figura II.4. Mapa genético del ADN del virus SV40 que contiene 5
243 pares de bases. La región temprana (transcrita en el sentido
opuesto de las manecillas del reloj) es ilustrada en gris, y la
región tardía (transcrita en el sentido de las manecillas del reloj)
es ilustrada en negro. El origen de replicación es marcado Ori.
b) LA FUNCIÓN PROTECTORA Y MORFOLÓGICA DE LAS PROTEÍNAS
VIRALES
El análisis de partículas virales purificadas muestra que con tienen
entre 50 y 90% de proteína. Si consideramos que los ácidos
nucleicos en solución son susceptibles de ser fácilmente
fragmentados o degradados, podemos asumir que el componente
proteico de los virus tiene fundamentalmente un papel protector.
Una tripleta de nucleótidos (codón) tiene un peso molecular
promedio de alrededor de 1000 daltones y sólo codifica un
aminoácido cuyo peso molecular promedio es de aproximadamente
100 daltones. Por lo tanto, un ácido nucleico puede especificar
cuando mucho una décima parte de su peso molecular en proteína.
Con mucha frecuencia los virus contienen más de un 50% de su
peso en forma de proteína; esto sugiere que deben estar presentes
varias copias de una misma proteína de bajo peso molecular, ya
que se requiere de menos material genético para especificar un solo
tipo de molécula de proteína la cual puede ser usada como
subunidad para construir la cubierta del virus. Sin embargo, no es
esencial que la cubierta del virus esté formada por subunidades
idénticas, siempre y cuando los pesos moleculares combinados de
los diferentes tipos de subunidades sean suficientemente pequeños
en relación con el peso molecular de la molécula del ácido nucleico
viral. La construcción de las partículas virales a partir de
subunidades estructurales incrementa la estabilidad genética del
propio virus, ya que al reducirse el tamaño de las subunidades
estructurales se reduce la posibilidad de que ocurran mutaciones
nocivas en el gene que codifica dicha subunidad.
El fenómeno de autoensamble es particularmente relevante para los
virus y otros sistemas biológicos debido a sus atributos de
economía y eficiencia. Por ejemplo, en la industria de la
construcción ha sido posible abatir los costos e incrementar la
eficiencia utilizando unidades prefabricadas que a su vez son
ensambladas en forma rápida y barata en el sitio de construcción.
Esto involucra dos procesos: la fabricación de unidades básicas y el
ensamble de las mismas para formar edificaciones complejas. En el
caso de los sistemas biológicos, la fabricación de unidades es
análoga a la síntesis de moléculas de proteína a partir de
aminoácidos. Esta síntesis depende de las instrucciones contenidas
en la secuencia de nucleótidos presentes en los ácidos nucleicos. El
proceso de ensamble es independiente de instrucciones externas ya
que la información necesaria para construir los complejos
moleculares está incluida dentro de los propios componentes
individuales. El mecanismo de autoensamble tiene la ventaja de que
puede ser controlado en cada nivel de organización. Por ejemplo,
las subunidades defectuosas son eliminadas automáticamente
durante el proceso de ensamble, de manera que estructuras
complejas son construidas con exactitud y eficiencia. En el caso
particular de los virus, las moléculas de proteína que constituyen las
subunidades de la cápside interaccionan con la cadena o cadenas
del ácido nucleico viral para formar una partícula viral. El proceso
depende de la formación de enlaces entre las subunidades y al igual
que en el proceso de cristalización, la regularidad de la estructura
final es consecuencia de factores termodinámicos que obligan a
formar un máximo número de uniones no covalentes entre las
subunidades. Sin embargo, en un cristal todas las moléculas se
encuentran en ambientes similares, mientras que tal situación rara
vez ocurre en el caso de estructuras hechas a partir de subunidades
de proteína. Una proteína es una macromolécula compuesta por
una variedad de moléculas individuales denominadas aminoácidos.
Los aminoácidos se encuentran unidos por enlaces químicos
conocidos como uniones o enlaces peptídicos; por lo tanto, toda
proteína puede ser considerada como una cadena polipeptídica, la
cual tendrá una conformación espacial o estructura terciaria que
depende directamente de la composición de los aminoácidos
presentes en dicha proteína. Debido a su composición química; los
aminoácidos se dividen en neutros, hidrofóbicos e hidrofílicos. Así,
cuando una proteína se encuentra rodeada completamente por un
medio acuoso, los grupos hidrofóbicos tienden a juntarse en el
interior de la molécula de proteína, mientras que los grupos
hidrofílicos tienden a permanecer en la superficie de la molécula,
haciendo contacto con el medio. Estas interacciones determinan la
conformación espacial de la proteína.
En el caso del virus del mosaico del tabaco (VMT), una proteína
compuesta por 158 aminoácidos constituye la subunidad básica a
partir de la cual se construye la cápside del virus. En dicha proteína
cuando menos la mitad de los aminoácidos presentes en el interior
de la macromolécula son de tipo hidrofóbico, mientras que en la
superficie de la misma hay tan sólo cuatro grupos hidrofóbicos en
un segmento constituido por 24 residuos de aminoácidos. Por lo
tanto, se puede decir que los mismos principios fisicoquímicos que
rigen el desarrollo de la estructura terciaria y cuaternaria de las
proteínas son causa de la organización de las cápsides virales. Las
múltiples uniones formadas durante la agregación de las
subunidades de proteína contribuyen al enmascaramiento de sitios
potencialmente susceptibles a la acción de enzimas capaces de
degradar proteínas; de esta manera las proteínas de la cápside viral
adquieren también mayor resistencia al calor y otros agentes
físicos.
Es bien sabido que las suspensiones de partículas virales pueden
ser mantenidas por largos periodos en el laboratorio esto implica
que dichas partículas constituyen estructuras estables. Una
condición necesaria para lograr la estabilidad de cualquier
estructura consiste en que la estructura se encuentre en su estado
de mínima energía libre; esto se logra estableciendo un máximo
número de uniones entre las subunidades que constituyen dicha
estructura. Debido a que las subunidades de la cubierta viral son
relativamente asimétricas, se requiere que estén dispuestas o
ensambladas en forma simétrica para que pueda formarse el mayor
número de uniones entre dichas subunidades. Existe un número
limitado de formas que permiten el ensamble simétrico de
subunidades asimétricas.
c) VIRUS FILAMENTOSOS
Una posible forma de generar una estructura simétrica
tridimensional a partir de componentes asimétricos como las
proteínas consiste en distribuir las proteínas alrededor de una
circunferencia de manera que formen un disco. Apilando un gran
número de discos se obtiene una estructura tridimensional con una
cavidad interna apropiada para albergar la molécula del ácido
nucleico (figura II.5.). Un ejemplo de virus filamentosos está dado
por el virus del mosaico del tabaco. El examen detallado del VMT
muestra que las subunidades de proteína no están dispuestas en
forma de anillos sino en forma helicoidal. Esto resulta lógico
considerando que el ARN del VMT tiene una forma helicoidal y, por
lo tanto, al disponer las subunidades de proteína en forma helicoidal
es posible formar el mayor número de uniones entre las
subunidades de proteína y el ácido nucleico. Todos los virus
filamentosos estudiados hasta la fecha muestran una estructura
helicoidal indicando que el ácido nucleico es el factor esencial que
rige este tipo de arreglo estructural.
Figura II.5.(a) Disposición de componentes asimétricos idénticos
alrededor de una circunferencia para lograr una estructura
simétrica. (b) Segmentos de una partícula de virus de mosaico
del tabaco que muestra las subunidades de proteína formando
una estructura helicoidal. El ARN se localiza en un surco helicoidal
formado
por
las
subunidades
de
proteína.
d) VIRUS ESFÉRICOS
También se puede obtener una partícula simétrica disponiendo las
subunidades de proteína alrededor de los vértices o caras de un
cuerpo con simetría cúbica como el icosaedro, constituido a partir
de 20 triángulos equiláteros. Multiplicando el número de
subunidades presentes en cada cara por el número de caras,
obtenemos el número mínimo de subunidades que pueden ser
acomodadas alrededor de tal cuerpo geométrico. En el caso del
icosaedro, el número es de 60 subunidades. Este tipo de arreglo
representa una de las pocas formas en que objetos asimétricos
pueden ser acomodados en forma simétrica sobre la superficie de
una esfera. Las micrografías electrónicas de un gran número de
virus diferentes muestran que éstos tienen una silueta esférica que
al ser examinada más detalladamente corresponde a una estructura
con simetría icosaédrica. Varios de los virus esféricos con simetría
icosaédrica contienen más de 60 subunidades de proteína. Por
ejemplo los adenovirus contienen aproximadamente 1 500
subunidades en su cubierta (figura II.6.). Sin embargo, Donald
Caspar y Aaron Klug han descrito las reglas que gobiernan la
estructura de los virus esféricos. Tales reglas fueron inspiradas por
el estudio de las estructuras geodésicas diseñadas por el arquitecto
norteamericano Buckminster Fuller. En dichas estructuras la
superficie de una esfera es subdividida en facetas triangulares, las
cuales son arregladas con una simetría icosaédrica. Este método de
triangulación de la esfera representa el diseño óptimo para una
cubierta cerrada construida a partir de subunidades idénticas unidas
en forma regular. Ninguna otra forma de subdividir una superficie
cerrada puede proporcionar un grado similar de equivalencia. Este
tipo de estructuras tienen un mínimo de energía libre, lo cual
explica en parte la abundancia de los virus con simetría icosaédrica.
Figura II.6. Organización de las subunidades de proteína en la
cápside del adenovirus.
e) VIRUS CON MÁS DE UN TIPO DE SUBUNIDAD
Las micrografías electrónicas de los adenovirus muestran que las 1
500 subunidades de proteína están arregladas en 240 hexámeros y
12 pentámeros, y en cada vértice del virus se proyecta una fibra de
proteína. Está bien establecido que las fibras, los pentámeros y
hexámeros están constituidos por diferentes tipos de proteínas. Los
adenovirus representan el ensamble regular de tres diferentes tipos
de proteína. Esto puede lograrse arreglando los pentámeros y las
fibras en los vértices del icosaedro, y los hexámeros en las caras del
icosaedro. Una forma diferente de arreglo estructural ocurre en los
reovirus en los cuales la cápside está constituida a partir de 8
diferentes proteínas dispuestas en dos capas o cubiertas que
poseen simetría icosaédrica. Tres de las proteínas están dispuestas
en la cubierta externa, y las cinco proteínas restantes en la cubierta
interna.
f) VIRUS CON ENVOLTURA
Muchos de los virus animales más grandes y unos cuantos virus de
plantas y bacterias están envueltos por una cubierta membranosa
de proximadamente 75Å de grosor. Esta envoltura se deriva en
gran parte de las membranas de la célula hospedera y puede ser
degradada por medio del tratamiento con detergentes o solventes
orgánicos como el éter, ocasionando así la pérdida de la
inefectividad del virus. A este tipo de virus también se les conoce
como virus sensibles al éter. Los virus de la influenza son
representativos de los virus animales con envoltura. Estos virus han
sido descritos como pleomórficos (multiformes), aunque las
partículas virales en células de animales vivos tienen una forma
filamentosa. La apariencia pleomórfica se hace evidente cuando
estos virus son cultivados en embriones de pollo. Estos virus poseen
debajo de la envoltura una capa o cubierta de proteína llamada
proteína M (proteína de la membrana o proteína de la matriz).
Dentro de la cubierta formada por la proteína M, pero separado de
la misma, se encuentra el componente nucleoproteico constituido
por un cilindro flexible de ARN y proteína dispuesta en forma similar
a un pasador para el pelo que ha sido doblado. La estructura de la
nucleocápside del virus de la influenza es de tipo helicoidal. Cada
uno de los diferentes virus de la influenza codifica cuando menos 4
diferentes proteínas que son ensambladas en el virión, dando origen
a diferentes estructuras virales.
Algunos virus con envoltura tienen nucleocápsides icosaédricas.
Particularmente los virus ARN productores de tumores también
conocidos como retrovirus, tienen una nucleoproteína que está
superenrollada en forma de una esfera hueca rodeada por la
envoltura, la cual se deriva de la membrana celular y es modificada
por la inserción de glicoproteínas específicas del virus.
g) VIRUS CON MORFOLOGÍA DE CABEZA Y COLA
Este tipo de morfología sólo ha sido encontrada en cierto tipo de
bacteriófagos y está directamente relacionada con la forma en que
tales virus infectan a sus bacterias hospederas. El número de fagos
con arquitectura de tipo cabeza-cola es considerable; estos fagos
pueden ser subdivididos en fagos de cola corta, fagos de cola larga
no contráctil, y fagos con colas contráctiles y complejas que
también pueden poseer otro tipo de estructuras como collares,
placas basales y fibras (figura II.7.). A pesar de su complejidad
estructural, los principios que gobiernan el ensamble de estos fagos
son similares a los descritos en relación con otros virus cuya
arquitectura es más sencilla. Las cabezas de los fagos tienen
usualmente una simetría osaédrica mientras que las colas tienen
una simetría helicoidal.
Figura II.7. Representación esquemática de las estructuras de
algunos bacteriófagos con cola.
Todas las estructuras presentes, como las placas basales poseen
alguna forma de simetría.
h) EL PRINCIPIO DE AUTOENSAMBLE
Los virus son construidos de acuerdo con principios de diseño
eficientes y, por lo tanto, son capaces de autoensamblarse sin la
participación de ningún factor organizador externo. Esto es posible
debido a la formación de un gran número de uniones débiles cuando
los componentes del virus son colocados en la configuración
adecuada por medio de movimientos al azar propiciados por
factores termodinámicos. Por ejemplo, si se trata al VMT con una
solución concentrada de urea, ocurre una descomposición del virus
en subunidades de proteína y ARN. Si se elimina la urea y son
incubadas de nuevo las subunidades de proteína en presencia del
ARN viral, las macromoléculas se agregan en forma espontánea
dando origen a partículas virales infecciosas. Sin embargo, cuando
se omite el ARN viral durante el proceso de repolimerización, se
obtienen cilindros de proteína, pero en este caso las subunidades
están apiladas en forma de discos en lugar de tener una disposición
helicoidal. Además, estos cilindros son menos estables que la
particula viral completa, lo que señala la importancia del ácido
nucleico en la estabilización de la estructura viral.
En el caso de algunos virus icosaédricos, ha sido posible realizar
también experimentos de reconstrucción o reconstitución in vitro (o
sea, en el tubo de ensayo). Sin embargo, modificando las
condiciones de estos experimentos, ha sido posible obtener
estructuras tubulares y otras variables morfológicas. Esto indica que
las propiedades de empacamiento de las proteínas son las que en
última instancia determinan la estructura de la partícula viral.
El autoensamble resulta económico para los virus, pues no
requieren de información genética específica para lograrlo, y
además proporciona un método sencillo y eficiente para eliminar
subunidades defectuosas producidas durante la replicación de los
componentes virales. Sin embargo, algunos bacteriófagos
complejos del tipo cabeza-cola, como el fago T4, muestran cierto
grado de control genético en el proceso de ensamblaje; este
fenómeno será discutido más adelante.
I I I .
E L
P R O C E S O D E
V I R A L
I N F E C C I Ó N
LA INFECCIÓN se inicia cuando entran en contacto una partícula viral
y una célula susceptible. En el caso de fagos y bacterias en un
cultivo en suspensión, la interacción entre ambos ocurre por simple
difusión, ya que partículas con el tamaño de bacterias y virus se
encuentran en permanente movimiento browniano cuando están en
suspensión. En el caso de los virus animales, la difusión es también
el factor más importante que afecta la unión con células animales
en cultivo, ya que esta asociación es independiente de la
temperatura mientras ésta no afecte el movimiento browniano.
Probablemente en el caso de la infección en el animal entero
existen otros factores que afectan la asociación entre el virus y las
células; sin embargo, es muy difícil diseñar experimentos para
estudiar la interacción entre virus y células animales in vivo. En el
caso de las plantas, la infección viral generalmente es consecuencia
de daño mecánico previo, hecho a la planta por factores externos.
En otras ocasiones, la infección viral en plantas es el resultado de la
acción de insectos portadores del virus que actúan como vectores
del mismo, introduciéndolos en plantas susceptibles.
a) ADSORCIÓN
La mayoría de los fagos se adsorben (pegan) a la pared celular de
las bacterias susceptibles, pero algunos fagos también son capaces
de adsorberse a los flagelos, vellosidades (pili) o cápsulas presentes
en la superficie de la bacteria hospedera. El caso mejor
documentado de adsorción viral está representado por los fagos T2
y T4, los cuales son virus con morfología compleja que incluye una
cabeza, cola, placa basal, clavijas y fibras de la cola. La pegada
inicial de estos fagos a los receptores presentes en la superficie de
la bacteria ocurre por medio de los extremos distales de las fibras
de la cola. Estas fibras largas que hacen la primera unión se doblan
por en medio, de manera que sus extremos distales hacen contacto
con la pared celular a muy corta distancia del punto medio de la
partícula viral. Después de ocurrida la adhesión, la partícula viral se
aproxima a la superficie de la célula. Cuando la placa basal del fago
se encuentra a unos 100Å (angstrom= 10-10m) de la pared celular,
se establece contacto entre las pequeñas clavijas de la placa basal y
la pared celular, pero no existe evidencia de que la propia placa
basal se adhiera a la pared celular (figura III.1.).
Figura III.1. Esquema de los principales eventos en la adsorción
del bacteriófago T4 a la pared celular de la bacteria E. coli.(a) el
fago libre muestra las fibras y clavijas de la cola. (b)Adhesión de
las fibras de la cola. (c) El fago se acerca a la pared celular y las
clavijas entran en contacto con la pared celular.
Algunos fagos con cola, como el fago PBSl, se adsorben a los
flagelos bacterianos en lugar de a la pared celular. La punta de la
cola de este fago tiene una fibra flexible que se adhiere alrededor
del filamento del flagelo y entonces el fago se desliza por el
filamento hasta alcanzar la base del flagelo. Otros fagos con cola se
adsorben a la cápsula de la bacteria. Finalmente, algunos fagos se
adhieren a los llamados pili o vellosidades sexuales de las bacterias
que contienen el factor sexual "F" o ciertas colicinas (factores de
resistencia contra agentes antimicrobianos). Los fagos filamentosos
que contienen ADN de cadena sencilla se adsorben a las puntas de
estos pili mientras que los fagos esféricos de ARN se adsorben a los
costados de estos pili.
En el caso de los virus animales, ha sido posible estudiar cómo se
adhieren a las células en cultivo y de esta manera determinar el
efecto que tienen la temperatura y la concentración de iones en el
medio sobre la adsorción viral. Al igual que en el caso de los fagos,
la adhesión parece ser de tipo electrostático y es afectada en forma
importante por la presencia de iones en medio de cultivo. Sin
embargo, todavía se sabe poco en relación con la naturaleza de los
receptores celulares para los virus animales, con excepción de
aquellos receptores involucrados en la adsorción de los virus de la
poliomielitis, la influenza y el SIDA (síndrome de inmunodeficiencia
adquirida). Cuando las células susceptibles al virus de la polio son
disociadas al someterlas a congelamiento y subsecuente
descongelamiento, liberan una substancia que constituye el
receptor celular para el virus. Aparentemente, este receptor es de
naturaleza proteica y sus moléculas pueden ser saturadas en
presencia de un exceso de partículas virales. Se ha estimado que
existen aproximadamente 3 x 10 3 receptores para el poliovirus en
la superficie de cada célula susceptible; esto representa un área
equivalente al 0.3% de la superficie total de la célula. Las células
que carecen de tal receptor específico son inmunes a la infección
por poliovirus. Sin embargo, tales células no susceptibles pueden
permitir la replicación normal del virus cuando éste es introducido
en ellas por métodos artificiales.
Cuando se incuban virus de la influenza en presencia de eritrocitos
(glóbulos rojos), las células se aglutinan (hemaglutinación) y este
fenómeno puede ser utilizado para titular la concentración del virus,
simplemente determinando a qué dilución el virus se vuelve incapaz
de producir hemaglutinación. Células aglutinadas a 4°C pueden ser
calentadas a 37°C, lo cual produce separación de las células y el
virus eluido de estas células puede ser utilizado para aglutinar un
nuevo lote de células. Sin embargo, las células que previamente
estuvieron en contacto con el virus son incapaces de ser
reaglutinadas cuando entran en contacto con virus frescos. Esto se
debe a la producción y activación de una enzima conocida como
enzima destructora del receptor (EDR). Si se aplica una solución de
esta enzima al tracto respiratorio de animales experimentales, es
posible evitar la infección por el virus de la influenza, ya que el
virus no puede adsorberse a las células cuyo receptor específico
para el virus ha sido degradado por la acción de la enzima. El
receptor para el virus de la influenza se caracteriza por tener una
molécula de ácido neuramínico en su extremo distal, el cual forma
parte de un pequeño polímero de moléculas de carbohidrato
(oligosacárido); este polímero está unido en forma covalente a una
proteína insertada en la membrana celular.
b) PENETRACIÓN DEL VIRUS
El caso mejor estudiado de la penetración de un virus en la célula
hospedera está representado por el caso del fago T2. La cola de
este fago es contráctil y en su forma extendida consiste de 24
anillos de subunidades que forman una funda que rodea a un
elemento central. Cada anillo consta de 6 subunidades pequeñas y
6 subunidades mayores. Después de la adsorción del fago a la
pared celular, ocurre una contracción de la cola que resulta en una
fusión de las subunidades pequeñas y grandes para dar 12 anillos
de 12 subunidades. El núcleo de la cola no es contráctil y por lo
tanto es expulsado e impulsado a través de las capas externas de la
bacteria; a continuación, la cabeza del fago se contrae y esto
resulta en la inyección del ADN viral en la célula bacteriana. Este
proceso posiblemente es facilitado por la presencia de la enzima
lisozima en la cola del fago; esta enzima es capaz de digerir las
proteínas de las cubiertas bacterianas; además, hay 144 moléculas
de adenosina trifosfato (ATP) en la funda de la cola del fago; la
energía para la contracción de esta funda proviene de la conversión
de la ATP en adenosina difosfato (ADP) por medio de una reacción
hidrolítica que libera un grupo fosfato de la ATP (figura 111.2.).
FIGURA III.2. Esquema del mecanismo de penetración del
material genético del fago T4 o T2 a través de la pared celular de
la bacteria. (a) Las clavijas del fago entran en contacto con la
pared celular y la funda se encuentra extendida. (b) La funda de
la cola se contrae y el material genético del fago penetra la pared
celular; la lisozima presente en el fago digiere la porción de pared
celular localizada directamente bajo la partícula viral.
Muchos bacteriófagos carecen de fundas contráctiles y todavía se
desconoce el mecanismo detallado por medio del cual penetran en
las bacterias. Sin embargo, existe evidencia de que algunos de
estos fagos introducen en la célula material proteico además del
ácido nucleico.
Las células animales carecen de pared celular y sólo están rodeadas
por la membrana plasmática que es muy flexible y cambiante en
sus componentes estructurales. Las células animales continuamente
introducen elementos del medio externo por medio del proceso de
pinocitosis y a través de un procedimiento similar, pero inverso,
exportan al medio diversas substancias como enzimas, hormonas y
neurotransmisores. Los virus animales solamente pueden infectar
células que poseen receptores específicos para el virus en
particular. Por lo tanto, se requieren diferentes receptores para
diferentes tipos de virus. Se conoce con poco detalle el mecanismo
preciso por medio del cual los virus penetran en las células
animales. Buena parte del problema radica en que la mayoría de las
partículas virales que infectan a una célula son incapaces de iniciar
con éxito la multiplicación del virus.
Usualmente, estas partículas no infecciosas superan a las partículas
infecciosas en proporción de 1000:1, y no existen métodos
bioquímicos o microscópicos que puedan distinguir entre ambos
tipos de partículas virales antes de que haya ocurrido la infección
propiamente dicha. Todos los virus ARN y ADN producen estas
partículas defectuosas conocidas como interferentes-defectuosas
(ID), las cuales son el resultado de errores en la síntesis de ácido
nucleico viral. Estas partículas ID son mutantes que carecen de
segmentos de ácido nucleico y por lo tanto son incapaces de
reproducirse sin la ayuda de partículas virales normales capaces de
suplir la información genética ausente en el genoma de las
partículas ID. Por esta razón, la propagación de las partículas ID es
óptima cuando las células son infectadas en altas multiplicidades de
infección. Las partículas ID deprimen el rendimiento de la progenie
viral infecciosa debido a que compiten por ciertos productos
sintetizados en cantidades limitadas por las partículas virales
infecciosas.
Los virus con envoltura pueden penetrar a la célula hospedera por
medio de la fusión entre las envolturas virales y la membrana de la
célula. Tanto los virus con envoltura como los virus que carecen de
ésta pueden ser introducidos a la célula por medio del proceso de
pinocitosis (figura III.3.). La fusión de membranas ocasiona la
liberación del genoma viral en el citoplasma de la célula, pero en el
caso de la pinocitosis el virus entero es contenido en una vesícula
formada a partir de la membrana plasmática. Es probable que esta
vesícula se fusione a su vez con alguna de las membranas internas
de la célula y la cubierta viral es modificada a consecuencia de esta
fusión, lo que da lugar a la liberación del ácido nucleico viral. Es
importante hacer notar que la penetración del virus y la
subsecuente eliminación de las envolturas virales no implican
forzosamente la presencia intracelular de ácido nucleico viral
desnudo. El ácido nucleico viral puede permanecer unido a las
proteínas internas del virus, las cuales pueden incluir enzimas
necesarias para la replicación del virus. En el caso de cierto tipo de
virus ARN en los cuales el genoma viral sirve directamente como ARN
mensajero (el ácido nucleico a partir del cual se sintetizan las
proteínas), el ARN viral se asocia con los ribosomas de la célula. Esto
ejemplifica el hecho de que el ácido nucleico viral nunca permanece
extendido como un verdadero filamento dentro de la célúla, sino
que se enrolla y asocia con proteínas de manera que alcanza un
estado favorable de mínima energía libre.
FIGURA III.3. Esquema de la penetración y desnudamiento de los
virus en células animales. (a) Penetración y desnudamiento por
medio de la fusión de las membranas viral y plasmática. (b)
Penetración y desnudamiento por pinocitosis seguida por fusión
con la membrana citoplasmática interna.
La gran mayoría de los virus animales son muy ineficientes en
lograr la penetración de las células susceptibles. Por ejemplo, en
infecciones por poliovirus, la mayor parte del ARN viral es degradado
como resultado de la interacción entre virus y las células. Esto
sugiere que solamente unos cuantos receptores celulares para el
virus tienen la capacidad de favorecer la total penetración del
genoma viral al interior de las células.
En teoría, resulta posible evitar las infecciones virales interfiriendo
con los mecanismos de adsorción y penetración del virus. Sin
embargo, la mayoría de los receptores están constituidos por
proteínas y glicoproteínas que tienen funciones importantes en el
funcionamiento normal de la membrana celular y sólo en forma
incidental resultan ser de importancia tal para las necesidades del
virus. Por lo tanto, estas proteínas no pueden ser eliminadas o
modificadas sin afectar a la célula misma. Todavía se sabe muy
poco en relación con la química de las proteínas que forman parte
de las cubiertas virales y hasta la fecha solamente se conoce una
sustancia bien caracterizada capaz de inhibir la adsorción y
penetración de un virus sin que, por otra parte, induzca efectos
secundarios indeseables. Esta sustancia es la amantadina, que
puede evitar ciertos eventos en la penetración del virus de la
influenza, pero todavía no se conoce con exactitud su mecanismo
de acción.
c) CLASIFICACIÓN FUNCIONAL DE LOS VIRUS
Los virus muestran una gran diversidad en su morfología: la
estructura de sus ácidos nucleicos, el modo de infección, regulación
y desarrollo. Por lo tanto, resulta difícil establecer un concepto
clasificador que simplifique el análisis del proceso de replicación
(reproducción) viral. Sin embargo, David Baltimore ha propuesto un
sistema de clasificación de los virus basado en el modo como éstos
expresan sus genes y llevan a cabo la replicación de su material
genético. En esta clasificación los virus están divididos en grupos de
acuerdo con el modo como llevan a cabo la síntesis del ARN
mensajero (ARNm) que dará origen a las proteínas virales. De
acuerdo con esta clasificación, todo ARNm es designado como
positivo (+) ARN y las cadenas de ADN o de ARN o de ambos que son
complementarias en secuencia de nucleótidos a la del ARNm, son
denominadas como negativas (-). Aquellas cadenas de nucleótidos
cuya secuencia no es complementaria a la del ARNm son
denominadas también como positivas (+). Con base en esta
terminología, es posible distinguir seis clases de virus:
Clase 1: está constituida por todos los virus que tienen un genoma
formado por ADN de cadena doble. En esta clase no se aplica la
designación +/-, pues diferentes especies de ARN>m se originan a
partir de diferentes segmentos de ambas cadenas del ADN viral.
Clase II: consta de virus cuyo genoma está constituido por ADN de
cadena sencilla, cuya secuencia es exactamente la misma presente
en el ARNm. En esta clase de virus, el ADN del genoma debe ser
temporalmente convertido a la forma de cadena doble antes de que
ocurra la transcripción del ADN en ARNm.
Clase III: está compuesta por virus cuyo genoma es ARN de cadena
doble. Todos los virus conocidos que forman parte de este grupo
tienen genomas segmentados, pero el ARNm es sintetizado
solamente a partir de una de las cadenas de ARN presentes en cada
fragmento.
Clase IV: está representada por los virus con ARN de cadena sencilla
cuya secuencia es la misma del ARNm. En estos virus la síntesis de
una cadena complementaria al ARN original precede la síntesis del
ARN viral.
Clase V: está formada por los virus que poseen un genoma de ARN
de cadena sencilla, el cual es complementario en su secuencia de
bases al ARNm.
Clase VI: consta de virus que poseen un genoma de ARN de cadena
sencilla y que producen un ADN intermediario durante el proceso de
replicación. En algunos miembros de esta clase el ARN del genoma y
el ARNm tienen la misma secuencia.
d) LA REPLICACIÓN DEL ADN VIRIL
El mecanismo por medio del cual una molécula de ADN es duplicada
(replicada) in vivo es el mismo, independientemente del origen viral
o celular del ADN. A primera vista, la replicación del ADN parece un
proceso sencillo: una enzima polimerasa se mueve a lo largo de la
molécula de ADN produce dos cadenas hijas a partir del templado
constituido por las cadenas de la molécula madre. Este modelo de
replicación implica que en cada una de las moléculas hijas existe
una cadena derivada de la molécula original y otra cadena formada
por ADN recién sintetizado, o sea, la replicación del ADN es de tipo
semiconservativo. Este hecho fue demostrado por Meselson y Stahl
a través de un famoso y ahora ya clásico experimento.
Debido a su tamaño relativamente pequeño y a la facilidad con que
pueden ser manipuladas in vitro, las moléculas del ADN viral han
sido frecuentemente utilizadas para estudiar el mecanismo de la
síntesis de ADN en general. Toda cadena, lineal de ADN tiene un
grupo hidroxilo (OH-) libre en el extremo denominado 3', y un
grupo fosfato (PO3=) en el extremo opuesto, denominado 5'. Las
dos cadenas de una doble hélice de ADN son antiparalelas, o sea,
tienen secuencias complementarias pero que corren e direcciones
opuestas. Por lo tanto, una
consecuencia
del
modelo
semiconservativo para la replicación del ADN consiste en que una de
las cadenas hijas es sintetizada en dirección 3' → 5', mientras que
la otra cadenas, hija es sintetizada en dirección 5'→
→ 3'. Sin
embargo, todas las ADN polimerasas, tanto virales como celulares,
purificadas hasta la fecha, sintetizan ADN solamente en la dirección
5'→
→ 3'. Una solución a este problema consiste en que la síntesis de
una de las cadenas hijas se realiza en forma continua en dirección
5'→
→ 3' a lo largo de la cadena madre que sirve como templado, la
llamada cadena líder.
Mientras que la síntesis de la otra cadena hija ocurre en forma
discontinua pero también en dirección 5'→
→ 3' a lo largo de la otra
cadena madre denominada la cadena rezagada. Los fragmentos de
ADN producidos por la síntesis discontinua (fragmentos de Okazaki)
pueden ser unidos por la acción de una enzima conocida como ADN
ligasa. Sin embargo, otro problema en la replicación del ADN
consiste en que las ADN polimerasas necesitan la presencia de un
fragmento de ácido nucleico que sirva como punto de iniciación
para la síntesis de ADN, o sea, no pueden iniciar la síntesis de novo.
Por su parte, la ARN polimerasa que sintetiza el ARN no requiere de la
presencia de un fragmento iniciador para llevar a cabo la síntesis
del polinucleótido. Por lo tanto, la ARN polimerasa puede sintetizar
pequeños fragmentos de ARN complementarios a la cadena madre
de ADN; dichos fragmentos servirán como puntos de iniciación para
la síntesis del ADN que formará parte de la nueva cadena hija.
Posteriormente, son degradados los fragmentos de ARN que
actuaron como iniciadores, y los fragmentos de ADN resultantes son
unidos por acción de la enzima ADN ligasa.
Figura III.4. Esquema de la síntesis discontinua del ADN ambas
cadenas son sintetizadas en la dirección 5---3, pero solamente
una de las cadenas es sintetizada en forma continua.
Figura III.5 Participación de un primer de ARN o fragmento
iniciador en la síntesis de los fragmentos de Okazaki.
El proceso de replicación del ADN tiene un alto grado de fidelidad;
esto es esencial para mantener la estabilidad de la información
genética contenida en el ADN. Se ha calculado que el índice de error
en la fidelidad de copiado equivale a la introducción de un
nucleótido erróneo por cada 109 -10 10 nucleótidos copiados en
forma complementaria. Esta alta fidelidad de copiado se debe a que
las ADN polimerasas (cuando menos en bacterias) tienen la
capacidad de "editar" el ADN recién sintetizado y corregir los errores
en la copia de la secuencia de nucleótidos por medio de una
actividad enzimática asociada con la polimerasa; esta actividad
conocida como exonucleasa 3'
5' permite romper la unión
establecida entre el OH- presente en el extremo 3' de la cadena de
ADN y el grupo fosfato presente en la posición 5' del último
nucleótido polimerizado (añadido) a la cadena que está siendo
sintetizada este último nucleótido es rápidamente eliminado en caso
de haber sido introducido por error en la nueva cadena de ADN
(figuras III.4 y III.S.).
Los bacteriófagos T contienen moléculas lineales de ADN de cadena
doble, las cuales son replicadas ya sea por la acción de polimerasas
específicas a estos fagos o por las polimerasas de la célula
hospedera que han sido modificadas en su especificidad a
consecuencia de la infección viral. Los productos inmediatos de la
replicación del ADN de los fagos T están representados por moléculas
concatenadas, las cuales tienen una longitud equivalente hasta
cuatro veces el tamaño del ADN original. Estas grandes moléculas
pueden ser formadas por la unión de los extremos de moléculas
lineales de ADN o por medio de un proceso cíclico llamado círculo
rodante que permite la replicación continua de un templado circular
para producir estructuras compuestas de múltiples unidades
moleculares (figuras III.6 y III.7.). La formación de grandes
moléculas concatenadas explica por qué las propiedades
estructurales y genéticas de los fagos T sugieren que su mapa
genético es circular. En estos fagos el precursor inmediato del ADN
viral es una gran molécula; esta molécula es fragmentada por la
acción de enzimas nucleasas que dividen la macromolécula en
subunidades cuya longitud corresponde a la del ADN original. Esta
fragmentación ocurre antes o durante el proceso de encapsidación.
Durante la replicación del fago T4 se generan moléculas que poseen
secuencias redundantes en sus extremos terminales (ej.: ABC...
YZABC). De hecho, en una población de fagos T4 no todas las
moléculas de ADN viral empiezan con la misma secuencia, y a pesar
de que estas moléculas son lineales, el análisis genético muestra
que su mapa genético es circular. Esto es consecuencia de la
fragmentación de múltiples cadenas concatenadas, las cuales son
reducidas al tamaño correcto para poder ser empacadas en las
cabezas de los fagos. El mecanismo de círculo rodante ha sido
particularmente estudiado en el caso de algunos fagos, como el
fago λ el fago ØXI74.
Figura III.6. Posible mecanismo para la producción de cadenas de
ADN compuestas por múltiples unidades
Figura III.7. El mecanismo del círculo rodante.(a) ADN circular.
(b) Una endonucleasa hace un corte en la cadena positiva (+). (c)
La ADN polimerasa añade nucleótidos en el extremo 3 de la
cadena abierta, de manera que produce desplazamiento del
extremo 5 . (d) El desplazamiento del extremo 5 se hace más
extenso en la medida que la enzima polimerasa recorre el
templado de ADN circular (cadena negativa). El resultado es la
formación de un ADN con longitud mayor a la normal.
En general, la replicación de los virus ADN utiliza enzimas similares a
las involucradas en la replicación del ADN celular y una característica
común es la presencia de estructuras circulares temporales cuando
menos en algunas de las etapas del proceso de replicación. La
abundancia del ADN circular en diferentes tipos de virus sugiere que
el círculo representa el formato más importante en la replicación del
ADN viral, y la forma lineal de la molécula es una adaptación
(particularmente en el caso de los fagos T) que permite efectuar la
inyección del ácido nucleico viral a través de la cola del virus.
Solamente los fagos con cola tienen genomas lineales, los otros
tipos de fago poseen genomas circulares.
En los últimos quince años se han logrado importantes avances en
el conocimiento de los mecanismos de replicación del ADN en varios
tipos de virus animales. La gran variedad en el tamaño y
organización de los genomas virales implica una gran diversidad en
los detalles asociados con la replicación del ADN en cada tipo de
virus en particular. La descripción de tales mecanismos está fuera
del enfoque del presente libro y el lector interesado hará bien en
consultar la bibliografía proporcionada al final de este libro.
Sin embargo, es importante hacer notar que todavía existen
múltiples incógnitas respecto a la replicación del ADN tanto en los
virus como en las células en general. La autonomía de los virus en
cuanto a su capacidad para replicar el ADN viral está en función del
tamaño del genoma viral. Algunos virus, como los fagos T los
poxvirus (que incluyen al virus de la viruela), Cuentan con genomas
suficientemente grandes para codificar entre 100 y 200 genes
diferentes. Por lo tanto, estos virus requieren poca participación de
la célula hospedera, con excepción de la facilitación de un espacio
cerrado, la disponibilidad de la maquinaria celular para la síntesis de
proteínas y el abastecimiento de aminoácidos y nucleótidos que
sirven como precursores para la síntesis de proteínas y ácidos
nucleicos tanto celulares como virales. Algunos virus, como el
Herpes simplex y el virus de la vacuna, son capaces de especificar
enzimas como la timidina cinasa que participa en la síntesis de
precursores de los ácidos nucleicos y quizá estos virus son capaces
también de codificar nuevos tipos de ARN de transferencia que
aparecen en las células infectadas. Sin embargo, otros virus, como
el fago ØXI74, poseen genomas muy pequeños que no pueden
codificar más de diez genes diferentes. Para poder replicar su ADN,
estos virus dependen de las moléculas precursoras y la batería de
enzimas polimerasas, ligasas, nucleasas, etc., presentes en la célula
hospedera.
Se conocen varios casos en los cuales un tipo de virus animal no
puede replicarse en el interior de algún tipo de células en particular
a pesar de haber sido capaz de iniciar la infección en las mismas.
Por ejemplo, los adenovirus humanos pueden infectar cultivos de
células renales de mono, pero no pueden crecer en estas células.
Sin embargo, la coinfección de dichas células con virus SV40
permite la replicación del adenovirus por medio de la formación de
una progenie de híbridos SV4Oadenovirus, los cuales contienen
diferentes cantidades de sus respectivos genomas unidos en forma
covalente. Esto implica que el virus SV4O actúa como auxiliar para
la replicación del adenovirus, proporcionando factores que están
ausentes en ese tipo de célula hospedera en particular, factores que
son necesarios para la replicación del adenovirus.
Frecuentemente se observa que la coinfección de una misma célula
con dos diferentes mutantes o variedades de un mismo tipo de
virus, cada uno de los cuales es defectuoso en alguna función
esencial para la replicación del genoma viral, resulta en la
producción de progenie viral con capacidad infectiva normal debida
a la formación de híbridos entre los dos tipos de mutante, los cuales
se complementan cancelando así sus respectivas deficiencias
genéticas y funcionales, de manera que estos híbridos pueden
desencadenar una infección productiva. Este fenómeno de
complementación ha sido usado ampliamente para mapear y
caracterizar los genes que codifican proteínas virales ya sean éstas
de tipo funcional o estructural.
e) SíNTESIS DEL ARN GENÓMICO VIRAL EN LOS VIRUS ARN
La síntesis del ARN por parte de los virus ARN involucra la replicación,
que puede ser definida como la producción de una progenie de
genomas virales (ARN en este caso), y la transcripción que consiste
en la producción de ARN cuya secuencia de nucleótidos es
complementaria a la del genoma. Debido a que los genomas de los
virus ARN pueden ser de sentido positivo (+) o sentido negativo (-)
[véase la clasificación de Baltimore], la transcripción en estos virus,
a diferencia de lo que ocurre en el caso de los virus ADN, no es
siempre sinónimo de la síntesis de ARN mensajero.
La mayoría de los virus ARN poseen moléculas de cadena sencilla y
por lo tanto la replicación consiste en que una secuencia de
ribonucleótidos deerminada debe ser copiada para producir
exactamente la misma secuencia, por ejemplo: ACGU
ACGU. La
información actualmente disponible indica que el apareamiento
entre las bases A-U y C-G es la clave para la replicación del ARN
viral; por lo tanto, en estos virus se aplican también los principios
fundamentales relacionados con la replicación del ADN, molécula en
la cual normalmente existen los apareamientos A-T y C-G.
A principios de los años sesenta fueron descubiertos los primeros
fagos ARN y casi al mismo tiempo se demostró que los picornavirus,
que se caracterizan por tener ARN de cadena sencilla, son capaces
de replicarse en células animales en las cuales la síntesis del ADN y
su subsecuente transcripción en moléculas de ARN mensajero celular
había sido inhibida por la droga actinomicina D, la cual se intercala
en la molécula de ADN y de esta manera impide que se separen
ambas cadenas de ADN, de manera que las enzimas como la ADN
polimerasa y la ARN polimerasa no pueden cumplir con la función de
llevar a cabo la replicación o la transcripción de este ADN. En
presencia de actinomicina D se detiene la síntesis de ARN celular;
por lo tanto, se pueden infectar las células con virus ARN en
presencia de precursores radiactivos del ARN (como 3H-uridina) y
colectar muestras de estas células a intervalos apropiados después
de la infección; estas muestras pueden ser fraccionadas por medio
de detergentes y solventes orgánicos de manera que se pueden
aislar y analizar las nuevas moléculas de ARN, cuya síntesis ha sido
inducida por la infección viral.
La mayoría de los virus ARN (con excepción de los retrovirus) se
pueden replicar en presencia de inhibidores de la síntesis de ADN;
este hecho descarta la participación de ADN intermediario en la
replicación de estos virus. En 1963, Montagnier y Sanders
demostraron la presencia de ARN de cadena doble en células
infectadas por el virus de la encefalomiocarditis (EMCV), el cual
posee solamente ARN de cadena sencilla. Así, pronto fue establecido
que el ARN de cadena doble es una forma intermediaria en la
replicación de los virus ARN (con excepción de los retrovirus). Este
ARN de cadena doble se denomina forma replicativa (FR) y se
caracteriza por ser insensible a la acción de la enzima ribonucleasa
(ARNasa), la cual sólo digiere el ARN de cadena sencilla.
Posteriormente, ha sido posible aislar otro tipo de ARN intermediario
constituido por moléculas de cadena doble cuyos extremos están
desapareados originando "colas" de ARN de cadena sencilla. Este ARN
constituye el intermediario de replicación (IR). Sin embargo, el FR y
el IR parecen tener papeles diferentes en la replicación de
diferentes tipos de virus ARN.
El fago Qβ
β representa el modelo mejor estudiado de la síntesis del
ARN viral. En este sistema ha sido posible purificar la enzima ARN
polimerasa dependiente de ARN, también conocida como la
replicasa. Esta enzima tiene gran especificidad por el templado
representado por el ARN del fago Q/β
β . La síntesis de la cadena (-)
de ARN complementaria al genoma viral es detectada por la
aparición de un nuevo ARN no infeccioso que es resistente a ser
digerido por la enzima ARNasa. La aparición de este ARN, que
representa a la forma replicativa (FR), coincide con la pérdida de
infectividad de las moléculas de ARN viral que sirvieron como
templado. La síntesis de esta cadena (-) de ARN es llevada a cabo
por la replicasa del fago, la cual está constituida por varias
subunidades de proteína, algunas de las cuales son proteínas
codificadas por la célula hospedera (como los factores de elongación
EF; Tu y Ts, normalmente involucrados en el proceso de síntesis de
proteínas) las cuales son incorporadas para formar la llamada
holoenzima de la Qβ
β replicasa. Posteriormente, la síntesis de la
nueva cadena (+) de ARN que constituye el nuevo genoma viral es
realizada por un complejo formado por 4 moléculas (tetrámero) de
la propia Qβ
β replicasa. Es importante mencionar que ha sido posible
sintetizar in vitro el ARN del fago Qβ
β a partir del propio ARN viral y
trifosfatos de ribonudeótidos incubados en presencia de Qβ
β la
replicasa. El nuevo ARN viral sintetizado in vitro resulta ser tan
infectivo y biológicamente competente como el ARN viral sintetizado
in vivo dentro de las bacterias infectadas por el fago Qβ
β.
El ARN del fago Qβ
β es capaz y suficiente para dirigir su propia
replicación in vitro; esta propiedad ha sido utilizada para estudiar la
evolución de moléculas con capacidad para autorreplicarse. En el
tubo de ensayo las moléculas de ARN se encuentran libres de
muchas restricciones asociadas con el ciclo de vida del virus. Esta
situación es similar a un estado de evolución precelular, cuando los
factores ambientales de la selección natural actuaban directamente
sobre el material genético en lugar de hacerlo sobre el producto
(proteína) codificado por el gene. Sol Spiegelman y colaboradores
diseñaron un experimento para determinar qué es lo que ocurre con
las moléculas de ARN cuando la única necesidad consiste en que
estas moléculas se repliquen tan rápidamente como les sea posible.
El producto de la reacción entre la Qβ
β replicasa y el ARN viral
purificado puede actuar como templado para la síntesis de más ARN.
Por otra parte, cuanto más larga es una molécula de ARN más
tiempo tardará en replicarse. Considerando estos factores, resulta
lógico pensar que las nuevas moléculas de ARN podrán replicarse
más rápidamente si eliminan información genética que no tiene una
importancia esencial para el proceso de replicación, de esta manera
las moléculas de ARN pueden disminuir su tamaño y el tiempo
necesario para la replicación de las propias moléculas. Por ejemplo,
si se añade la enzima Qβ
β replicasa a una mezcla de reacción
constituida por moléculas enteras y medias moléculas de ARN Qβ
β
purificado, la replicación de las medias moléculas se realizará en la
mitad del tiempo necesario para replicar las moléculas enteras. Esto
resulta en un exceso de medias moléculas que continúan sirviendo
como templado para la síntesis de nuevas medias moléculas,
generando así un exceso absoluto de moléculas más pequeñas.
Spiegelman preparó una mezcla de reacción consistente en ARN Qβ
β
purificado, trifosfatos de los ribonucleótidos apropiados y la enzima
Qβ
β replicasa. Después de una corta incubación, la mezcla de
reacción fue diluida 121/2 veces en otro tubo de ensayo que
contenía la misma concentración de la enzima replicasa y los
β . Esta
ribonucleótidos precursores, pero en ausencia de ARNQβ
secuencia de incubaciones y diluciones fue repetida 75 veces y la
duración de las incubaciones fue siendo reducida paulatinamente
aunque el factor de dilución fue mantenido constante. Después de
la transferencia número 75 fue posible aislar una población de
moléculas derivadas del ARN Qβ
β original, las cuales solamente
contenían 17% de la secuencia de nucleótidos presente en el ARN
original. Por lo tanto, así se demostró que el tamaño de la molécula
de ARN disminuye progresivamente cuando es sometida a este
proceso de selección en función de la velocidad de replicación. El
único factor que tiene un efecto limitante en el acortamiento de las
moléculas de ARN consiste en que las nuevas moléculas deben
conservar cuando menos la secuencia de nucleótidos necesaria para
que la Q replicasa los reconozca como correspondientes a una
molécula de ARNQβ
β.
La replicación del fago Qβ es sólo un ejemplo de las múltiples
estrategias de replicación exhibidas por los virus ARN. Una vez más,
el lector interesado deberá consultar la bibliografía para conocer
detalles sobre la replicación de otros virus ARN.
Una pregunta importante es por qué el ácido nucleico purificado a
partir de ciertos tipos de virus tiene capacidad infectiva, mientras
que el ácido nucleico purificado a partir de otros virus carece de
esta capacidad. La respuesta consiste en que los virus
pertenecientes a las clases II, V y VI (de acuerdo con la clasificación
de Baltimore), requieren que su información genética sea transcrita
en otro tipo de ácido nucleico diferente al presente en el virus
original. En la mayoría de los casos, esta transcripción es mediada
por enzimas específicas del virus, las cuales están almacenadas en
la partícula viral. Ejemplo de estas enzimas son la ARN polimerasa
dependiente de ADN, característica del virus de la vacuna; la ARN
polimerasa dependiente de ARN, producida por el virus de la
estomatitis vesicular y los reovirus; la ADN polimerasa dependiente
de ARN característica de los retrovirus. El ácido nucleico purificado a
partir de estos virus carecerá de estas enzimas necesarias para la
transcripción y subsecuente replicación de dicho ácido nucleico, y
las células infectadas no cuentan con enzimas capaces de utilizar
estos tipos de ácido nucleico viral como templado.
f) LA REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN DE LOS GENES VIRALES
Cuando una célula es infectada por un virus, no todos los genes
virales son expresados a un mismo tiempo y, por lo tanto, no todas
las proteínas virales son sintetizadas al mismo tiempo. La mayoría
de estas proteínas virales no son sintetizadas en forma continua.
Algunas proteínas virales son sintetizadas durante unos cuantos
minutos al principio de la infección, otras son sintetizadas en las
etapas tardías de la infección y otras más son sintetizadas durante
periodos que equivalen a la mitad del ciclo infeccioso.
Cuando se expresa un gene, la información genética presente en la
secuencia de nucleótidos del ácido nucleico original es transcrita en
una secuencia complementaria constituida por ARN mensajero, la
información contenida en este ARN mensajero es traducida en el
interior de las estructuras conocidas como ribosomas; en esta
traducción interviene otro tipo de ARN conocido como ARN de
transferencia (ARNt), del cual existen cuando menos veinte tipos
diferentes, cada tipo de ARNt sirve para transportar específicamente
uno de los veinte tipos diferentes de aminoácidos que forman parte
de las proteínas. La traducción consiste en interpretar los codones
constituidos por tripletas de nucleótidos presentes en la secuencia
del ARN mensajero (ARNm). Existen 61 codones diferentes que
codifican a los 20 aminoácidos diferentes, o sea, que un mismo tipo
de aminoácido puede ser designado por más de un codón. Además,
existen otros tres codones cuya función es actuar como signos
determinación en la síntesis de proteínas. Cada codón (con
excepción de aquellos que actúan como signos de terminación) es
reconocido por su respectivo anticodón, constituido por una tripleta
de nucleótidos con secuencia complementaria a la del codón; este
anticodón se encuentra en un extremo de la molécula del ARNt
correspondiente. Así, el producto de la traducción está constituido
por una cadena de aminoácidos, o sea, una proteína cuya secuencia
de aminoácidos es correspondiente a la secuencia de codones
presente en el ARNm, secuencia interpretada por los anticodones
presentes en los ARNt que actúan como transportadores de los
aminoácidos.
i) Regulación en los bacteriófagos ADN
El control de la expresión genética puede ocurrir en el nivel de la
transcripción, en el nivel de la traduccion o en ambos niveles. En el
caso de las bacterias infectadas por fagos ADN, el control de la
expresión de los genes virales ocurre fundamentalmente en el nivel
de la transcripción. La transcripción del ADN en ARNm es realizada
por la enzima ARN polimerasa, la cual en bacterias como la E. coli
está formada por cien diferentes cadenas polipeptídicas (proteínas):
α, β, βωσ; estas proteínas están unidas entre sí por puentes de
hidrógeno en la siguiente proporción: α, β, βωσ La proteína o factor σ
puede ser fácilmente separada del resto de la ARN polimerasa que
retiene la actividad catalítica encargada de la síntesis del ARNm. El
factor s tiene como función el reconocimiento de las señales para la
iniciación de la transcripción; estas señales están presentes en las
llamadas secuencias promotoras incluidas en el ADN.
Durante la infección de una bacteria por fago T7 se forma una serie
de moléculas discretas de ARNm, las cuales pueden ser aisladas y
caracterizadas. Estas moléculas de ARNm han sido divididas en dos
clases: ARNm temprano, el cual consta de 4 especies; y ARNm tardío,
que consta de 8 o 9 especies diferentes. En el fago T7 solamente
una de las cadenas del ADN viral sirve como templado para la
síntesis de ARNm esto indica que los genes de este fago están
codificados en la misma cadena de ADN. El gene 1 codifica una ARN
polimerasa que es específica para el fago T7; esta polimerasa
solamente, consta de una cadena polipeptídica, siendo mucho más
sencilla que la ARN polimerasa de la bacteria hospedera. La ARN
polimerasa específica del fago T7 es resistente al antibiótico
rifampicina, el cual inhibe la actividad de la ARN polimerasa
bacteriana. Al iniciarse la infección por el fago T7, la ARN polimerasa
bacteriana se encarga de transcribir los llamados genes tempranos
del genoma viral. Este primer tipo de ARNm producido es de tipo
policistrónico, o sea, incluye en una sola molécula de ARNm el
mensaje contenido en varios genes. Sin embargo, una enzima
ribonucleasa propia de la célula bacteriana (ARNasa III) corta e saje
correspondiente a un solo gene en particular. Como ya fue
mencionado, la transcripción del gene 1, y su posterior traducción,
resulta en la síntesis de una ARN polimerasa viral que se encarga de
transcribir los llamados genes virales tardíos. La transcripción de
cada clase o tipo de ARNm viral tardío se inicia en secuencias
promotoras localizadas en diferentes puntos del genoma viral. Sin
embargo, todas estas clases de mensajes virales terminan en la
misma región cercana al extremo 3' del genoma del fago T7.
El fago T7 inhibe las funciones sintéticas propias de la célula
bacteriana. Una proteína codificada por uno de los genes tardíos del
fago T7 es capaz de pegarse a la ARN polimerasa bacteriana y de
esta manera inhibe la actividad de esta enzima impidiendo así la
síntesis de ARNm bacteriano y eliminando de paso la síntesis de
nuevas moléculas de ARNm viral de tipo temprano. El genoma del
fago T7 tiene un peso molecular de 25 x 106 daltones y una
capacidad de codificación equivalente a 30 genes de tamaño
promedio. Hasta la fecha han sido identificados 25 genes de este
tipo de virus; estos genes han sido ordenados en un mapa genético
lineal en el cual los genes que se expresan en forma temprana
están concentrados en el extremo del genoma (ADN) viral. Por lo
tanto, considerando que la síntesis de ARNm ocurre en la dirección 5'
® 3', resulta que los transcritos correspondientes a los genes
tempranos están concentrados en el extremo 3' del ARNm viral.
En el caso de la infección por fago T4, es posible identificar tres
clases de ARNm virales en el interior de la bacteria hospedera: ARNm
tempranos inmediatos, ARNm tempranos tardíos y ARNm tardíos. Los
ARNm tempranos inmediatos son sintetizados durante el primer
minuto de infección. Los ARNm tempranos tardíos son sintetizados a
partir de 2 o 3 minutos después de iniciada la infección. Los ARNm
tardíos son sintetizados a partir de los 10 minutos de infección. A
diferencia de lo que ocurre en el caso del fago T7, la síntesis del
ARNm dd fago T4 es sensible al antibiótico rifampicina. Es sabido que
este antibiótico afecta a la subunidad β, de la ARN polimerasa,
bacteriana; por lo tanto, esta subunidad debe participar en la
síntesis del ARNm del fago T4. Experimentos en los cuales la ARN
polimerasa bacteriana ha sido marcada radiactivamente antes de la
infección por fago T4, indican que las subunidades α y β, de la ARN
polimerasa son conservadas durante el ciclo de infección; sin
embargo estas subunidades son modificadas. Dos minutos después
de iniciada la infección ocurre una modificación de las subunidades
de la ARN polimerasa bacteriana por medio de un proceso conocido
como adenilación; esto modifica la especificidad de la enzima que
suspende la síntesis de ARNm viral de tipo temprano inmediato y
empieza a sintetizar ARNm viral de tipo temprano tardío. Existe
evidencia de que a los 10 minutos de infección la estructura de la
subunidad β,' es modificada; esto resulta en un nuevo cambio en la
especificidad de la ARN polimerasa, la cual empieza a sintetizar ARNm
virales tardíos. Existen otros factores que también participan en la
regulación de la transcripción del fago T4; entre éstos podemos
mencionar: la síntesis de un factor de naturaleza proteica capaz de
hacer antagónica la normal terminación de las cadenas de ARNm
(factor de antiterminación), este factor permite que la ARN
polimerasa bacteriana continúe transcribiendo el ADN viral hasta
llegar a los genes distales. También ocurre la síntesis de factores
similares al factor s, capaces de reconocer señales de iniciación de
la transcripción que no son reconocidas normalmente por el factor o
propio de la bacteria hospedera.
Figura III.8. Esquema de una célula bacteriana (procariote).
ii) Regulación en los virus animales
La regulación de la expresión genética de los virus animales puede
ocurrir en el nivel de la transcripción, traducción o de ambos
procesos, y en un grado que varía entre los diferentes tipos de virus
y también durante el ciclo de multiplicación de cada virus en
particular. La investigación de los virus animales ha permitido
elucidar mecanismos de regulación genética, totalmente diferentes
a los presentes en los sistemas bacterianos. En muchos casos
todavía se ignora la mayoría de los eventos involucrados en la
regulación de los genes virales. Sin embargo, el estudio de los virus
animales ha servido como poderosa herramienta para conocer
detalles de la biología molecular de las células eucarióticas, o sea,
células que se caracterizan por tener núcleo y otros organelos
intracelulares a diferencia de las células procarióticas (como las
bacterias) que carecen de organelos intracelulares (figuras III.8 y
III.9).
Figura III.9. Esquema de una célula animal (eucariote).
iii) Virus ARN
El genoma completo del virus de la polio, un tipo de virus ARN, es
traducido en una enorme poliproteína con peso molecular de 250
000 daltones. Esta poliproteína es fragmentada por medio de una
serie de pasos enzimáticos para dar origen a proteínas funcionales
más pequeñas. Este fenómeno de fragmentación postraducción
parece ser común en el caso de las células eucarióticas. La
fragmentación se inicia cuando la poliproteína todavía está siendo
sintetizada y solamente mediante la adición de inhibidores de las
proteasas (enzimas que degradan a las proteínas) es posible aislar
a la poliproteína íntegra. En teoría, todas las proteínas del poliovirus
deberían estar presentes en cantidades equimolares, pero esto no
ocurre en la realidad porque al parecer algunas proteínas virales
son degradadas en forma selectiva (figura III.10). El virus de la
polio es un virus ARN perteneciente a la clase IV de la clasificación
de Baltimore; estos virus se caracterizan por producir un ARNm cuya
secuencia es idéntica a la del ARN que constituye el genoma viral;
para esto se requiere la síntesis previa de una cadena de ARN con
secuencia complementaria a la del ARN del genoma viral. Esta
cadena complementaria sirve como templado para la síntesis del
ARNm viral. El virus de la polio es capaz de inhibir la síntesis de
macromoléculas propias de la célula hospedera, de esta manera
todos los recursos y precursores moleculares presentes en la célula
son dedicados a la producción de componentes virales y, por lo
tanto, no resulta sorprendente que la célula muera a consecuencia
de la infección viral. En las células infectadas por el poliovirus una
de las proteínas virales introducida a la célula junto con el virión es
la causa de que se inicie la inhibición de las funciones celulares.
Particularmente es afectada la síntesis del ARN celular que forma
parte de los ribosomas, que son las estructuras en las cuales se
realiza la síntesis de proteínas. Pero todavía se conocen muy pocos
detalles en cuanto a la forma como el poliovirus inhibe la síntesis de
proteínas celulares.
Figura III.10. Esquema de la síntesis de las proteínas del virus de
la poliomielitis. Los picornavirus hacen sus proteínas funcionales
por medio de la traducción del ARN mensajero viral en una cadena
continua de aminoácidos (la poliproteína NOO=. durante la
síntesis de esta poliproteína se producen cortes primarios que
dan origen a las proteínas precursoras N1, NX y N1.5. Ni es
fragmentada para formar las proteínas estructurales del virión,
mientras que NX y los productos del N1.5 probablemente están
involucrados en funciones intracelulares como l a síntesis de ARN
viral.
En el caso de los virus ARN pertenecientes a la clase V de Baltimore,
los ARNm virales tienen una secuencia complementaria al genoma
viral. Los ortomixovirus, que incluyen al virus de la influenza tipo A,
se caracterizan por tener genomas segmentados. A partir de cada
uno de los ocho segmentos del genoma viral se sintetiza un ARNm
que es monocistrónico. Las ocho diferentes proteínas resultantes no
están presentes en cantidades equimolares y la proporción relativa
de cada proteína cambia durante la infección. El control de la
síntesis de estas proteínas virales es realizado en el nivel de la
transcripción. En este tipo de virus es vital que exista una manera
de distinguir entre el ARNm(+), que es traducido en proteínas, y el
ARN(+), que sirve como templado para la síntesis de nuevos
genomas virales constituidos por ARN(-). Recordemos que por
convención el ARNm es (+) y todo ácido nucleico de secuencia
complementaria a la de dicho ARNm es considerado de polaridad (-).
Existe amplia evidencia de que el virus de la influenza sintetiza dos
tipos de ARN(+): el ARN(+) que servirá como templado para la
síntesis del ARN(-) viral es un fiel complemento de la secuencia de
nucleótidos presente en el genoma ARN(-) viral, mientras que el
ARNm(+) viral carece de una porción de la secuencia de nucleótidos
complementaria al extremo 5´ del ARN(-) correspondiente al
genoma viral. Así, el ARNm no puede servir como templado para la
síntesis de segmentos completos del genoma viral.
Los ortomixovirus son únicos entre los virus ARN debido a que parte
de su ciclo de multiplicación se lleva a cabo dentro del núcleo
celular. Inmediatamente después de la infección, la partícula viral
desnuda es transportada al interior del núcleo celular y en etapas
más avanzadas de la infección, algunas proteínas virales recién
sintetizadas migran del citoplasma (su lugar de síntesis) hacia el
núcleo. El paso de moléculas a través de la membrana nuclear es
un proceso altamente selectivo y constituye un nivel de control
presente únicamente en las células eucarióticas.
iv) Virus ADN
Todos los virus ADN, con excepción de los poxvirus, sintetizan su
ARNm a partir de una molécula de ADN de cadena doble, la cual se
ubica en el núcleo de la célula infectada y, por lo tanto, representa
el modelo más cercano para el estudio de la síntesis de ARNm en las
células eucarióticas. Las histonas constituyen el principal tipo de
proteínas que normalmente se encuentran asociadas con el ADN
celular; estas histonas se encuentran también asociadas con el
genoma de algunos virus ADN como los papovavirus, lo que subraya
la similitud estructural entre la cromatina celular y la cromatina
viral. El tamaño de los genomas de los virus ADN animales varía dos
órdenes de magnitud, desde los parvovirus, cuyo ADN tiene un peso
molecular promedio de 1.5 x 106 daltones, hasta el virus de la
vacuna cuyo ADN tiene un peso molecular de 160 x l06daltones. Los
virus más grandes son menos dependientes de las funciones de la
célula hospedera para multiplicarse y por lo tanto pueden hacerlo
aun cuando las células hospederas se encuentran fuera de la fase S
del ciclo celular, misma que constituye el periodo normal de
duplicación del ADN celular. Los virus pequeños solamente pueden
replicarse durante la fase S del ciclo celular; y los virus de tamaño
intermedio tienen la capacidad de inducir a la célula para que entre
en la fase S. Casi todos los virus ADN tienen la capacidad de
transformar células en cultivo, volviéndolas de tipo tumoral
(canceroso). Este fenómeno será discutido con detalle más
adelante. Sin embargo, es posible especular que la transformación
celular puede resultar a consecuencia de una aberración en el
mecanismo normal por medio del cual el virus interacciona con los
factores celulares que regulan la división celular. También es
importante mencionar que gran parte de la información genética
contenida en el genoma de los virus ADN más grandes parece
duplicar información ya presente y expresada en las células que se
encuentran en la fase S del ciclo celular.
v) Regulación en los papovavirus
Los papovavirus constituyen un grupo de virus ADN animales. El
virus del polioma y el virus de simios SV40 son los papovavirus más
estudiados. Estos virus tienen un genoma circular constituido por
ADN de cadena doble que codifica proteínas virales tempranas y
tardías, las cuales son sintetizadas a partir de la traducción de ARNm
virales tempranos y tardíos. El ADN de los papovavirus es transcrito
por la ARN polimerasa celular tipo II, la cual normalmente es la
encargada de sintetizar el ARNm celular. El ARNm viral de tipo
temprano es sintetizado a partir de una cadena de ADN diferente a la
que da origen al ARNm tardío. En el virus SV40, la proteína
temprana más importante es el antígeno tumoral mayor o Tantígeno; esta proteína viral migra hacia el núcleo celular y
supuestamente modifica el ADN celular, de manera que se vuelve
susceptible a ser replicado. El virus SV40 también sintetiza otro
antígeno tumoral menor o t-antigeno. Por su parte, el virus del
polioma sintetiza tres diferentes antígenos tumorales. El papel de
estos antígenos en la transformación celular será discutido más
adelante.
Otras proteínas tempranas codificadas por el virus SV40, pero cuya
función se desconoce, son el U-antígeno, que también se ubica en
el núcleo celular, y el antígeno de transplante-tumor específico
(TSTA), que se ubica en la membrana celular. La fase inicial de la
infección viral es seguida por la inducción de la síntesis de enzimas
celulares y ADN celular, en forma independiente de las necesidades
celulares. A continuación se inicia la síntesis de ADN viral seguida por
la síntesis de ARNm viral tardío. Las proteínas tardías son
ensambladas con el ADN viral para formar los nuevos viriones. A
pesar de que los ARNm tempranos y tardíos son sintetizados a partir
de diferentes cadenas del ADN viral, ambos tipos de ARNm están
presentes en el núcleo de la célula infectada, incluso en las etapas
avanzadas de la infección. Por lo tanto, la síntesis predominante de
proteínas virales tardías se logra por medio del transporte selectivo
hacia el citoplasma de aquellos transcritos de ARNm viral que
corresponden a las proteínas de tipo tardío.
vi) Regulación en los adenovirus
Figura III. 11. (a) Producción del ARN mensajero de un
adenovirus. (b) El asa de ADN formada por el apareamiento con el
ADN genómico puede ser observada mediante el microscopio
electrónico y proporciona evidencia de que el ARNm es formado a
partir de regiones no contiguas del ADN genómico. En la
ilustración solamente está representada una cadena del ADN.
Los adenovirus poseen una cantidad de ADN seis veces mayor que la
de los papovavirus. Sin embargo, son muy similares sus estrategias
de control genético: síntesis temprana de proteínas virales,
replicación del ADN viral, síntesis de proteínas virales tardías. En el
caso de los adenovirus, tanto la ARN polimerasa celular tipo II como
la tipo III participan en la transcripción de ARNm viral temprano y
tardío. El estudio de la replicación de los adenovirus ha contribuido
a establecer que el ARNm de ciertos virus es codificado, al igual que
el ARNm de las células eucarióticas, por regiones no contiguas del
ADN. Esto implica que el transcrito inicial del ARN viral es
fragmentado en forma específica y los fragmentos adecuados son
unidos por una enzima ARN ligasa (figura III.11). En el núcleo de la
célula infectada por el adenovirus ocurren mecanismos de control
genético altamente complejos. Además de la fragmentación y ligado
del ARNm, existen otros procesos como la poliadenilación, que
consiste en la adición de un polímero constituido por 150 a 200
nucleótidos de adenina, al extremo 3' del ARNm. Este fenómeno
incrementa la estabilidad del ARNm. Otro proceso es el capping del
ARNm viral, el cual consiste en la adición de un nucleótido especial:
7-metil guanosina, al extremo 5' del ARNm. Este nucleótido puede
ser hipermetilado posteriormente. El cap protege el extremo 5' del
ARNm evitando que sea degradado por enzimas nucleasas o
fosfatasas o por ambas, lo cual incrementa la estabilidad del
mensaje. También se observa un transporte diferencial del ARNm
viral en el nivel de la membrana nuclear; la permeabilidad de esta
membrana al ARNm recién sintetizado cambia continuamente
durante el proceso de infección, de manera que el espectro de
proteínas virales al ser sintetizadas también cambia en forma
continua.
vii) Regulación en los herpesvirus
Los herpesvirus contienen aproximadamente cuatro veces más ADN
que los adenovirus. En los herpesvirus la síntesis de ARNm tardíos es
independiente de la síntesis de ADN viral y celular. Así, cuando se
inhibe la síntesis de ADN, todavía es posible observar la acumulación
de ARNm temprano y tardío en el núcleo celular. Sin embargo, la
síntesis de las proteínas virales sigue un riguroso sistema de
inducción y represión que ocurre en tres fases. Las proteínas de tipo
α son las primeras en ser sintetizadas después del inicio de la
infección; estas proteínas α inducen a su vez la síntesis de las
proteínas virales β las cuales reprimen la síntesis de las proteínas α
e inducen la síntesis de las proteínas virales γ, las cuales a su vez
reprimen la síntesis de las proteínas β . La evidencia disponible
indica que los mecanismos de control en la síntesis de estas
proteínas virales ocurre en el nivel de la traducción y el
procesamiento de los ARNm virales dentro del núcleo de la célula
infectada.
En el caso del virus Herpes simplex tipo 1, existe evidencia reciente
de que la infección viral produce un número limitado de rupturas en
las cadenas del ADN celular; estas rupturas inducen un cambio en la
estructura tridimensional de este ADN celular y en las relaciones o
asociaciones que mantiene este ADN celular con el núcleo-esqueleto
o estructura subnuclear. El desprendimiento del ADN celular de los
sitios de anclaje a la subestructura nuclear se manifiesta entre otras
cosas por la inhibición de la síntesis del ARN y ADN celulares. Al
parecer, la posición que guardan las asas de ADN celular en relación
con la subestructura nuclear tiene un papel muy importante en la
potencialidad de este ADN para ser replicado y transcrito. La
alteración en la posición del ADN celular inducida por la infección
viral puede ser un mecanismo económico y eficiente para lograr la
inhibición de la síntesis de macromoléculas celulares.
viii) Regulación en los poxvirus
Los poxvirus que incluyen al virus de la viruela y de la vacuna son
los únicos virus ADN animales que se multiplican en el citoplasma de
la célula infectada. También son los virus más grandes y tienen
capacidad para codificar 50 veces más genes que los papovavirus.
El sitio de la multiplicación viral en el citoplasma se manifiesta por
la virtual formación de un "se gundo núcleo". Los viriones de los
poxvirus contienen una multitud de enzimas cuyas actividades son
un duplicado de aquellas normalmente presentes en el núcleo
celular. Estos viriones poseen su propia ARN polimerasa dependiente
de ADN al igual que enzimas capaces de adenilar, metilar y añadir
cap a los ARNm virales. La presencia de control en el nivel de la
traducción es evidente en la síntesis de la enzima viral timidina
cinasa, la cual es una proteína temprana cuya síntesis se detiene
una vez que aumenta la síntesis de proteínas virales tardías,
algunas de las cuales parecen ser la causa de la inhibición de la
síntesis de proteínas tempranas como la timidina cinasa.
g) EL ENSAMBLAJE DE LOS VIRUS
En las células infectadas por virus tanto las proteínas como los
ácidos nucleicos virales son sintetizados por separado y
posteriormente ensamblados para formar nuevas partículas virales.
Los virus pueden autoensamblarse en un proceso similar a la
cristalización, ya que las partículas virales, al igual que los cristales,
constituyen estructuras que se encuentran en un estado mínimo de
energía libre. Sin embargo, el genoma viral también puede
especificar ciertos factores "morfogenéticos" que no contribuyen
directamente a formar la estructura del virión, pero son necesarios
para el proceso de ensamblaje.
El fenómeno de autoensamblaje ocurre en la formación de diversas
estructuras biológicas como los flagelos celulares. Sin embargo, el
ejemplo mejor estudiado es la reconstitución in vitro del virus del
mosaico del tabaco. Este virus consta de un largo filamento
helicoidal de ARN que está incluido en una estructura constituida por
pequeñas subunidades idénticas de proteína "A"; estas subunidades
están dispuestas en forma helicoidal. Las proteínas del VMT forman
diferentes tipos de agregados moleculares cuando se encuentran en
solución,
dependiendo
de
las
condiciones
ambientales,
particularmente la fuerza iónica y el pH. Las estructuras discoidales
son el tipo más común de agregado proteico que ocurre bajo
condiciones fisiológicas. Sin embargo, la interacción de los discos de
proteína con el ARN viral resulta en la estabilización de la forma
helicoidal. Cuando se mezclan subunidades de proteína "A" y ARN
viral, la polimerización es lenta y la formación de viriones maduros
requiere de casi seis horas. Cuando se mezclan los discos de
proteína "A" con ARN viral bajo las mismas condiciones del
experimento anterior, la polimerización es rápida y en cinco minutos
se ensamblan viriones maduros.
El modelo más aceptado para explicar el ensamble del VMT es el
asa en movimiento. Este modelo propone que una molécula de ARN
en forma de horquilla se inserta, a través del orificio central de un
disco formado por subunidades de proteína "A", en el espacio o
mandíbula presente entre los dos discos de proteína "A". A
consecuencia de esta interacción, los discos son desfasados dando
origen a una estructura helicoidal, la cual se perpetúa por medio de
la adición de nuevos discos de proteína en la parte superior de la
hélice en crecimiento. El asa producida por la tracción del ARN hacia
arriba del orificio central de la partícula en crecimiento constituirá el
asa en movimiento que se inserta en el orificio del siguiente disco
adicional, desfasándolo a su vez y convirtiéndolo en una estructura
helicoidal (figura III.12). Este modelo predice que en partículas de
VMT ensambladas parcialmente las puntas 5' y 3' del ARN viral
deben protuir a través de alguno de los extremos de la partícula
viral en formación. Este hecho ha sido confirmado por microscopia
electrónica.
El ensamble dirigido de los nuevos viriones es característico de virus
complejos como los fagos del grupo T. El caso más estudiado es el
del fago T4. El primer avance en la elucidación del ensamblaje del
fago T4 se obtuvo a partir del estudio de mutantes letales
condicionales. Cuando se infecta una cepa no permisiva de E. coli
con fagos que tienen mutaciones en cualquiera de sus genes
estructurales, no se producen nuevas partículas virales. Sin
embargo, cuando se examinan bajo el microscopio electrónico los
lisados obtenidos a partir de estas bacterias infectadas con fagos
mutantes,
se
encuentra
la
presencia
de
estructuras
correspondientes a los componentes del fago. Así, bacterias
infectadas con fagos mutantes en el nivel de los genes 34, 35, 36,
37 y 38, acumulan partículas virales que parecen normales, salvo
porque carecen de las fibras de la cola. Por lo tanto, se concluye
que estos genes codifican proteas involucradas en el ensamble de
las fibras de la cola; la adición de estas fibras es un evento tardío
en el ensamble de las nuevas partículas virales. Las fibras se
acuman en bacterias infectadas con fagos mutantes en los genes
34, 35, 36 y 38, pero no en los mutantes en el gene 37, por lo que
se deduce que este gene 37 codifica la principal proteína estructural
de las fibras de la cola del fago. La aplicación de esta metodología a
bacterias infectadas con otras cepas diferentes de fagos mutantes
permitió identificar la función de muchos otros genes del fago T4y
establecer que la cabeza, la cola y las fibras del fago son
sintetizadas en forma independiente.
Figura III. 12. Modelo de asa en movimiento para el ensamble del
virus del mosaico del tabaco (VMT). La nucleación se inicia con la
inserción de una horquilla de ARN viral en el orificio central del
primer disco de proteínas tipo "A". El asa se intercala entre dos
capas de subunidades y se pega alrededor de la primera vuelta
del disco. Como resultado del modo de iniciación, el extremo más
largo del ARN viral forma un asa en movimiento a la cual se le
añaden rápidamente discos adicionales formados por
subunidades de proteína "A".
Figura III.13. Ensamble del bacteriófago T.4
Estudios complementarios realizados in vitro han permitido conocer
más detalles del proceso de ensamblaje del fago T4. Por ejemplo,
fagos carentes de fibras aislados a partir de bacterias infectadas con
mutantes en los genes 34-38 fueron mezclados con un extracto
obtenido de bacterias infectadas con una cepa de fagos mutantes
en el gene 23, la cual no puede sintetizar cabezas virales. El
resultado de este experimento fue la formación in vitro de viriones
completos e infectivos, ya que el extracto del mutante en el gene
23 actuó como donador de fibras de la cola, mientras que el otro
extracto proporcionó las cabezas del fago. Este tipo de experimento
es análogo a los estudios de complementación genética, pero con la
diferencia de que estos últimos se realizan in vivo, o sea, dentro de
las células infectadas.
La figura III.13 muestra la secuencia de ensamble del fago T4. Los
productos de los genes 13 y 14 no están involucrados directamente
en el proceso de unión; sin embargo, deben ser funcionales para
que pueda ocurrir la unión entre cabezas y colas. Las cabezas se
unen a las colas en forma espontánea; por lo tanto, los genes 13 y
14 deben estar involucrados en alguna modificación de las cabezas
maduras, la cual es un prerrequisito para la adición de la cola. En
contraste, las fibras de la cola no se unen espontáneamente a la
placa basal, sino que requieren la participación activa del producto
del gene 63 para poder llevar a cabo esta unión.
El correcto ensamblaje de muchos virus esféricos y también de
algunos fagos con cabeza y cola requiere la participación de
proteínas que no están presentes en el virus maduro. A estas
proteínas se les conoce como proteínas formadoras del andamio.
Por ejemplo, durante el ensamble del fago P22 aproximadamente
250 moléculas de las proteínas del andamio catalizan el ensamble
de 420 moléculas de la proteína de la cubierta viral, de manera que
estas proteínas forman una procabeza de cubierta doble, la cual
contiene ambos tipos de proteína. Cuando ocurre la encapsidación
del ADN viral, todas las proteínas formadoras del andamio son
expulsadas de la procabeza, de manera que estas proteínas quedan
libres para participar en ciclos subsecuentes de ensamble de las
procabezas. En el caso del fago T4, la proteína formadora del
andamio es el producto del gene 22; esta proteína es removida de
la procabeza por medio de una enzima proteolítica (capaz de
degradar proteínas) en el momento que ocurre la encapsidación del
ADN viral.
Durante el ensamblaje de los adenovirus las proteínas formadoras
del andamio son eliminadas en el momento que ocurre la
encapsidación del ADN viral, pero no se sabe si estas proteínas son
destruidas o reutilizadas en el ensamble de otras partículas virales.
Existe evidencia de que en el proceso de ensamble de los
herpesvirus y los poxvirus se reciclan las proteínas formadoras del
andamio.
La proteína codificada por el gene B del fago ØXI74 no está
presente en el virión maduro, pero participa en forma catalítica en
el ensamble del fago. En células infectadas por ØXI74, la proteína
del gene F se agrega para formar pentámeros al igual que la
proteína del gene G; estos pentámeros reaccionan en presencia del
producto del gene B para formar un agregado proteico más
complejo, el cual probablemente constituye los vértices de la
cápside viral icosaédrica.
h) FRAGMENTACIÓN DE PROTEÍNAS VIRALES
En la mayoría de los casos estudiados, la formación de viriones
maduros requiere la fragmentación de grandes proteínas
precursoras una vez que éstas se han ensamblado para formar
procabezas o proviriones. Por ejemplo, en la maduración de la
cabeza del fago T4, la proteína producto del gene 23 (p23) es
fragmentada para generar la proteína p23*, que es 17% más corta
que p23. En ausencia del ácido nucleico, las proteínas íntegras
forman agregados más estables que las proteínas fragmentadas.
Esto es consistente con la observación de que la fragmentación de
las proteínas estructurales ocurre justamente antes de la
encapsidación del ácido nucleico viral.
En las células infectadas por picornavirus y togavirus ocurren dos
tipos de fragmentación postraducción de las proteínas virales. Por
ejemplo, el genoma completo del poliovirus es traducido en un solo
polipéptido gigante, el cual es fragmentado en tres polipéptidos más
pequeños. Uno de estos polipéptidos es la proteína NCVPl o proteína
que pertenece a la cápside viral. Esta proteína es precursora de las
cuatro proteínas presentes en el virión maduro. NCVPl se deriva de
la región 5' del genoma viral y es sintetizada en forma completa
antes de ser fragmentada; esto sugiere que es necesario que la
proteína NCVPl se pliegue en el espacio para adquirir una
conformación tridimensional antes de que ocurra la fragmentación
de dicha proteína. La fragmentación de NCVPl da origen a las
proteínas VPO, VPl y VP3, las cuales se encuentran asociadas entre
sí en el interior de las células infectadas al igual que en las cápsides
virales. Después de que el ARN viral es encapsulado, VPO es
fragmentada para producir las proteínas del virión denominadas
VP2 y VP4. La fragmentación inicial del producto primario de la
traducción del genoma viral representa un caso de fragmentación
formativa. Este proceso probablemente constituye un mecanismo
utilizado por las células animales como substituto para la iniciación
interna de la síntesis de proteínas en mensajes policistrónicos
(mensajes que contienen la información correspondiente a varios
genes). La fragmentación del NCVPl en VPO, VP1 y VP3, y la
subsecuente fragmentación de VPO en VP2 y VP4, representan
ejemplos de fragmentación morfogenética (figura III.10).
i) ENSAMBLE DE LOS VIRUS CON ENVOLTURA
Un gran número de virus, particularmente de virus animales,
poseen una envoltura lipídica como parte de su estructura. Por
ejemplo, los herpesvirus se replican en el núcleo celular y aunque
las proteínas virales son sintetizadas en el citoplasma celular, estas
proteínas son reintroducidas al núcleo celular. Después del
ensamble de la nucleocápside, el virus brota a través de la
membrana nuclear y de esta manera adquiere la envoltura. Antes
de que ocurra este proceso, la membrana nuclear es modificada por
medio de la incorporación de proteínas virales específicas, las
cuales son glicosiladas, o sea, se les añaden moléculas de
carbohidratos. Sin embargo, la gran mayoría de los virus con
envoltura la adquieren a partir de la membrana celular. Se han
identificado cuatro eventos principales en la maduración de estos
virus. Primero, se forma la nucleocápside en el citoplasma celular.
Segundo, ciertas áreas de la membrana celular incorporan
glicoproteínas virales. Tercero, la nucleocápside se alinea a lo largo
de la superficie interna de la membrana modificada y finalmente
brota de la célula. Durante este proceso, ninguna proteína de la
membrana celular es incorporada en las partículas virales, aunque
la mayor parte de los lípidos presentes en la envoltura viral son
derivados de los lípidos normalmente presentes en la membrana de
la célula hospedera.
I V .
L I S O G E N I A
POCO tiempo después de que fueron descubiertos los fagos, se
aislaron cepas bacterianas que parecían ser portadoras silenciosas
de ciertos tipos de fagos. Los líquidos obtenidos a partir de cultivos
de estas cepas portadoras mostraban la presencia de fagos; sin
embargo, las cepas portadoras no eran sensibles a ser destruidas
por el fago que portaban. Por otra parte, cepas de bacterias
emparentadas con la cepa portadora resultaban ser sensibles al
fago presente en las cepas portadoras. Las cepas de bacterias
portadoras de fagos silenciosos o latentes fueron denominadas
cepas lisogénicas. A principios de los años cincuenta se descubrió
que los fagos son capaces de adsorberse a las bacterias lisogénicas,
pero no se produce la subsecuente lisis de estas bacterias. Por otra
parte, cuando el fago procedente de una cepa lisogénica es
sembrado en una cepa de bacterias sensibles, se pueden aislar en
estos cultivos colonias de bacterias que se comportan igual que las
cepas lisogénicas. En 1950, André Lwoff cultivó una sola célula
procedente de una cepa lisogénica de Bacillus megaterium y
observó bajo el microscopio la división de esta bacteria.
Posteriormente, Lwoff removió una de las células hijas junto con un
poco del medio de cultivo. Este proceso fue repetido varias veces:
cada vez que se dividía la célula remanente, era removida una de
las células hijas y algo del medio de cultivo; las células hijas y el
viejo medio de cultivo fueron sembrados en agar para determinar si
daban origen a una población de bacterias lisogénicas y a la
presencia de fago en el medio de cultivo. Estos experimentos
mostraron que las bacterias lisogénicas pueden crecer y dividirse
sin liberar fagos al medio de cultivo. Sin embargo, por alguna razón
desconocida, algunos filtrados obtenidos a partir de extractos de
bacterias lisogénicas mostraban la presencia de partículas virales, o
sea, fagos. Lwoff razonó que en las cepas lisogénicas el fago se
encuentra en forma de un precursor no infeccioso al que denominó
profago. La lisis de algunas de estas bacterias lisogénicas ocurre
solamente cuando estas células han sido estimuladas para producir
fagos. Lwoff y colaboradores observaron que la irradiación con luz
ultravioleta (U.V.) era capaz de inducir la producción de fagos en
una población de bacterias lisogénicas, mismas que eran lisadas en
la medida que se incrementaba la concentración de fagos liberados
al medio de cultivo. Por lo tanto, una bacteria lisogénica posee la
capacidad de heredar el fago a sus descendientes, muy pocos de los
cuales se lisarán en forma espontánea. Sin embargo, la mayor
parte de la progenie de una bacteria lisogénica puede ser inducida a
producir el fago por medio de la irradiación con U.V. o tratamiento
con otros factores inductores. Se denomina temperados a los
bacteriófagos capaces de existir en forma de profago en el interior
de una bacteria hospedera. Después de que el profago ha sido
inducido por irradiación, ocurre un breve periodo de eclipse en el
cual no se puede detectar la presencia del fago dentro de la
bacteria. Sin embargo, es posible detectar la aparición de proteínas
y ácido nucleico específicos del fago; estos elementos serán
ensamblados para formar los nuevos fagos maduros poco antes de
que ocurra la lisis de la bacteria hospedera.
En 1951, Esther Lederberg descubrió en forma accidental que la
cepa de E. coli K12 era de tipo lisogénico. El fago latente en dicha
cepa fue aislado al mezclar E. coli Kl2 con derivados no lisogénicos
de esta cepa bacteriana. El fago resultante es ahora conocido como
fago y representa el caso más estudiado del fenómeno de lisogenia.
Las bacterias infectadas por fagos temperados continúan
dividiéndose por varias generaciones y son inmunes o resistentes a
ser superinfectadas por el mismo tipo de fago que albergan o por
otros fagos pertenecientes a clases emparentadas con el fago
temperado original. Estas bacterias contienen cuando menos una
copia íntegra del genoma del fago. Las bacterias infectadas por
fagos temperados portan la información genética correspondiente al
fago, a través de múltiples divisiones bacterianas, o sea, el genoma
del fago es replicado al mismo tiempo que ocurre la replicación del
genoma bacteriano; este hecho hace posible que la bacteria original
pueda heredar el fago temperado a la subsecuente progenie
bacteriana.
El genoma del fago λ está constituido por una molécula lineal de ADN
de cadena doble; esta molécula posee extremos cohesivos o
"pegajosos" debidos a la secuencia de nucleótidos presentes en esa
región del genoma viral. Al penetrar en la bacteria, el ADN del fago l
se circulariza por la interacción entre los extremos cohesivos de la
molécula. Ocasionalmente, este anillo de ADN puede ser integrado
en el cromosoma de la bacteria. La integración ocurre en un sitio
específico del genoma bacteriano; en ese sitio existe una secuencia
de nucleótidos que resulta homóloga a la de una región del genoma
del fago denominada att λ . Cuando en forma espontánea se alinean
paralelamente estas secuencias homólogas, el círculo del genoma
del fago se rompe y la integración se lleva a cabo por medio del
entrecruzamiento entre el ADN del fago y el ADN de la bacteria; este
entrecruzamiento es mediado por un factor proteico codificado por
un gene del fago (int). El fago, una vez integrado, se encuentra
como profago y solamente unos cuantos de sus genes son
expresados (figura IV.1). Un gene en particular produce una
proteína que se comporta como un represor que inactiva la
expresión de los otros genes virales. Este represor también actúa
como un factor de inmunidad que im pide la superinfección de la
misma bacteria por otro fago λ .
Un factor crítico para el mantenimiento del estado de profago está
representado por la concentración de la proteína represora en el
citoplasma bacteriano. Eventos que disminuyen la concentración del
represor inducen la expresión del genoma viral completo. Un
ejemplo de lo anterior ocurre cuando una bacteria lisogénica
masculina, o sea, poseedora del factor de conjugación F (bacteria
F+), se conjuga con una bacteria no lisogénica femenina (F-)
introduciendo en el citoplasma de la bacteria femenina un
fragmento de ADN que incluye al profago. Debido a que en el
citoplasma de la célula receptora no existen moléculas del represor
para el fago λ, se produce una rápida inducción de la expresión del
genoma viral y la subsecuente lisis de la bacteria receptora.
Figura IV. 1.(a) Modelo de Campbell para la inserción del ADN del
fago en el cromosoma bacteriano. (b) Mapa genético del fago. (c)
Reordenamiento de los genes del fago después de inserción del
ADN del fago en el cromosoma bacteriano. Los símbolos gal y trp
representan los operones de la galactosa y del triptófano,
respectivamente.
La transición entre el estado de profago y la infección productiva de
tipo lítico inducen que el ADN viral se separe del cromosoma
bacteriano por medio de la formación de una asa de ADN viral, la
cual es cortada y liberada del cromosoma por mediación de
proteínas codificadas por los genes xis e int del fago. Una vez
liberado el genoma viral, los extremos cohesivos se reúnen
formando una molécula circular de ADN viral.
Algunas veces ocurren errores en el proceso de corte o escisión, de
manera que el ADN liberado del cromosoma incluye pequeños
segmentos correspondientes al ADN bacteriano adyacente al profago.
Por ejemplo, el ADN bacteriano presente a la izquierda del profago se
incluye secuencias correspondientes de los genes del operón de la
galactosa, los cuales codifican enzimas involucradas en el
metabolismo y procesamiento del carbohidrato galactosa.
Generalmente, el error en la escisión, mismo que resulta en la
inclusión de una porción del genoma bacteriano, también ocasiona
una pérdida recíprocamente proporcional del genoma viral. Por
ejemplo, cuando por error se incluyen los genes del operón de la
galactosa en el ADN liberado, se pierden genes normalmente
presentes en el extremo derecho del genoma del fago. El genoma
viral defectuoso sirve tomo templado para la replicación del ADN, de
manera que los nuevos fagos tendrán genes para la utilización de la
galactosa y a la vez carecerán de algunos genes virales que salieron
perdidos durante el proceso de escisión. Cuando se infectan con
este fago defectuoso bacterias mutantes que tienen un defecto en
el operón de la galactosa (bacterias Gal-), en condiciones favorables
al proceso de lisogenización, es posible que la inserción del genoma
viral en el cromosoma de la bacteria mutante resulte en la
adquisición de las funciones para la utilización de la galactosa,
previamente ausentes en la bacteria mutante. A este fenómeno se
le conoce como transducción y los fagos capaces de inducirlo son
denominados fagos transductantes, los cuales tienen la capacidad
de introducir en las bacterias infectadas fragmentos de ADN que
codifican funciones previamente ausentes en esas bacterias. En
general, los fagos transductantes son defectuosos en su propia
replicación debido a que carecen de ciertos genes virales necesarios
para este proceso. Por lo tanto, estos fagos defectuosos sólo
pueden propagarse en presencia de fagos normales (auxiliares)
capaces de proporcionar los factores codificados por la región del
ADN ausente en los fagos defectuosos.
V .
I N T E R A C C I O N E S E N T R E V I R U S
C É L U L A S E U C A R I Ó T I C A S
EXISTEN varios tipos de interacciones entre los virus y las células
eucarióticas mantenidas en cultivo. El estudio de estas interacciones
ha permitido comprender ciertos eventos relacionados con el
proceso de infección en organismos íntegros. Las infecciones virales
en células eucarióticas pueden ser clasificadas en: líticas,
persistentes, latentes, transformantes y abortivas. En todos estos
tipos de infección, el evento inicial consiste en la interacción entre
el virus y el receptor correspondiente presente en la superficie de la
célula. Si una célula carece del receptor apropiado para un virus en
particular; entonces es automáticamente resistente a la infección
por ese tipo de virus.
i) Infecciones líticas: son muy fáciles de estudiar en el laboratorio,
ya que la muerte celular y la producción de progenie viral infecciosa
pueden ser observadas sin mayor dificultad. Los virus pueden matar
a la célula hospedera al inhibir la síntesis de los ácidos nucleicos y
proteínas celulares. Sin embargo, con frecuencia la muerte celular
ocurre debido a una liberación de enzimas lisosomales que digieren
las estructura propias de la célula. La alteración en la regulación del
transporte y concentraciones de iones en la célula infectada
también puede conducir a la rápida muerte celular.
Y
ii) Infecciones persistentes: se caracterizan por la producción
continua de virus infecciosos sin que las células hospederas mueran
o sean destruidas. Las infecciones persistentes son consecuencia de
un delicado equilibrio que a veces se establece entre el virus y su
célula hospedera. Por ejemplo, la infección de células de riñón de
mono con virus SV5 resulta en la continua producción de partículas
virales por más de 30 días. A pesar de que este virus se multiplica
siguiendo la cinética de crecimiento en un paso, la cual es
característica de las infecciones líticas, el virus no produce daño a
las células hospederas debido a que no perturba ni interfiere con la
síntesis de ácidos nucleicos y proteínas celulares. Por otra parte, el
virus SV5 consume muy pocos de los recursos de la célula
hospedera, por ejemplo, la cantidad de ARN viral sintetizado es
equivalente a menos del 1% de la síntesis de ARN celular. Sin
embargo, el mismo virus SV5 produce infecciones líticas en cultivos
de células obtenidas del riñón de hámsteres recién nacidos. Por lo
tanto, el curso de la infección depende de las propiedades tanto del
virus como de la célula hospedera.
En el laboratorio es posible manipular las condiciones en que se
desarrolla una infección viral, de manera que la adición de
pequeñas cantidades de anticuerpos neutralizantes específicos
contra el virus infectante, o la adición de interferón (véase, infra),
disminuye la producción de progenie viral o el índice de
multiplicación del virus; de esta manera es posible que sobreviva la
mayor parte de la población celular a pesar de que unas cuantas
células mueran.
Las llamadas partículas defectuosas causantes de interferencia (ID)
son producidas durante las infecciones virales a consecuencia de
errores en la replicación del ácido nucleico viral. Estos errores se
manifiestan como supresión de una porción del genoma viral. La
propagación de estas partículas virales defectuosas es favorecida
cuando se utiliza como inóculo infectante una suspensión con alta
multiplicidad de infección, o sea, un inóculo que contiene un exceso
absoluto de partículas virales en relación con el número de células a
ser infectadas. Las partículas ID dependen para su multiplicación de
factores y componentes producidos por virus normales e
infecciosos. Por lo tanto, se pueden establecer condiciones
artificiales en que las interacciones entre virus infeccioso, partículas
ID y células conducen al establecimiento de una infección
persistente.
iii) Infecciones latentes: en estas infecciones el genoma viral y
posiblemente varios productos codificados por este genoma se
encuentran presentes en la célula hospedera, pero no producen
nuevas partículas virales infectantes. El fenómeno de lisogenia es
un ejemplo de infección viral latente en bacterias. En el caso de los
virus animales, algunos virus causantes de tumores son capaces de
permanecer latentes. Se puede decir que es la infección en sí la que
permanece latente, ya que las propiedades de la célula y el virus
son importantes para establecer el estado de latencia. Un virus
capaz de producir infecciones latentes en un tipo de células puede
producir infecciones líticas en otro tipo de células. En todos los
casos de latencia viral bien estudiados hasta la fecha, el virus logra
el estado de latencia integrando una copia de su genoma en el
genoma de la célula hospedera. Esto asegura que el genoma viral
será replicado junto con el ADN cromosomal y, por lo tanto, será
transmitido a la progenie celular además de permanecer protegido
de la acción degradante de las enzimas nucleasas. Existe una serie
de factores externos que pueden reactivar a un virus latente para
que éste inicie una infección lítica productiva. Sin embargo, el caso
más conocido y de gran importancia en humanos de infección viral
latente, está representado por las infecciones por herpesvirus, pero
hasta la fecha se conocen muy pocos detalles en relación con las
causas y el mecanismo por el cual estos virus son capaces de entrar
en el estado latente.
iv) Infecciones abortivas: se caracterizan por una reducción en el
rendimiento total de partículas virales o en el índice partícula
viral/infectividad. Ambas situaciones reflejan una incompatibilidad
entre el virus y la célula hospedera. Un defecto en la producción o
procesamiento de cualquiera de los componentes necesarios para la
multiplicación viral: ARN, ADN o proteína, puede ocasionar una
infección abortiva. Por ejemplo, el virus de la influenza aviaria
produce infecciones abortivas en las células L de ratón debido a la
insuficiente síntesis de ADN viral.
Las infecciones de tipo transformante serán discutidas en la sección
dedicada a los virus tumorales.
Un fenómeno importante asociado con las infecciones virales de
células en cultivo es la capacidad de producir fusión celular, dando
origen a la formación de células multinucleadas denominadas
sincitios. Varios tipos de virus manifiestan esta propiedad y algunos,
como el virus de Sendai, son utilizados rutinariamente en el
laboratorio para inducir la fusión experimental entre diversos tipos
de células.
V I .
I N T E R F E R Ó N E I N M U N I D A D
L A S I N F E C C I O N E S V I R A L E S
A
EL SISTEMA inmune constituye la principal barrera que poseen los
animales superiores para protegerse de las infecciones en general.
La inmunidad inespecífica es aquélla que actúa contra cualquier
material extraño que invade al organismo; este tipo de inmunidad
es innata y en ella participan barreras físicas como la piel y las
mebranas mucosas; barreras químicas como el ácido clorhídrico del
jugo gástrico o el ácido láctico presente en el sudor; proteínas que
inactivan a los agentes infecciosos o destruyen a las células
infectadas, como la lisozima presente en las lágrimas y secreciones
mucosas, las enzimas del sistema de complemento y los
interferones. Existe también una importante variedad de células que
participan en los mecanismos de inmunidad inespecífica: los
macrófagos o fagocitos que ingieren y destruyen células y partículas
extrañas, al igual que los leucocitos neutrofilos que además son
importantes mediadores del proceso de inflamación. Los
macrófagos también actúan como células presentadoras de
antígenos que estimulan la respuesta inmune específica; los
leucocitos basófilos que secretan mediadores químicos que
promueven la inflamación con el fin de facilitar el flujo sanguíneo y
la accesibilidad de las células inmunitarias en las regiones donde se
localiza una infección; los leucocitos eosinófilos que participan en la
destrucción de parásitos y de células infectadas por parásitos
intracelulares; las células asesinas naturales (NK por "natural
killers") que son estudiadas más adelante.
Existen dos tipos de inmunidad específica: humoral y celular. La
inmunidad humoral es mediada por los anticuerpos o
inmunoglobulinas, que son proteínas específicas sintetizadas por las
células plasmáticas. Los progenitores inmediatos de estas células
son los linfocitos B que son capaces de reaccionar con moléculas
extrañas al organismo, llamadas antígenos. Los linfocitos B se
originan en la médula ósea a partir de células precursoras. La unión
del antígeno con el linfocito B estimula a este último para que se
divida y se diferencie dando origen a una gran cantidad de células
plasmáticas y células poseedoras de la llamada memoria antigénica.
Las células plasmáticas sintetizan y secretan moléculas de
anticuerpos, las cuales reacionan en forma específica con el
antígeno que originalmente estimuló la producción de dichos
anticuerpos. Las células con memoria antigénica no sintetizan
anticuerpos pero conservan la capacidad potencial de sintetizar
dichos anticuerpos contra un antígeno específico, pues las células
con memoria antigénica pueden transformarse, en condiciones
adecuadas, en células plasmáticas productoras de anticuerpos
específicos. Por esta razón, el sistema inmune de un organismo
responde en forma más potente y rápida cuando se encuentra por
segunda vez ante la presencia del mismo antígeno.
Las inmunoglobulinas se dividen en cinco grupos: IgA, IgG, IgD, IgE
e IgM. Estas proteínas actúan directamente uniéndose a
componentes del virión y produciendo la neutralización del virus.
Sin embargo, las IgG pueden unirse por medio de sus fragmentos
Fc a la superficie de otras células del sistema inmune conocidas
como macrófagos, los cuales adquieren la capacidad para reconocer
los antígenos virales presentes en la superficie de las células
infectadas.
Las IgM e IgG pueden activar el sistema del complemento que
consiste en una cascada de enzimas que liberan componentes
capaces de atraer diversos tipos de células del sistema inmune al
sitio donde se localiza el anúgeno; estas enzimas también expresan
una actividad de fosfolipasa capaz de lisar las células infectadas por
el virus.
Esta
representación
esquemática
de
una
molécula
de
IgG
muestra las cadenas pesadas (H) y las cadenas ligeras(L). Los
extremos N de los fragmentos Fab corresponden a las regiones de
unión del anticuerpo con su antígeno específico. El fragmento Fc
es común a todas las moléculas de IgG independientemente de su
especificidad antigénica. Se indican las regiones con secuencias
variables (V) y con secuencias constantes de aminoácidos (C). La
sigla CHO indica la posición de moléculas de carbohidratos
asociados con la proteína IgG; estos puentes disulfuro estabilizan
la estructura de la IgG.
La inmunidad celular es mediada en primer lugar por los linfocitos
T, los cuales se originan en el timo. La especificidad de los linfocitos
B yT está determinada por receptores específicos que están
presentes en las membranas de estas células. Estos receptores
reconocen motivos estructurales específicos que están presentes en
los antígenos; dichos motivos estructurales son conocidos como
epitopes y son muy diferentes entre sí. El reconocimiento y ligado
de un epitope por parte del receptor celular específico es el evento
que determina que sean activados sólo los linfocitos que poseen
dichos receptores. Los recepctores específicos presentes en un
linfocito B son en realidad inmunoglobulinas que están fijas a la
membrana celular y que tienen la misma especificidad que las
inmunoglobulinas secretadas por dicho linfocito.
En el caso de los linfocitos T, el receptor para epitopes antigénos
específicos se denomina receptor de célula T o receptor T y consiste
en una proteína que a su vez resulta de la conjunción de dos
proteínas diferentes denominadas alfa y beta, respectivamente.
Dicho receptor T presenta un extremo variable que determina la
especificidad del receptor por un epitope en particular. Cuando el
epitope es ligado por el receptor T se produce una señal que
estimula al linfocito T para que prolifere y produzca una "clona" o
familia de células idénticas que manifiestan la misma especificidad
por el mismo epitope antigénico. Algunas de las células T
resultantes serán responsables de contribuir a mantener la memoria
inmunológica que permite una respuesta más eficaz y rápida
cuando el organismo encuentra al mismo antígeno por segunda vez.
Los principales tipos de linfocitos T son:
1) linfocito T auxiliar: este tipo de linfocito prolifera después de
haber reconocido y ligado un epitope específico, dando origen a
clona de linfocitos auxiliares que producen una variedad de
moléculas solubles conocidas como linfocinas cuyo papel consiste en
estimular a otras células inmunocompetentes (linfocitos B y T) para
que se activen y proliferen. Los linfocitos T axuliares son
orquestadores de la respuesta inmune específica; sin la
participación de estos linfocitos no es posible la producción de otras
células inmunocompetentes que participan en la respuesta inmune
específica.
2) linfocito T citotóxico: este tipo de linfocito responde a la
activación mediada por el reconocimiento de un epitope específico y
la presencia de linfocinas en el medio, dando origen a una clona de
células T citotóxicas con capacidad para destruir células que portan
antígenos foráneos específicos como son las células infectadas por
virus. Los linfocitos T citotóxicos producen también ciertas linfocinas
como el interferón gamma, el cual estimula la actividad de los
macrófagos.
3) linfocito T supresor: este tipo de linfocito se encarga de disminuir
o amortiguar la maginitud de la respuesta inmune y de esta manera
controla la respuesta de otras células inmunocompetentes para
evitar que sea exagerada.
Los linfocitos denominados células asesinas naturales (células NK)
son linfocitos grandes con citoplasma granular y son diferentes de
los linfocitos T y B. Los linfocitos NK destruyen a células infectadas
por cualquier tipo de virus, por lo cual su actividad es inespecífica.
Las células NK se adhieren a las células infectadas y liberan
gránulos tóxicos que lisan (destruyen) a las células blanco.
INTERFERÓN
En 1957, Isaacs incubó la membrana corioalantoica de un embrión
de pollo en presencia de una suspensión de virus de la influenza
que había sido inactivado por medio de tratamiento térmico. Esta
membrana fue transferida a una solución amortiguadora y se
almacenó por 24 horas. Posteriormente, la membrana fue
descartada y la misma solución amortiguadora fue utilizada para
incubar una nueva membrana de pollo en presencia de virus
infeccioso de la influenza. Isaacs observó que la nueva membrana
no permitía el crecimiento del virus y por lo tanto concluyó que
algún producto soluble con actividad antiviral había sido liberado en
la solución amortiguadora como respuesta a la infección viral de la
membrana original. Esta sustancia antiviral fue denominada
interferón.
Los interferones son proteínas que tienen asociados carbohidratos
senciales para su actividad. Por convención, la actividad antiviral del
interferón es estimada midiendo la inhibición que éste produce en la
incorporación de uridina radiactiva en el ARN viral en células
infectadas por un togavirus. La actividad es expresada como la
cantidad de interferón necesaria para reducir en 50% el nivel
normal de síntesis de ARN viral; esta cantidad es arbitrariamente
definida como una unidad de interferón. Por ejemplo, 1 mg de
proteína de interferón purificado tiene actividad antiviral en el orden
de 109 unidades.
Los interferones fueron identificados como proteínas secretadas por
células infectadas por virus que son capaces de proteger de la
infección viral a otras células, debido a que los interferones
estimulan en las células no infectadas la producción de proteínas
que inhiben la replicación de diferentes tipos de virus. Sin embargo,
hoy en día el término interferón se refiere a varias proteínas que
manifiestan esta actividad antiviral aunque no todas estas proteínas
son producidas por células infectas por virus. Existen dos tipos
principales de interferón. los tipo 1 están representados por el
interferón alfa (IFN alfa) y el interferón beta (IFN beta); ambos
tienen una actividad biológica muy similar siendo ejemplos de la
llamada respuesta inmune inespecífica y sus estructuras
moleculares son muy parecidas. El IFN alfa es producido
principalmente por los leucocitos infectados por virus, mientras que
el IFN beta es producido por fibroblastos infectados por virus. El IFN
alfa también estimula la sintésis de proteínas clase 1 del complejo
mayor de histocompatibilidad (MHC- clase 1), estas moléculas están
presentes en las membranas de todas las células con núcleo y
participan en la presentación de antígenos (en particular de
antígenos virales) para que sean reconocidos por el sistema
inmune.
La figura VI.1 describe el mecanismo de acción antiviral del
interferón. Una gran variedad de virus es capaz de inducir la
producción de interferón tipo 1; el cual es activo contra un amplio
espectro de virus diferentes y no sólo contra el virus inductor. Sin
embargo, el interferón parece ser más específico en relación con la
especie a partir de la cual se obtienen las células productoras del
mismo. Por ejemplo, interferón obtenido a partir de células de ratón
es poco eficiente para proteger células de rata, pollo o simio contra
la infección viral.
La inducción del interferón provoca la liberación de esta molécula y
la producción de un estado antiviral en las células que entran en
contacto con el interferón. Los genes que codifican a los
interferones humanos tipo 1 están ubicados en el cromosoma 9,
mientras que el gene del interferón tipo 2 está en el cromosoma 12.
Todos los virus que se multiplican activamente son capaces de
inducir la producción de interferón y se cree que moléculas de ARN
de cadena doble actúan como inductores específicos. El interferón
liberado produce.el estado antiviral en otras células por medio de la
unión con un receptor presente en la superficie celular. El gene que
codifica al receptor para IFN alfa y beta está en el cromosoma 21,
mientras que el gene que codifica el receptor para IFN tipo 2 o
gamma, está en el cromosoma 6. Se sabe que la presencia de ARN
de cadena doble estimula la fosforilación (adición de grupos fosfato)
de ciertas proteínas reguladoras; esto impide que estas proteínas
participen en el proceso de iniciación de la síntesis de proteínas.
Este ARN de cadena doble también activa una ribonucleasa que
degrada al ARN mensajero y, por lo tanto, detiene la síntesis de
proteínas. Sin embargo, todavía no se conoce con claridad el
mecanismo por el cual las actividades inducidas por el interferón
son capaces de distinguir ente la síntesis de proteínas celulares y la
síntesis de proteínas virales De hecho, la actividad inhibitoria de la
síntesis de proteínas parece ser la responsable del efecto
antitumoral del interferón, efecto que ha sido claramente
demostrado in vitro y en animales experimentales. Sin embargo, el
uso de los diferentes interferones en el tratamiento del cáncer no
ha dado los resultados esperados, ya que por lo general los
interferones producen efectos secundarios negativos en los
pacientes tratados con dosis altas de estos agentes. Hasta la fecha,
sólo algunos tipos de cáncer muy raros, como por ejemplo, la
leucemia de células pilosas, han sido tratados con éxito mediante el
uso de interferón alfa.
Figura VI.1. Mecanismo de acción del interferón: el virus infecta a
la célula 1 después de unirse con el receptor (a). La infección
viral enciende la maquinaria celular para permitir la replicación
del genoma viral (b). La presencia de ácido nucleico viral induce
la expresión de genes de interferón (c). El interferón es secretado
por la célula infectada y se pega a su receptor específico presente
en la membrana de una célula no infectada (d). La unión del
interferón con su receptor induce la producción de enzimas que
interfieren con la síntesis de proteínas. Una de estas enzimas
inhibe la traducción de ARN mensajero viral, mientras que otra
enzima
estimula
la
acción
de
enzimas
endonucleasas
que
degradan el ARN mensajero viral. De esta manera, la célula
receptora del interferón queda protegida de la infección viral. Al
inducir estas dos acciones enzimáticas que interfieren con la
síntesis de proteínas, el interferón inhibe también el crecimiento
de
las
propias
células,
por
ello
ha
sido
utilizado
experimentalmente como inhibidor de la proliferación de células
cancerosas.
El interferón tipo 2 está representado por el IFN gamma, también
denominado inmunointerferón, debido a que es producido por
linfocitos activados al entrar en contacto con antígenos durante una
respuesta inmune. La principal acción de este tipo de interferón
consiste en actuar como una linfocina, es decir, como una molécula
capaz de activar otras células del sistema inmune, como son las
células asesinas naturales (NK) los macrófagos, y los linfocitos B.
De hecho, el IFN gamma puede influir sobre la clase de anticuerpo
que es producido por los linfocitos B en el marco de una respuesta
inmune. La inducción de este tipo de interferón no depende de la
presencia de ARN de cadena doble y al parecer tiene un papel
suplementario en la respuesta inducida por el interferón tipo 1. El
interferón tipo 2 es particularmente eficaz en el control de
infecciones producidas por virus capaces de inhibir la síntesis de ARN
y proteínas celulares antes de que haya sido posible la síntesis de
interferón tipo 1.
V I .
I N T E R F E R Ó N E I N M U N I D A D
L A S I N F E C C I O N E S V I R A L E S
A
EL SISTEMA inmune constituye la principal barrera que poseen los
animales superiores para protegerse de las infecciones en general.
La inmunidad inespecífica es aquélla que actúa contra cualquier
material extraño que invade al organismo; este tipo de inmunidad
es innata y en ella participan barreras físicas como la piel y las
mebranas mucosas; barreras químicas como el ácido clorhídrico del
jugo gástrico o el ácido láctico presente en el sudor; proteínas que
inactivan a los agentes infecciosos o destruyen a las células
infectadas, como la lisozima presente en las lágrimas y secreciones
mucosas, las enzimas del sistema de complemento y los
interferones. Existe también una importante variedad de células que
participan en los mecanismos de inmunidad inespecífica: los
macrófagos o fagocitos que ingieren y destruyen células y partículas
extrañas, al igual que los leucocitos neutrofilos que además son
importantes mediadores del proceso de inflamación. Los
macrófagos también actúan como células presentadoras de
antígenos que estimulan la respuesta inmune específica; los
leucocitos basófilos que secretan mediadores químicos que
promueven la inflamación con el fin de facilitar el flujo sanguíneo y
la accesibilidad de las células inmunitarias en las regiones donde se
localiza una infección; los leucocitos eosinófilos que participan en la
destrucción de parásitos y de células infectadas por parásitos
intracelulares; las células asesinas naturales (NK por "natural
killers") que son estudiadas más adelante.
Existen dos tipos de inmunidad específica: humoral y celular. La
inmunidad humoral es mediada por los anticuerpos o
inmunoglobulinas, que son proteínas específicas sintetizadas por las
células plasmáticas. Los progenitores inmediatos de estas células
son los linfocitos B que son capaces de reaccionar con moléculas
extrañas al organismo, llamadas antígenos. Los linfocitos B se
originan en la médula ósea a partir de células precursoras. La unión
del antígeno con el linfocito B estimula a este último para que se
divida y se diferencie dando origen a una gran cantidad de células
plasmáticas y células poseedoras de la llamada memoria antigénica.
Las células plasmáticas sintetizan y secretan moléculas de
anticuerpos, las cuales reacionan en forma específica con el
antígeno que originalmente estimuló la producción de dichos
anticuerpos. Las células con memoria antigénica no sintetizan
anticuerpos pero conservan la capacidad potencial de sintetizar
dichos anticuerpos contra un antígeno específico, pues las células
con memoria antigénica pueden transformarse, en condiciones
adecuadas, en células plasmáticas productoras de anticuerpos
específicos. Por esta razón, el sistema inmune de un organismo
responde en forma más potente y rápida cuando se encuentra por
segunda vez ante la presencia del mismo antígeno.
Las inmunoglobulinas se dividen en cinco grupos: IgA, IgG, IgD, IgE
e IgM. Estas proteínas actúan directamente uniéndose a
componentes del virión y produciendo la neutralización del virus.
Sin embargo, las IgG pueden unirse por medio de sus fragmentos
Fc a la superficie de otras células del sistema inmune conocidas
como macrófagos, los cuales adquieren la capacidad para reconocer
los antígenos virales presentes en la superficie de las células
infectadas.
Las IgM e IgG pueden activar el sistema del complemento que
consiste en una cascada de enzimas que liberan componentes
capaces de atraer diversos tipos de células del sistema inmune al
sitio donde se localiza el anúgeno; estas enzimas también expresan
una actividad de fosfolipasa capaz de lisar las células infectadas por
el virus.
Esta
representación
esquemática
de
una
molécula
de
IgG
muestra las cadenas pesadas (H) y las cadenas ligeras(L). Los
extremos N de los fragmentos Fab corresponden a las regiones de
unión del anticuerpo con su antígeno específico. El fragmento Fc
es común a todas las moléculas de IgG independientemente de su
especificidad antigénica. Se indican las regiones con secuencias
variables (V) y con secuencias constantes de aminoácidos (C). La
sigla CHO indica la posición de moléculas de carbohidratos
asociados con la proteína IgG; estos puentes disulfuro estabilizan
la estructura de la IgG.
La inmunidad celular es mediada en primer lugar por los linfocitos
T, los cuales se originan en el timo. La especificidad de los linfocitos
B yT está determinada por receptores específicos que están
presentes en las membranas de estas células. Estos receptores
reconocen motivos estructurales específicos que están presentes en
los antígenos; dichos motivos estructurales son conocidos como
epitopes y son muy diferentes entre sí. El reconocimiento y ligado
de un epitope por parte del receptor celular específico es el evento
que determina que sean activados sólo los linfocitos que poseen
dichos receptores. Los recepctores específicos presentes en un
linfocito B son en realidad inmunoglobulinas que están fijas a la
membrana celular y que tienen la misma especificidad que las
inmunoglobulinas secretadas por dicho linfocito.
En el caso de los linfocitos T, el receptor para epitopes antigénos
específicos se denomina receptor de célula T o receptor T y consiste
en una proteína que a su vez resulta de la conjunción de dos
proteínas diferentes denominadas alfa y beta, respectivamente.
Dicho receptor T presenta un extremo variable que determina la
especificidad del receptor por un epitope en particular. Cuando el
epitope es ligado por el receptor T se produce una señal que
estimula al linfocito T para que prolifere y produzca una "clona" o
familia de células idénticas que manifiestan la misma especificidad
por el mismo epitope antigénico. Algunas de las células T
resultantes serán responsables de contribuir a mantener la memoria
inmunológica que permite una respuesta más eficaz y rápida
cuando el organismo encuentra al mismo antígeno por segunda vez.
Los principales tipos de linfocitos T son:
1) linfocito T auxiliar: este tipo de linfocito prolifera después de
haber reconocido y ligado un epitope específico, dando origen a
clona de linfocitos auxiliares que producen una variedad de
moléculas solubles conocidas como linfocinas cuyo papel consiste en
estimular a otras células inmunocompetentes (linfocitos B y T) para
que se activen y proliferen. Los linfocitos T axuliares son
orquestadores de la respuesta inmune específica; sin la
participación de estos linfocitos no es posible la producción de otras
células inmunocompetentes que participan en la respuesta inmune
específica.
2) linfocito T citotóxico: este tipo de linfocito responde a la
activación mediada por el reconocimiento de un epitope específico y
la presencia de linfocinas en el medio, dando origen a una clona de
células T citotóxicas con capacidad para destruir células que portan
antígenos foráneos específicos como son las células infectadas por
virus. Los linfocitos T citotóxicos producen también ciertas linfocinas
como el interferón gamma, el cual estimula la actividad de los
macrófagos.
3) linfocito T supresor: este tipo de linfocito se encarga de disminuir
o amortiguar la maginitud de la respuesta inmune y de esta manera
controla la respuesta de otras células inmunocompetentes para
evitar que sea exagerada.
Los linfocitos denominados células asesinas naturales (células NK)
son linfocitos grandes con citoplasma granular y son diferentes de
los linfocitos T y B. Los linfocitos NK destruyen a células infectadas
por cualquier tipo de virus, por lo cual su actividad es inespecífica.
Las células NK se adhieren a las células infectadas y liberan
gránulos tóxicos que lisan (destruyen) a las células blanco.
INTERFERÓN
En 1957, Isaacs incubó la membrana corioalantoica de un embrión
de pollo en presencia de una suspensión de virus de la influenza
que había sido inactivado por medio de tratamiento térmico. Esta
membrana fue transferida a una solución amortiguadora y se
almacenó por 24 horas. Posteriormente, la membrana fue
descartada y la misma solución amortiguadora fue utilizada para
incubar una nueva membrana de pollo en presencia de virus
infeccioso de la influenza. Isaacs observó que la nueva membrana
no permitía el crecimiento del virus y por lo tanto concluyó que
algún producto soluble con actividad antiviral había sido liberado en
la solución amortiguadora como respuesta a la infección viral de la
membrana original. Esta sustancia antiviral fue denominada
interferón.
Los interferones son proteínas que tienen asociados carbohidratos
senciales para su actividad. Por convención, la actividad antiviral del
interferón es estimada midiendo la inhibición que éste produce en la
incorporación de uridina radiactiva en el ARN viral en células
infectadas por un togavirus. La actividad es expresada como la
cantidad de interferón necesaria para reducir en 50% el nivel
normal de síntesis de ARN viral; esta cantidad es arbitrariamente
definida como una unidad de interferón. Por ejemplo, 1 mg de
proteína de interferón purificado tiene actividad antiviral en el orden
de 109 unidades.
Los interferones fueron identificados como proteínas secretadas por
células infectadas por virus que son capaces de proteger de la
infección viral a otras células, debido a que los interferones
estimulan en las células no infectadas la producción de proteínas
que inhiben la replicación de diferentes tipos de virus. Sin embargo,
hoy en día el término interferón se refiere a varias proteínas que
manifiestan esta actividad antiviral aunque no todas estas proteínas
son producidas por células infectas por virus. Existen dos tipos
principales de interferón. los tipo 1 están representados por el
interferón alfa (IFN alfa) y el interferón beta (IFN beta); ambos
tienen una actividad biológica muy similar siendo ejemplos de la
llamada respuesta inmune inespecífica y sus estructuras
moleculares son muy parecidas. El IFN alfa es producido
principalmente por los leucocitos infectados por virus, mientras que
el IFN beta es producido por fibroblastos infectados por virus. El IFN
alfa también estimula la sintésis de proteínas clase 1 del complejo
mayor de histocompatibilidad (MHC- clase 1), estas moléculas están
presentes en las membranas de todas las células con núcleo y
participan en la presentación de antígenos (en particular de
antígenos virales) para que sean reconocidos por el sistema
inmune.
La figura VI.1 describe el mecanismo de acción antiviral del
interferón. Una gran variedad de virus es capaz de inducir la
producción de interferón tipo 1; el cual es activo contra un amplio
espectro de virus diferentes y no sólo contra el virus inductor. Sin
embargo, el interferón parece ser más específico en relación con la
especie a partir de la cual se obtienen las células productoras del
mismo. Por ejemplo, interferón obtenido a partir de células de ratón
es poco eficiente para proteger células de rata, pollo o simio contra
la infección viral.
La inducción del interferón provoca la liberación de esta molécula y
la producción de un estado antiviral en las células que entran en
contacto con el interferón. Los genes que codifican a los
interferones humanos tipo 1 están ubicados en el cromosoma 9,
mientras que el gene del interferón tipo 2 está en el cromosoma 12.
Todos los virus que se multiplican activamente son capaces de
inducir la producción de interferón y se cree que moléculas de ARN
de cadena doble actúan como inductores específicos. El interferón
liberado produce.el estado antiviral en otras células por medio de la
unión con un receptor presente en la superficie celular. El gene que
codifica al receptor para IFN alfa y beta está en el cromosoma 21,
mientras que el gene que codifica el receptor para IFN tipo 2 o
gamma, está en el cromosoma 6. Se sabe que la presencia de ARN
de cadena doble estimula la fosforilación (adición de grupos fosfato)
de ciertas proteínas reguladoras; esto impide que estas proteínas
participen en el proceso de iniciación de la síntesis de proteínas.
Este ARN de cadena doble también activa una ribonucleasa que
degrada al ARN mensajero y, por lo tanto, detiene la síntesis de
proteínas. Sin embargo, todavía no se conoce con claridad el
mecanismo por el cual las actividades inducidas por el interferón
son capaces de distinguir ente la síntesis de proteínas celulares y la
síntesis de proteínas virales De hecho, la actividad inhibitoria de la
síntesis de proteínas parece ser la responsable del efecto
antitumoral del interferón, efecto que ha sido claramente
demostrado in vitro y en animales experimentales. Sin embargo, el
uso de los diferentes interferones en el tratamiento del cáncer no
ha dado los resultados esperados, ya que por lo general los
interferones producen efectos secundarios negativos en los
pacientes tratados con dosis altas de estos agentes. Hasta la fecha,
sólo algunos tipos de cáncer muy raros, como por ejemplo, la
leucemia de células pilosas, han sido tratados con éxito mediante el
uso de interferón alfa.
Figura VI.1. Mecanismo de acción del interferón: el virus infecta a
la célula 1 después de unirse con el receptor (a). La infección
viral enciende la maquinaria celular para permitir la replicación
del genoma viral (b). La presencia de ácido nucleico viral induce
la expresión de genes de interferón (c). El interferón es secretado
por la célula infectada y se pega a su receptor específico presente
en la membrana de una célula no infectada (d). La unión del
interferón con su receptor induce la producción de enzimas que
interfieren con la síntesis de proteínas. Una de estas enzimas
inhibe la traducción de ARN mensajero viral, mientras que otra
enzima
estimula
la
acción
de
enzimas
endonucleasas
que
degradan el ARN mensajero viral. De esta manera, la célula
receptora del interferón queda protegida de la infección viral. Al
inducir estas dos acciones enzimáticas que interfieren con la
síntesis de proteínas, el interferón inhibe también el crecimiento
de
las
propias
células,
por
ello
ha
sido
utilizado
experimentalmente como inhibidor de la proliferación de células
cancerosas.
El interferón tipo 2 está representado por el IFN gamma, también
denominado inmunointerferón, debido a que es producido por
linfocitos activados al entrar en contacto con antígenos durante una
respuesta inmune. La principal acción de este tipo de interferón
consiste en actuar como una linfocina, es decir, como una molécula
capaz de activar otras células del sistema inmune, como son las
células asesinas naturales (NK) los macrófagos, y los linfocitos B.
De hecho, el IFN gamma puede influir sobre la clase de anticuerpo
que es producido por los linfocitos B en el marco de una respuesta
inmune. La inducción de este tipo de interferón no depende de la
presencia de ARN de cadena doble y al parecer tiene un papel
suplementario en la respuesta inducida por el interferón tipo 1. El
interferón tipo 2 es particularmente eficaz en el control de
infecciones producidas por virus capaces de inhibir la síntesis de ARN
y proteínas celulares antes de que haya sido posible la síntesis de
interferón tipo 1.
V I I . I N T E R A C C I O N E S E N T R E
V I R U S Y E L O R G A N I S M O
H O S P E D E R O
E L
DESDE el punto de vista biológico, los virus pueden ser considerados
como parásitos cuya supervivencia depende a su vez de la
supervivencia de la especie hospedera. Por lo tanto, es
desventajoso para un tipo de virus exterminar o afectar seriamente
la capacidad reproductiva del hospedero.
Las infecciones virales agudas en animales superiores son por
analogía equivalentes a las curvas de crecimiento características de
los fagos bacterianos en un solo paso. Sin embargo, las infecciones
virales agudas son cuestión de días en lugar de minutos. En las
infecciones agudas se produce progenie viral y las células infectadas
mueren. Conforme progresa la infección aparecen los signos y
síntomas asociados, mismos que hacen evidente la infección viral
que previamente se ha estado desarrollando en forma silenciosa
durante varios días. El cuadro clínico compuesto por los signos y
síntomas propios de la enfermedad, asociado a las pruebas de
laboratorio que incluyen procedimientos para aislar y titular el virus
involucrado, así como la detección de antígenos virales específicos,
permiten establecer el diagnóstico de la infección viral.
Probablemente en estas infecciones el interferón tiene un papel
importante en la limitación de la diseminación de la infección. La
recuperación del organismo afectado es auxiliada por la destrucción
de las células infectadas, misma que es llevada a cabo por las
células T citotóxicas. Poco después de que se ha establecido la
infección viral aparecen células asesinas no específicas, las cuales
participan también en la destrucción de las células infectadas. Al
final del proceso infeccioso, las partículas virales libres son
eliminadas por la acción de los anticuerpos específicos y los
macrófagos. En todas las infecciones virales ocurren ciclos de
multiplicación viral durante el llamado periodo de incubación, que
se caracteriza por ser asintomático.
Todo organismo multicelular consiste de varios tipos de células
diferenciadas organizadas en tejidos que a su vez forman órganos y
sistemas. Los virus infectan y se multiplican en órganos y tejidos
específicos. Las manifestaciones de la enfermedad viral son
resultado de las propiedades combinadas del virus y el hospedero.
Las infecciones virales más frecuentes son aquellas que se
desarrollan en forma asintomática. Estas infecciones solamente
pueden ser detectadas por medio de exámenes de laboratorio.
Algunos virus causan infecciones silenciosas en el hospedero debido
a que logran establecer un equilibrio favorable con dicho hospedero.
El ejemplo clásico de infección viral silenciosa está dado por el virus
de la poliomielitis, que en más de 90% de los casos produce
infecciones asintomáticas.
Las infecciones virales crónicas se caracterizan por una continua
producción de partículas virales y por la fluctuación en la magnitud
y gravedad de los signos y síntomas asociados con la infección. Al
parecer, estas infecciones pueden alterar el sistema inmune de
manera que éste se vuelve incapaz de impedir la continua
multiplicación del virus. El interferón debe ser producido en el sitio,
momento y concentración adecuados para que pueda inhibir la
infección viral; tal vez algunos virus son capaces de alterar estas
condiciones y así obstaculizan la capacidad antiviral del interferón.
Por ejemplo, el virus de la hepatitis B, que produce la llamada
hepatitis del suero, induce con frecuencia un periodo de infección
aguda seguido por una infección crónica que puede durar —con
fluctuaciones— por el resto de la vida del individuo afectado. En
este padecimiento existen fuertes cantidades de anticuerpos
circulantes específicos contra el virus, la precipitación de los
complejos antígeno-anticuerpo resultantes puede causar la llamada
enfermedad por complejos inmunes. Por lo tanto, los síntomas en
este padecimiento crónico derivan también de las proporciones
relativas de antígeno viral y anticuerpos contra el mismo.
El caso más estudiado de infecciones virales persistentes o latentes
en humanos está dado por los herpesvirus. La persistencia de la
infección es consecuencia de un equilibrio entre las propiedades del
virus y los mecanismos de defensa del hospedero. La ruptura de
este equilibrio ocasiona la reactivación del virus y la reaparición del
estado agudo de la enfermedad; esta situación ocurre con
frecuencia en el caso de pacientes que padecen enfermedades no
virales de tipo crónico, mismas que ocasionan una depresión del
sistema inmune.
La reactivación natural de una infección latente ha sido bien
documentada en el caso del Herpes simplex tipo 1 (HSV-1) y del
virus de la varicela. Por ejemplo, el HSV-1 produce infecciones
agudas que se caracterizan por la aparición de ampllas labiales en
las comisuras de la boca (los llamados "fuegos") y fiebre de baja
intensidad. Sin embargo, el virus puede emigrar hacia los ganglios
localizados en las raíces dorsales de los nervios espinales o
craneales que inervan la región donde se inició la infección. El virus
puede permanecer latente en estos ganglios nerviosos hasta que
factores tan diversos como insolación, tensión emocional o la
menstruación lo reactivan por medio de mecanismos desconocidos,
de manera que el virus desciende por los nervios sensoriales y hace
erupción en forma de una infección aguda que se manifiesta en la
piel localizada en el extremo terminal del nervio afectado. Se sabe
que la infección prsistente por HSV-1 es mantenida en presencia de
grandes cantidades de anticuerpos específicos contra el virus y una
respuesta T celular, posiblemente el equilibrio de estos factores
contribuye a mantener el estado de latencia.
Existe un grupo especial de virus denominados virus lentos o
lentivirus, los cuales están asociados con diferentes padecimientos
crónicos que afectan el aparato respiratorio, las articulaciones y los
sistemas nervioso, inmune y hematopoyético (productor de células
sanguíneas) de humanos y animales. La evolución de estas
enfermedades es insidiosa, o sea, progresan en forma irregular a lo
largo de un gran periodo de tiempo. Enfermedades como la de
Alzheimer (un tipo de demencia senil) y la esclerosis múltiple (una
enfermedad desmielinizante del sistema nervioso) han sido
asociadas con la presencia de lentivirus, pero todavía está por
demostrarse la relación causal directa entre los lentivirus y estas
enfermedades. Sin embargo, se ha demostrado que un tipo especial
de neumonía y meningoencefalitis que afecta a cabras y borregos
es causado por un lentivirus denominado visna-maedi virus, el cual
pertenece a una subfamilia de los retrovirus. Por otra parte, el virus
de la inmunodeficiencia humana (HIV o VIH), que está implicado en
el desarrollo del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA),
es un retrovirus emparentado con el visna-maedi virus y, por lo
tanto, pertence al grupo de los lentivirus.
En los años sesenta, Carlton Gajdusek inició el estudio de una rara
enfermedad llamada kuru, la cual es común en la tribu foré que
habita en las montañas de Nueva Guinea. El kuru es una
enfermedad degenerativa del cerebro y es particularmente común
entre los niños y las mujeres de la tribu. Debido a su distribución
familiar, por algún tiempo se pensó que el kuru era de origen
congénito. Sin embargo, Gajdusek demostró que el kuru podía ser
transmitido a otros primates, particularmente a los chimpancés, y
por lo tanto se trata de una enfermedad infecciosa. El kuru es
transmitido entre los miembros de la tribu foré por medio de un
canibalismo ritual que consiste en comer el cerebro de los parientes
recién fallecidos, generalmente las mujeres y niños de la tribu son
los practicantes de este canibalismo ritual. El descubrimiento del
origen del kuru constituye un interesante ejemplo de una
contribución de la antropología al campo de la epidemiología.
La Enfermedad de Creutzfeld-Jakob (ECJ) es una encefalopatía muy
similar al kuru, pero tiene una distribución mundial aunque su
ocurrencia es muy rara. Tanto el kuru como la ECJ son muy
similares a una enfermedad del ganado lanar conocida como scrapie
y que se caracteriza por el hecho de que los animales afectados
tienden a tallarse o rascarse contra cualquier objeto. Inicialmente,
estas enfermedades fueron atribuidas a un agente infeccioso con las
características de un virus lento, pero hace poco se demostró que el
agente causal del scrapie no puede ser inactivado por medio del
tratamiento con agentes que normalmente inactivan a los virus.
Tampoco se ha podido detectar la presencia de ácido nucleico en el
agente causal del scrapie que parece ser de naturaleza
exclusivamente proteica. Por estas razones, Stanley Pruisner,
descubridor del agente causal del scrapie, ha propuesto el término
prión para denominar provisionalmente al agente causal del scrapie,
cuyas características fisicoquímicas son muy similares a las de los
agentes causales del kuru y de la ECJ. Este hallazgo es
potenciaImente de enorme importancia, ya que sería el primer caso
conocido en que la información genética necesaria para la
replicación de un agente infeccioso no está contenida directamente
en un ácido nucleico sino en una proteina.
Originalmente fueron propuestas dos hipótesis para explicar la
replicación de los priones. La primera consiste en la activación de la
transcripción de un supuesto gene celular que codifica la proteína
del prión. La segunda consistiría en la supuesta traducción inversa",
en la cual una proteína (en este caso la del prión) es capaz de
dirigir su propia síntesis. Sin embargo, hasta el momento no existe
evidencia directa en apoyo de estos mecanismos.
Posteriormente, Brunori y Talbot propusieron un tercer mecanismo
para explicar la replicación de los priones sin contradecir los
postulados fundamentales de la biología molecular. La evidencia
disponible indica que los priones están constituidos por una proteína
denominada PrP, cuyo peso molecular varía de 27 000 a 30 000
daltones. Brunori y Talbot propusieron que la PrP podría
comportarse como una enzima proteolítica (capaz de digerir
proteínas), de manera que la replicación de la PrP es consecuencia
del ataque proteolítico de la propia PrP sobre una hipotética
proteína precursora denominada pre-PrP, la cual debería estar
presente en diferentes tejidos, incluyendo el cerebro, donde
desempeña una función normal. Esta replicación proteolítica sería
similar a otros casos bien conocidos en los cuales una enzima
proteolítica (como la enzima digestiva pepsina) actúa sobre un
precursor (como el pepsinógeno) digiriendo una porción del
precursor y produciendo así una nueva molécula con actividad
proteolítica.
La hipótesis de Brunori y Talbot, señala que en las células normales
debe detectarse la presencia de un gene (y su respectivo ARN
mensajero) que codifica una proteína muy similar a la PrP. A finales
de la década de los ochenta, investigadores norteamericanos
confirmaron la existencia en las células normales de un gene
(denominado Prn-p) que codifica a la proteína del prión (PrP).
También se pudo establecer que la PrP normal es una proteína que
se ubica en la membrana de las células nerviosas y participa en el
transporte de iones a través de dicha membrana. Por otra parte,
estudios bioquímicos permitieron establecer que la PrP anormal
presente en los cerebros de animales infectados con scrapie (Prpsc),
difiere de la PrP normal (PrPc) en que es menos soluble y muy
resistente a la acción de enzimas proteolíticas. No existe evidencia
alguna de que la diferencia entre PrPc y PrPsc se deba a una
modificación en la composición química de esta última, por esta
razón, varios investigadores han sugerido que la diferencia entre
PrPc y PrPSC es consecuencia de un sutil cambio en la conformación
espacial de PrPsc.
Con base en las observaciones arriba mencionadas y en otros datos
bioquímicos que demostraron que la proteína PrPc consta de una
sola cadena polipeptídica y, por lo tanto, que su estructura espacial
no está sujeta a finos cambios regulatorios como es el caso de las
proteínas oligoméricas (proteínas que con tan de más de una
cadena polipeptídica), propuse en 1992 que la replicación de PrPsc
es un proceso similar a la cristalización. En este proceso la Prpsc
infecciosa actúa como una "semilla" o "núcleo" de cristalización que
facilita la tansformación de la proteína normal PrPc en la forma
patogénica y anormal PrPsc. Hasta la fecha, no se conocen los
mecanismos que regulan los procesos de cristalización en general.
Sin embargo, es un hecho bien establecido que los químicos
cristalógrafos utilizan pequeños cristales como "semillas" o
"núcleos" que permiten y aceleran la formación de cristales a partir
de soluciones supersaturadas de diversas moléculas.
La hipótesis de Aranda Anzaldo predijo que sería posible replicar la
PrPsc infecciosa en condiciones in vitro y en ausencia de células, por
medio de la incubación de la PrPc normal en presencia de una cierta
cantidad de PrPsc. Dicha incubación daría como resultado la
conversión de PrPc normal a la forma PrPsc que es menos soluble y
muy resistente a las enzimas proteolíticas. A finales de 1994,
investigadores norteamericanos reportaron la formación de PrPsc a
partir de PrPc incubado in vitro (en ausencia de células) en
presencia de Prpsc que actuó como "semilla o núcleo" para facilitar
dicha transformación,
mencionada.
confirmando
así
la
hipótesis
arriba
Sin embargo, todavía permanecen muchas incógnitas en relación
con los priones y lo mejor es permanecer abiertos a futuras
sorpresas; recordemos que los dogmas, incluso los de tipo científico
como el llamado "dogma central de la biología molecular"
representan declaraciones de tipo universal generalmente basadas
en una lógica simplista y una limitada experiencia, por lo cual tarde
o temprano dichos dogmas deben sucumbir ante el avance de las
ideas y el conocimiento.
Una de las rutas más comunes de transmisión viral es la vía
respiratoria, que es utilizada no sólo por los virus que producen
padecimientos respiratorios sino también por virus que causan
infecciones generalizadas como el sarampión y la viruela. El virus,
una vez multiplicado, puede infectar otras células o escapar del
tracto respiratorio en el aerosol expulsado por medio de la tos, el
estornudo o el acto de hablar. Estos aerosoles son inhalados por
otros individuos en forma de gotitas infecciosas. Las gotas muy
grandes (>10 µm) tienden a caer al suelo; las muy pequeñas
(<0.3µ
µ m) se secan con gran facilidad, lo que resulta en una rápida
inactivación de las partículas virales. Por lo tanto, son las gotas de
tamaño intermedio las responsables de transmitir la infección viral.
Por ejemplo, las vellosidades nasales se encargan de remover las
partículas aéreas más grandes y solamente las gotas de un tamaño
muy particular tienen la capacidad de penetrar esta barrera. En
principio, el aumento de las secreciones pulmonares, nasales y
bucales asociado con ciertas infecciones respiratorias, favorece la
diseminación de los virus a otros sujetos susceptibles. Sin embargo,
existen otros factores de tipo ambiental y climatológico que
intervienen en la diseminación de la infección viral. En el caso de la
influenza, que es una infección viral particularmente común en los
meses de invierno, es posible invocar factores ambientales como la
temperatura y la humedad, al igual que factores sociales como el
hacinamiento en condiciones de ventilación limitada, que favorecen
la diseminación de esta infección.
La transmisión del virus por la vía oral-fecal es característica de los
enterovirus y ciertos picornavirus, como el virus de la hepatitis A.
Todos estos virus infectan al hospedero después de que han sido
ingeridos. La diseminación de estos virus es favorecida en
condiciones deficientes de sanidad pública e higiene personal. Al
mejorar la sanidad pública y ambiental se reduce la incidencia y
diseminación de las infecciones por enterovirus. Sin embargo, el
exceso en sanidad pública e higiene personal genera situaciones
paradójicas. Por ejemplo, el virus de la poliomielitis produce
generalmente infecciones digestivas asintomáticas en los niños,
pero al incrementarse las condiciones sanitarias ocurre un
desplazamiento en la distribución por edades de esta infección viral,
la cual, cuando es contraída en la adolescencia, tiene un curso más
grave y severo que se manifiesta como poliomielitis paralítica,
misma que ocurre muy rara vez entre los individuos infectados a
una edad temprana.
Algunos virus son transmitidos por la vía urinaria o genital.
Particularmente son de gran importancia médica aquellos virus que
pueden ser transmitidos por contacto sexual. El Herpes simplex tipo
2 se transmite casi siempre por contacto sexual y ha sido asociado
circunstancialmente con el desarrollo de cáncer del cérvix uterino.
En la actualidad, la infección por Herpes simplex tipo 2 constituye la
enfermedad venérea más común en los países desarrollados. Por
otra parte, el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es
transmitido principalmente por medio del contacto sexual, quizá a
través de abrasiones en la piel y en membranas mucosas.
Cuando un virus es transmitido de la madre a la progenie a través
de la placenta, se dice que la transmisión ocurre en forma vertical,
en contraste con la transmisión horizontal, que ocurre entre
individuos. Algunos virus que generalmente causan infecciones
leves, como el virus de la rubeola, pueden causar deformaciones
congénitas en el feto si éste es infectado durante los primeros tres
meses de desarrollo embrionario.
Algunos virus son transmitidos por medio de un organismo vector;
generalmente artrópodos como los mosquitos, los cuales inoculan el
virus en individuos susceptibles. El virus puede multiplicarse en el
propio vector o ser transmitido en forma pasiva, o sea, el virus no
se multiica mientras es acarreado por el organismo vector.
V I I I .
V I R U S
Y
T U M O R E S
LAS ENFERMEDADES tumorales o proliferativas, ya sean de tipo
benigno o maligno (canceroso), han sido objeto de atención durante
muchos siglos. En 1739, Lorenz Heister publicó un tratado de
cirugía en el cual, refiriéndose al tratamiento quirúrgico de los
tumores de la glándula mamaria, hacía hincapié en las precauciones
necesarias para evitar la contaminación de los tejidos sanos con la
... sangre infectada por el virus del cáncer. Es claro que Heister
utilizó el término virus en el mismo sentido que le daban los
médicos de la antigua Roma, o sea, como sinónimo de veneno
particularmente de origen animal. Sin embargo, las precauciones
recomendadas en el tratado de Heister implicaban que cuando
menos algunos tumores son de naturaleza transmisible y, por lo
tanto, capaces de ser adquiridos por contagio. Más de un siglo
después, en 1854, el médico francés Velpau dedicó un capítulo
completo de su tratado sobre el cáncer mamario a la discusión de
los posibles orígenes de tal enfermedad, poniendo particular
atención en los informes que apoyaban la naturaleza contagiosa del
cáncer. Alrededor de 1866, Goujon realizó una serie de
experimentos en los cuales implantó secciones de tejido tumoral
bajo el epitelio de ratas, cobayos y otros animales, y en algunos
casos observó la aparición de pequeños tumores tanto en las zonas
adyacentes al implante como en las vísceras del animal
experimental. Sin embargo, por aquel entonces no existía ninguna
teoría bien estructurada concerniente al posible modo como se
efectuaba la transmisión del cáncer.
A finales del siglo XIX, experimentos realizados con filtrados libres
de células demostraron la posibilidad de transmitir enfermedades
como el mosaico del tabaco. Tales experimentos llamaron la
atención de varios investigadores médicos que a su vez intentaron
transmitir el cáncer en animales experimentales utilizando filtrados
obtenidos a partir de tejidos tumorales. Estos tempranos intentos
fracasaron, pero a pesar de esto empezó a extenderse lentamente
la idea de que algunos virus filtrables podrían estar involucrados en
la etiología (causa u origen de una enfermedad) de algunos tipos de
cáncer. En 1908, los patólogos daneses Ellerman y Bang publicaron
sus experimentos que demostraban la inducción de leucemias en
pollos por medio de un filtrado libre de células. Por otra parte, en
los Estados Unidos, Peyton Rous había logrado inducir sarcomas en
pollos, utilizando filtrados obtenidos a partir de extractos tumorales
pasados a través de filtros impermeables a células y bacterias. El
trabajo de Rous, publicado en 1911, fue recibido con escepticismo o
absoluto rechazo por la mayoría de sus contemporáneos. Sin
embargo, Rous nunca perdió la convicción en la importancia de sus
resultados, los cuales eran apoyados indirectamente por el trabajo
de Ellerman y Bang, pero a principios de este siglo predominaba
una actitud negativa respecto del posible origen infeccioso de
ciertos tipos de cáncer y, por otra parte, las leucemias no eran
consideradas como una forma de cáncer, por lo cual no existían
razones aparentes para establecer conexiones entre el trabajo de
Rous y las observaciones de los patólogos daneses.
A pesar de esto, Rous continuó sus estudios y posteriormente
describió otros tipos de tumores filtrables característicos de gallinas
y otras aves de corral. Por fortuna, Rous tuvo una larga vida que le
permitió testimoniar el reconocimiento final a su trabajo,
simbolizado por el premio Nobel de medicina que le fue otorgado en
1966, o sea, cincuenta y cinco años después de haber publicado
aquel informe que estableció por primera vez una sólida asociación
entre el virus y la produccion de cáncer en animales.
En Londres, durante los años veinte, W. E. Gye realizó un estudio
sobre la sarcoma de los pollos; los resultados de este trabajo lo
convencieron de que el problema central del cáncer se reduciría
finalmente al de una enfermedad transmitida por virus. Esta teoría
continuo siendo motivo de anatema para la mayoría de los que se
dedicaban al estudio del cáncer, pero algunos colegas de Rous, que
también trabajaban en el Instituto Rockefeller; decidieron adoptar
una actitud más positiva al respecto. Así, T. M. Rivers se dedicó a
estudiar los cambios patológicos observados en una infección
común a los conejos, conocida como mixomatosis. Rivers llegó a la
conclusión de que esta enfermedad mostraba interesantes
paralelismos con el sarcoma de Rous, desde el punto de vista del
modo de transmisión. En 1931, R. E. Shope examinó unos
pequeños tumores presentes en un conejo recién fallecido. Shope
demostró que tales tumores podían ser transmitidos a otros conejos
a partir de un filtrado obtenido del tejido tumoral. Para entonces, ya
se encontraba bien establecida la existencia de los virus como
entidades bien caracterizadas en el nivel fisicoquímico, y estudios
inmunológicos permitieron establecer que el virus presente en los
filtrados obtenidos por Shope estaba emparentado con el agente
causal de la mixomatosis, a pesar de que ambas enfermedades
eran diferentes desde el punto de vista clínico y patológico. En
1932, Shope se dedicó a estudiar unos pequeños tumores conocidos
como papilomas, que eran observados con frecuencia en conejos
silvestres. Dichos papilomas constituyen un tipo de tumor benigno y
Shope pudo demostrar que eran causados por un virus filtrable. El
nuevo virus podía ser transmitido en serie a través de conejos
silvestres y también podía ser transmitido a los conejos domésticos.
Sin embargo, no era posible propagar el virus a partir de conejos
domésticos; este fenómeno sugirió a Shope que el virus se
encontraba en un estado enmascarado u oculto dentro de la especie
doméstica.
Rous y Beard continuaron estudiando los papilomas inducidos en los
conejos domésticos a partir del virus presente en conejos silvestres,
y descubrieron que estos tumores originalmente benignos se
convertían en carcinomas malignos en la especie doméstica.
En l91l, J. A. Murray había sido el primero en sugerir que factores
hereditarios podían influir el desarrollo del cáncer mamario en
ratones. Sin embargo, fue en 1936 cuando J. Bittner tuvo la idea de
permitir que ratones recién nacidos descendientes de una cepa
caracterizada por una baja incidencia de tumores mamarios fueran
amamantados por ratonas adultas pertenecientes a una cepa con
alta incidencia de carcinomas mamarios. Las observaciones de
Bittner lo llevaron a proponer la existencia de un factor presente en
la leche materna capaz de influir la inducción del cáncer mamario.
El agente transmitido en la leche de las ratonas adultas no era
expresado inmediatamente y los ratones afectados permanecían
libres de enfermedad hasta que llegaban a una edad media, a partir
de la cual empezaban a desarrollar tumores mamarios. Los
resultados de Bittner obligaron a replantear ciertas suposiciones
iniciales referentes al origen del cáncer. En primer lugar; tumores
que parecen tener un origen espontáneo, en realidad son inducidos
por un virus. En segundo lugar; es evidente que otros factores, tal
vez de naturaleza hormonal, participan en la aparición de dichos
tumores.
A principios de los años cincuenta, varios investigadores iniciaron
estudios sobre las leucemias murinas. Estos estudios permitieron
identificar y caracterizar diferentes virus causantes de estas
enfermedades. El primer virus causante de una leucemia murina fue
descrito por Gross en 1951. Este virus se transmite en forma
vertical, o sea, de los progenitores a los hijos en ciertas cepas de
ratones conocidas como endogámicas porque el apareamiento
ocurre entre ratones descendientes de los mismos progenitores. El
virus de Gross resultó ser de manifestación clínica tardía, siendo
necesario que los ratones infectados alcanzaran cierta edad y una
particular constitución hormonal antes de manifestar cualquier
signo de leucemia. Dos años después, Gross descubrió que en
realidad estaba estudiando dos virus diferentes y que además de
leucemia algunos ratones infectados desarrollaban tumores de las
glándulas parótidas. El virus que causa el tumor de las parótidas fue
estudiado por Eddy y Stewart, quienes en 1957 descubrieron que
este virus incrementaba su virulencia después de haber sido
propagado en tejido embrionario de ratones o de simios,
adquiriendo de esta manera la capacidad de producir tumores
diversos en una variedad de hospederos como ratas, hámsteres y
conejos. Este virus fue rebautizado como virus del polioma.
Posteriormente, Eddy y colaboradores iniciaron el estudio de un
virus de los simios conocido como virus SV40, mismo que causa
infecciones latentes y al parecer innocuas en las células renales de
ciertas especies de monos. Sin embargo, se encontró que este virus
es capaz de producir tumores en hámsteres recién nacidos. Así, el
estudio de los virus causantes de la leucemia murina y del virus
SV40 indicó que algunos virus pueden encontrarse en estado
silencioso o latente dentro de sus hospederos naturales y sólo
manifiestan una capacidad para producir tumores (oncogénesis)
cuando son introducidos en otras especies animales. Por ejemplo,
varios tipos de adenovirus que usualmente causan infecciones
respiratorias en humanos y en apariencia no tienen capacidad
oncogénica en el hombre (su hospedero natural), son capaces de
inducir tumores en hámsteres y ratas.
En 1956, Gierer y Schramm desarrollaron métodos que les
permitieron demostrar que la infectividad del virus del mosaico del
tabaco residía en el ácido nucleico de este virus, esta metodología
fue posteriormente aplicada al estudio de los virus oncogénicos, lo
que permitió a Ito demostrar en 1960 que el factor productor de
tumores presente en el virus del papiloma residía en el ácido
nucleico (ADN) del virus.
Virus como los descritos en los párrafos anteriores son conocidos
como virus oncogénicos, pero se utiliza una terminología más
cautelosa para describir otro grupo de virus que también han sido
asociados con la producción de cáncer. Estos virus están
representados principalmente por los herpesvirus asociados a
tumores que, como el nombre sugiere, han sido encontrados en
asociación con varios tipos de tumores tanto en humanos como en
una gran variedad de animales. En 1907, Marek describió una
enfermedad de pollos y gallinas que afectaba el sistema nervioso de
estos animales. En 1929, Pappenheimer y colaboradores
encontraron una alta incidencia de tumores linfoides en los ovarios
de aves afectadas por la enfermedad de Marek. Después de la
segunda Guerra Mundial, la cría de aves de corral alcanzó
proporciones masivas y a consecuencia de esto la enfermedad de
Marek pareció ganar en virulencia y modificar su curso natural de
manera que la aparición rápida de tumores de tipo linfoide en las
vísceras de las aves afectadas pasó a ser el principal signo de esta
enfermedad. En 1967, Biggs y Churchill fueron capaces de propagar
el agente causal de la enfermedad de Marek en cultivos de células y
posteriormente lograron aislar el virus que resultó pertenecer al
grupo de los herpesvirus. Los efectos citopáticos del virus de Marek
son parecidos a los producidos por otros herpesvirus, como el
varicela-zoster. En 1969, Churchill y colaboradores produjeron una
vacuna a partir de virus de Marek atenuados por medio de la
repetida propagación de los mismos en cultivos celulares; esta
vacuna fue capaz de proteger a los pollosinoculados, evitando la
aparición de los tumores linfoides asociados con la enfermedad de
Marek.
En 1934, Lucké observó que ciertos carcinomas renales muy
comunes en ranas silvestres de los lagos de Nueva Inglaterra
podían ser transmitidos por medio de extractos obtenidos a partir
de las células tumorales. Estudios posteriores demostraron la
persistente asociación de un herpesvirus con las células de los
tumores renales. Ciertos experimentos sugieren que este
herpesvirus es el agente causal de los tumores, pero no ha podido
ser descartada por completo la posibilidad de que algún otro virus o
agente sea el verdadero causante de la enfermedad y el herpesvirus
asociado con la misma sea un simple pasajero intracelular.
En 1968, Meléndez y colaboradores aislaron un herpesvirus a partir
de monos ardilla y posteriormente pudieron propagar el virus en
cultivos de células procedentes de estos monos que son infectados
con frecuencia por el virus en cuestión. Este virus ahora es conocido
como Herpesvirus saimiri y es capaz de producir leucemias y
linfomas cuando es inoculado en otras especies diferentes al
hospedero natural, como lémures y monos araña e incluso en
conejos de Nueva Zelanda.
En 1972, el mismo grupo de investigadores logró aislar otro virus,
el Herpesvirus ateles, a partir del mono araña, este virus también
produce linfomas y leucemias cuando es inoculado en otras especies
de monos diferentes al hospedero natural.
Denis Burkitt describió en 1962 un tumor caracterizado por un
crecimiento del tejido linfoide presente en el maxilar inferior. Este
tumor; ahora conocido como linfoma de Burkitt es relativamente
frecuente en ciertas regiones ecuatoriales del este de África y
también en Nueva Guinea. El tumor ocurre sobre todo en niños de 5
a 12 años y es excepcionalmente raro en otras regiones del mundo.
En África y Nueva Guinea el tumor es frecuente en particular entre
la población de escasos recursos que habita en áreas donde la
malaria causada por el parásito Plasmodium falciparum es
endémica. Esta observación hizo pensar que el tumor podría ser
causado por un agente infeccioso transmitido por mosquitos al igual
que el agente de la malaria, y que la propia malaria podría ser un
factor asociado en la inducción del tumor. En 1964, Epstein y
colaboradores detectaron un herpesvirus, ahora conocido como
virus de Epstein-Barr (EBV), en cultivos de células linfoblásticas
obtenidas a partir de un linfoma de Burkitt. Poco tiempo después,
en 1966, Henle y Henle demostraron que anticuerpos contra los
antígenos característicos del EBV se encuentran presentes cuando
menos en 80% de los adultos normales en cualquier parte del
mundo. Sin embargo, la presencia de un título elevado de
anticuerpos contra EBV en pacientes con linfoma de Burkitt sugiere
que este virus es el principal factor causal del tumor. Trabajos
posteriores han demostrado que el EBV es el agente causal de una
muy común y poco peligrosa enfermedad infecciosa conocida como
mononucleosis
infecciosa.
Los
estudios
epidemiológicos
subsecuentes han reforzado la asociación entre el EBV, el linfoma
de Burkitt y otro tipo de cáncer humano: el carcinoma
nasofaríngeo, que es prevalente en el sureste de Asia,
particularmente entre la población de chinos cantoneses. La
restringida distribución geográfica característica de ambos tumores
asociados con el EBV sugiere que el virus puede ser el factor causal
en ambos tumores, pero que también existen factores de tipo
ambiental y étnico involucrados en la aparición de dichos tumores.
A principios de los años sesenta, Renato Dulbecco y colaboradores
iniciaron el estudio de las interacciones entre los virus oncogénicos
y las células hospederas; esto condujo a la caracterización del
fenómeno conocido como transformación celular. Las células
normales, cuando son cultivadas en el laboratorio, solamente
pueden crecer si están adheridas a una superficie sólida; estas
células dan origen a monocapas de células cuyo grosor es
equivalente al de una sola célula. Las células normales manifiestan
la llamada inhibición por contacto, que se caracteriza por una
suspensión del crecimiento celular una vez que la célula entra en
contacto directo con las otras células que la rodean. Por otra parte,
las células normales mueren inevitablemente después de haber sido
mantenidas en cultivo por un tiempo determinado. Por el contrario,
las células transformadas al estado tumoral muestran una pérdida
de la inhibición por contacto y son capaces de crecer en forma
apilada, originando focos de diferente grosor en un cultivo de
células en monocapa. Estas células transformadas se vuelven
capaces de crecer en suspensión prescindiendo de la necesidad de
contar con un soporte sólido como condición necesaria para iniciar
el crecimiento. Las células transformadas se vuelven "inmortales" y
es posible mantenerlas en cultivo por tiempo indefinido. Las células
normales requieren de la presencia de suero y otros factores de
crecimiento en el medio de cultivo, mientras que las células
tumorales o transformadas manifiestan un menor requerimiento de
estos factores. Estas claras diferencias entre las células normales y
las células transformadas han servido de base para desarrollar
ensayos y métodos experimentales que permiten explorar el
proceso o procesos por medio de los cuales ciertos tipos de virus
son capaces de producir tumores
I X .
L O S R E T R O V I R U S : L A C L A V E
L A O N C O G É N E S I S V I R A L
D E
A PRINCIPIOS de los años sesenta, Howard Temin demostró que era
posible inducir con una alta frecuencia mutaciones en el genoma del
virus del sarcoma de Rous (RSV) presente en el interior de células
infectadas por dicho tipo de virus. Las mutaciones producidas en el
genoma viral se manifestaban como cambios en la morfología de las
células infectadas y el genoma viral mutante podía ser heredado en
forma estable por la subsecuente progenie celular. Esta observación
condujo a pensar que la información genética del virus se
encontraba presente en una estructura de la célula hospedera capaz
de ser heredada en forma regular. Así nació la idea del "provirus" y
la especulación de que este hipotético provirus se encontraba
integrado en el genoma de la célula hospedera. El principal
problema de esta hipótesis consistía en que hasta entonces no se
conocía ningún camino por el cual el ARN que constituye el material
genético del RSV pudiera ser convertido en ADN y de esta manera
ser integrado en el genoma de la célula hospedera. El llamado
dogma central de la biología molecular sostenía que la información
genética solamente fluye en forma unidireccional: ADN
ARN
Proteína. Sin embargo, Temin observó que ciertas substancias
capaces de intercalarse en la molécula de ADN y bloquear la síntesis
de ARN dirigida normalmente por el ADN, eran también capaces de
bloquear la síntesis de ARN viral en células infectadas por RSV. Esta
observación sugería en forma indirecta la posibilidad de que en este
caso la información genética fluía de ARN hacia ADN y de nuevo hacia
ARN
Proteína. Experimentos posteriores demostraron que era
necesaria la síntesis previa de un nuevo tipo de ADN en las células
infectadas por RSV para que se produjeran las nuevas partículas
virales; por lo tanto, este nuevo tipo de ADN era producido en las
células como consecuencia de la infección por RSV. Esta paradójica
observación implicaba que de alguna manera desconocida el ARN
viral inducía la síntesis de un cierto tipo de ADN, el cual a su vez era
necesario para la futura producción de nuevo ARN viral. Con base en
estos resultados, Temin póstuló en 1964 la hipótesis del provirus.
Esta hipótesis propone que el ARN que constituye el genoma del RSV
infectante actúa como templado para dirigir la síntesis de una
molécula de ADN que es equivalente al ARN viral original. Este nuevo
ADN viral puede integrarse en forma de provirus en el genoma (ADN)
de la célula hospedera donde subsecuentemente actuará como
templado para la síntesis de nuevo ARN viral que constituirá la
progenie del virus infectante (figura IX.I).
Durante casi 6 años la hipótesis del provirus permaneció
prácticamente ignorada hasta que en 1970 Temin y Baltimore,
trabajando por separado y en forma independiente, demostraron la
existencia de una actividad enzimática codificada por el genoma del
RSV; esta actividad es capaz de dirigir la síntesis de ADN a partir de
ARN viral. Esta nueva enzima fue bautizada como transcriptasa
inversa y constituyó el eslabón necesario para explicar el
mecanismo de transmisión de la información genética propuesto en
la hipótesis del provirus. La prueba formal de esta hipótesis fue
obtenida por medio de experimentos de hibridación de ácidos
nucleicos en los cuales el ARN viral marcado radiactivamente mostró
un mayor índice de hibridación con el ADN de células infectadas que
con el ADN de células no infectadas por RSV. Este resultado se debe a
que el ADN de las células infectadas contiene secuencias
complementarias al ARN viral. Posteriormente, experimentos
realizados con ADN obtenido a partir de células infectadas de
antemano con RSV, mostraron que es posible transfectar; o sea,
introducir el ADN purificado en células no infectadas, mismas que
posteriormente darán origen a viriones completos de RSV a partir de
la información contenida en el ADN introducido a la célula.
Figura IX.1. Hipótesis del protovirus para el origen de los genes
cancerosos y la generación de virus ARN oncogénicos. En el
ejemplo ilustrado, el virus del sarcoma de Rous (RSV) es
visualizado como si se originara a partir de un virus con bajo
potencial oncogénico como el virus de la leucosis aviaria (AVL).
Las líneas zigzagueantes anchas indican ADN involucrado en la
transferencia de información desde el ADN y de nuevo hacia ADN
por medio de la enzima transcriptasa inversa. El ARN del ALV
incorpora el ARN transcrito a partir del ADN anormal propio de una
célula cancerosa y de esta manera se convierte en el virus
oncogénico
RSV.
Temin propuso una extensión de la hipótesis del ADN proviral. Esta
nueva idea, conocida como la teoría del "protovirus", postula que
cuando menos una parte del genoma de los virus oncogénicos ha
surgido como consecuencia del proceso evolutivo a partir del ADN de
células normales que han sido alteradas por algún agente
carcinogénico. La recombinación genética entre el ADN viral y el ADN
celular puede resultar en carcinogénesis debido a la inserción del
híbrido de ADN viral y celular en un sitio inadecuado dentro del
genoma de una céla hasta entonces normal; esto puede propiciar la
activación de genes normalmente inactivos en las células adultas.
Por su parte, Huebner y Todaro propusieron en 1969 la hipótesis del
oncogene. Según esta hipótesis, las células de la mayoría de los
vertebrados contienen genomas correspondientes a virus ARN
oncogénicos, incluyendo las secuencias que codifican las actividades
que pueden transformar a una célula normal en célula tumoral
(oncogenes). De acuerdo con esta hipótesis, las secuencias
correspondientes a los oncogenes son transmitidas en forma
vertical de los progenitores a la progenie y, por lo tanto, la
aparición del cáncer será determinada por la reactivación de esos
oncogenes endógenos cuya expresión está normalmente reprimida.
Dicha reactivación puede ser inducida por carcinógenos químicos,
irradiación, envejecimiento celular o una combinación de todos
estos factores. Esta teoría ofrece una explicación para la
frecuentemente observada transmisión vertical de ciertos virus
animales y la interacción cooperativa entre irradiación, carcinógenos
químicos, infecciones crónicas y los virus oncogénicos en la
producción de transformación celular.
Las dos teorías o hipótesis mencionadas proponen en común que el
cáncer es consecuencia de la expresión de ciertos genes presentes
en las células, mismos que normalmente no son expresados o lo
hacen con muy baja intensidad; por lo tanto, el cáncer es
consecuencia de una pérdida en la regulación de la expresión
genética (figura IX.2.).
Los retrovirus han sido definidos como virus ARN que en forma
obligatoria se propagan a través de un intermediario intracelular
constituido por una molécula de ADN de cadena doble sintetizada por
la enzima transcriptasa inversa característica de estos virus, a partir
del ARN que constituye el genoma viral.
Si se supone que las secuencias correspondientes a los genes
oncogénicos presentes en los retrovirus tumorales no son
necesarias para la replicación de estos virus, como ocurre en el
caso del RSV, sino que, por el contrario, constituyen genes extras
que proporcionan una cierta ventaja selectiva para la proliferación
celular, entonces se deduce que las células transformadas por
retrovirus oncogénicos deben contener secuencias de ácido nucleico
que no están presentes en los retrovirus no oncogénicos
pertenecientes al mismo tipo o clase viral que los retrovirus
oncogénicos en cuestión. Esta idea predice que el genoma del virus
transformante (oncogénico) debe codificar cuando menos una
proteína que está específicamente asociada con el proceso de
transformación y que esta proteína no es necesaria para la
replicación del virus a pesar de cumplir una función en las células
hospederas transformadas por el virus.
A principios de los años setenta diferentes grupos de investigadores
encontraron evidencia de que los virus del sarcoma aviario (de los
cuales el RSV es un ejemplo) contienen más información genética
que la presente en cepas de virus similares, pero que han perdido
su capacidad para transformar células. Las cepas de virus del
sarcoma
aviario
(ASV)
conocidas
como
"defectuosas
en
transformación", no pueden inducir sarcomas en animales
experimentales, tampoco transforman células en cultivo y carecen
de 10 a 20% de la información genética (ARN) presente en virus
similares, pero que cuentan con capacidad transformante. Sin
embargo, estos virus defectuosos en transformación son capaces de
infectar células y replicarse en forma normal dando origen a nueva
progenie viral. Esto indica que la eliminación de la porción del
genoma que codifica la actividad o actividades transformantes no
tiene efecto alguno sobre la capacidad del virus para replicarse. De
hecho, la gran mayoría de los retrovirus directamente oncogénicos,
es decir, capaces de transformar directamente a la célula infectada
mediante la expresión de un oncogene viral, son virus "defectuosos
en replicación". O sea que estos virus oncogénicos no pueden
replicarse porque han perdido funciones virales esenciales para su
replicación, ya que las secuencias génicas que codifican dichas
funciones han sido sustituidas por la secuencia correspondiente al
oncogene celular, mismo que fue adquirido por el genoma viral
mediante un proceso mal comprendido y que se conoce como
"transducción". Por esta razón, la mayoría de los retrovirus
directamente oncogénicos sólo pueden ser propagados en presencia
de un virus auxiliar, el cual debe ser un retrovirus capaz de
replicarse y, por lo tanto, no es oncogénico. El retrovirus auxiliar
aporta las funciones virales que están ausentes en el retrovirus
oncogénico, y así permite la replicación y propagación de este
último. Por lo tanto, la propagación de retrovirus directamente
oncogénicos es un fenómeno de laboratorio, ya que en condiciones
naturales es muy improbable que una misma célula sea coinfectada
por el retrovirus oncogénico y el retrovirus auxiliar. De hecho, no
existen reportes de epidemias de cáncer en animales silvestres.
Figura IX. 2. Esquema que ilustra una posible manera de cómo el
protovirus puede causar una reorganización de los cromosomas
de una célula para producir información oncogénica. El protovirus
transcribe un segmento del gene en ARN (minúsculas), el cual es
copiado en ADN e insertado en una nueva posición dentro del
cromosoma. La repetición de este proceso puede en algunos
casos producir un alineamiento paralelo de los genes
(encasillados) que son necesarios para producir carcinogénesis.
En 1976, Bishop, Varmus y colaboradores lograron aislar el
fragmento del genoma del virus del sarcoma de Rous (RSV) que
codifica la actividad encargada de inducir la transformación celular.
Este gene fue bautizado como v-src. El mismo grupo de
investigadores demostró que en el genoma de células
transformadas por RSV y también en el genoma de células normales
no infectadas por éste virus, existen secuencias homólogas aunque
no completamente idénticas al v-src; estas secuencias homólogas
fueron observadas en el genoma de células de aves, ratones, peces,
bovinos y humanos, pero no en células de erizo de mar, mosca de
la fruta ni en bacterias. Este resultado sugiere que una porción del
gene src ha sido conservada en el genoma de las células de
organismos superiores a lo largo de varias etapas de la evolución.
ARN
mensajero
Estudios
posteriores
demostraron
que
complementario a la secuencia presente en el ADN correspondiente
al gene v-src se encuentra presente en el interior de células aviarias
tumorales y normales. Esto indica la presencia del gene src y la
transcripción de este gene en ambos tipos de células. Con el fin de
evitar confusiones, el gene viral que codifica la función
transformante ha sido designado v-src, mientras que la secuencia
de ADN correspondiente a src y que está presente en el genoma de
las células normales ha sido designada como c-src. Otros
experimentos demostraron que la localización y concentración
intracelular del ARNm correspondiente al gene transformante v-src
es de hecho la misma tanto en células transformadas por RSV como
en células que originalmente fueron transformadas por RSV pero que
han revertido en forma espontánea al estado normal. Esto sugiere
que la presencia del gene src y la transcripción del mismo no son
específicas de las células transformadas. Por lo tanto, si el gene src
está verdaderamente involucrado en el proceso de transformación,
el factor esencial debe estar localizado en el nivel de la traducción a
proteína del ARNm correspondiente al gene v-src o en el nivel del
electo que tiene la proteína codificada por v-src sobre ciertos
componentes celulares.
La proteína codificada por el gene v-src ha sido identificada y se ha
encontrado que dicha proteína está presente tanto en células
normales como en células transformadas. Esta proteína fue aislada
por métodos inmunológicos utilizando el suero inmune obtenido de
conejos que recibieron transplantes de tumores inducidos por el
virus del sarcoma aviario (ASV). Con este suero fue posible
precipitar una proteína con peso molecular de 60 000 daltones (p
60v-src), a partir de extractos de células de pollo y de hámster que
habían sido transformadas por el ASV. Posteriormente, ha sido
posible sintetizar la proteína p 6-src in vitro a partir de la región del
ARN viral que contiene al gene v-src. La proteína p 60v-src es una
fosfoproteína, o sea, tiene adosado un átomo de fósforo, el cual
puede ser despegado en forma reversible. Se dice que la proteína
está fosforilada cuando tiene el fósforo adherido a ella y esta forma
de la proteína se denomina pp 60v-src. Curiosamente, la proteína p
60v-src tiene actividad de proteína cinasa, o sea, es capaz de
fosforilar a otras proteínas. La fosforilación ocurre en los residuos
del aminoácido tirosina presentes en la proteína a ser fosforilada.
Ésta es una característica muy peculiar, ya que otras proteínacinasas conocidas tienen los aminoácidos serina y treonina como
blanco de la actividad fosforilante. En células de pollo infectadas con
el virus del sarcoma de Rous (RSV) ha sido identificada una proteína
con peso molecular de 36 000 daltones, la cual en apariencia
constituye el blanco (sustrato) de la actividad fosforilante asociada
con p 60v-src. Paradójicamente, existe evidencia de que p 60v-src es
capaz de autofosforilarse. Por otra parte, se ha identificado en
células normales la presencia de una proteína fosforilada muy
similar pero no idéntica a pp 60c-src. Dicha proteína es denominada
pp 60c-src, la concentración de esta proteína en células normales se
mantiene constante y no varía con el estado de crecimiento celular;
a diferencia de la proteína homóloga pp 60v-src, la cual está presente
en grandes cantidades en las células infectadas por el ASV. Existe
sólida evidencia de que la secuencia básica de aminoácidos que
constituyen la proteína pp 60c-src ha sido conservada con mínimos
cambios por diferentes especies a lo largo de la evolución. El hecho
de que en el gene c-src está presente la secuencia de nucleótidos
que codifica a la proteína p 60v-src sugiere que el gene normal c-src
presente en las células de varias especies es el progenitor del gene
v-src característico de los virus del sarcoma aviario. Esta
observación es consistente con la hipótesis del protovirus propuesta
por Temin. Hasta la fecha, no ha sido posible establecer con
claridad la función de p 6Oc-src en las células normales, tampoco ha
sido posible definir con claridad el papel que tiene p 60v-src en la
transformación celular. Es probable que esta proteína codificada por
el gene transformante presente en los virus del sarcoma aviario
tenga otras funciones aparte de su capacidad fosforilante, las cuales
podrían estar más directamente involucradas en el proceso de
transformación celular.
En los últimos diez años diferentes grupos de investigadores han
podido aislar otros genes virales con capacidad transformante a
partir de diferentes tipos de retrovirus que afectan a diversas
especies animales y producen diferentes tipos de tumores. En todos
los casos estudiados hasta la fecha, ha sido posible encontrar en las
células normales cuando menos un gene cuya secuencia de
nucleótidos es muy similar a la del gene transformante presente en
el genoma de cada tipo de retrovirus oncogénico estudiado. Estas
observaciones apoyan en forma muy importante los postulados
básicos de la hipótesis del oncogene celular propuesta por Huebner
y Todaro.
Se deonomina proto-oncogenes a ciertos genes celulares que
codifican diversas funciones celulares muy importantes para el
control de los procesos de diferenciación, división y proliferación
celular. Las diversas proteínas que son productos de estos genes
cumplen diversas funciones en las células: algunas actúan como
factores de crecimiento celular que son secretados al medio externo
para que puedan estimular a otras células; otras son receptores
membranales capaces de ligar moléculas que actúan como factores
de crecimiento celular; otras proteínas transmembranales que
actúan como transmisores (transductores) de las señales generadas
por la interacción entre los factores membranales o citoplásmicas
que pueden regular la actividad de otras proteínas al fosforilarlas
(cinasas de proteínas). Por último, los productos de varios protooncogenes actúan directamente como reguladores de la expresión
de diversos genes, ya que son proteínas con capacidad para
pegarse a secuencias específicas del ADN celular, mismas que
constituyen las regiones promotoras o activadores de la expresión
de ciertos genes.
Todos estos proto-oncogenes pueden convertirse en oncogenes
cuando sufren mutaciones que alteran su secuencia de nucleótidos.
Las mutaciones pueden consistir en la sustitución o eliminación de
uno o varios nucleótidos, situación que modifica la información
codificada por el proto-oncogene y que resulta en la producción de
una proteína modificada y con función alterada. Sin embargo,
también existen las mutaciones causadas por inserciones génicas.
Por ejemplo, el ciclo replicativo de los retrovirus implica que el
genoma viral, en forma de provirus de ADN, debe integrarse en el
genoma celular; dicha integración ocurre en sitios al azar. Algunos
retrovirus son indirectamente oncogénicos porque se integran cerca
de un proto-oncogene. Como consecuencia de esta integración
puede ocurrir que las secuencias promotoras de la expresión de los
genes retrovirales, conocidas como secuencias LTR, queden
contiguas a la secuencia del proto-oncogene, de manera que la
interacción de estas secuencias promotoras con factores de
transcripción virales o celulares puede resultar en la hiperactivación
del proto-oncogene, el cual ahora se comporta como un oncogene
que produce en forma anárquica el ARN mensajero que codifica a
una proteína normal, misma que al encontrarse en exceso, induce
la transformación celular. También puede ocurrir que como
consecuencia de un evento defectuoso de integración retroviral, un
segmento de un gene viral quede contiguo a un segmento de un
proto-oncogene celular, el resultado de este fenómeno es la
creación de un gene quimérico, mismo que codifica a una proteína
quimérica la cual funciona en forma alterada y puede desencadenar
el proceso de transformación celular.
Fenómenos fisocoquímicos y ambientales como las radiaciones,
pueden inducir rupturas y rearreglos en los cromosomas. Como
resultado de estos rearreglos puede ocurrir que la secuencia de un
proto-oncogene queda contigua a la secuencia promotora de la
expresión de otro gene de mayor actividad. Esto resulta en la
hiperactivación del proto-oncogene que se comporta como
oncogene al ocasionar la sobreproducción de su proteína codificada,
situación que provoca la pérdida de la regulación de la división y
proliferación celular.
En 1978 se aisló por primera vez un retrovirus humano a partir de
un cultivo de células conocidas como linfocitos T, procedentes de un
paciente con un raro tipo de leucemia. Este retrovirus es ahora
conocido como virus linfotrópico humano tipo 1 o HTLV-l, y es el
prototipo de más de 100 diferentes muestras del mismo virus
obtenidas alrededor del mundo. Antes, en 1977, Takatsuki y
colaboradores habían descrito un raro tipo de cáncer conocido como
leucemia de células T del adulto (ATL), el cual es relativamente
frecuente en ciertas partes del sudoeste de Japón. El tipo y las
características morfológicas de las células de este tumor son muy
similares a las de las células a partir de las cuales se aisló el HTLV1. Esta observación hizo sospechar que este virus podría ser el
agente causal de la leucemia tipo ATL. En 1981, Gallo y
colaboradores analizaron el suero de pacientes japoneses afectados
por esta rara forma de leucemia y en el 100% de los casos
encontraron la presencia de anticuerpos contra el HTLV-1. El
siguiente paso consistió en el aislamiento del virus a partir de
células obtenidas de pacientes con ATL. Esto fue logrado por
Yoshida y colaboradores en 1982 y pronto fue demostrado que el
virus de la leucemia ATL es idéntico al HTLV-1. Posteriormente fue
posible identificar otras zonas y poblaciones del mundo en las
cuales la presencia de este virus es endémica. En 1982 se descubrió
un virus en particular prevalente en los monos verdes africanos;
este virus, denominado virus linfotrópico de simios tipo 1 (STLV4),
es homólogo en más de 95% al HTLV-l. Esta observación, asociada
con datos referentes a la distribución geográfica del HTLV, ha hecho
especular que el retrovirus humano es descendiente del retrovirus
presente en los monos, el cual está asociado con la producción de
linfomas
malignos
en
los
monos
infectados.
Estudios
epidemiológicos, experimentos de transformación celular con
linfocitos T normales y la caracterización de las propiedades
moleculares del HTLV-1, sugieren que este virus puede estar
involucrado en los mecanismos que causan la leucemia tipo ATL.
Todas las células tumorales ATL contienen un genoma de HTLV-1 en
forma de provirus, mismo que no está presente en las células
normales. El provirus es clonal, o sea, es exactamente igual en
todas las células tumorales; esto indica que cada provirus es
descendiente directo del provirus progenitor presente en la célula
que dio origen al tumor. Este hecho implica que la infección por
HTLV-1 ocurre antes del primer evento de transformación celular,
mismo que dará origen a la primera célula tumoral. El sitio de
integración del provirus dentro del genoma celular es el mismo en
todas las células, pero varía de un paciente a otro ya que en
diferentes enfermos el tumor se origina a partir de un linfocito T
diferente. La figura IX.3 ilustra tres diferentes modelos propuestos
para explicar la producción de leucemia por tres diferentes tipos de
retrovirus.
Figura IX.3. Mecanismos de leukemogénesis viral. (a) Los virus
productores de leucemias agudas capturan genes derivados de
las
células
(oncogenes)
que
codifican
proteínas
específicas
involucradas en la transformación celular. Algunas de estas
proteínas son promotoras del crecimiento celular y pueden estar
localizadas en la membrana, el citoplasma o el núcleo celular.
Estos posibles sitios de acción son indicados por las flechas. Estas
proteínas actúan en trans,o sea, sobre una región del ADN
diferente a la que contiene el oncogene y el provirus integrado;
por lo tanto, no se requiere de un sitio constante y específico
para la integración del provirus. (b) Los virus productores de
leucemias crónicas activan genes celulares a causa de que se
integran en forma de provirus en una posición próxima a los
genes afectados. Los genes celulares activados pueden ser protooncogenes. El mecanismo de activación en cisrequiere de la
conservación de sitios de integración proviral específicos. (c) El
virus HTLV-1, asociado con la leucemia tipo T del adulto (ATL),
produce una proteína nuclear (TAT) que activa la transcripción de
genes localizados en segmentos del genoma diferentes a los que
contiene el provirus integrado (activación en trans);por lo tanto,
no es necesario que exista un sitio específico para la integración
del provirus. Se ha especulado que el producto del gene ta tes
capaz
de
activar
la
expresión
de
genes
promotores
del
crecimiento celular (GPG) específicos para células linfoides. Las
letras LTR indican las secuencias repetidas invertidas que están
presentes en ambos extremos del genoma correspondiente al
provirus
integrado
o
al
virus
VIRUS DEL PAPILOMA HUMANO
HTLV-1
no
integrado.
Desde la época grecoromana se sospechaba que las verrugas en la
región anogenital del humano podían ser de origen venéreo. El
origen infeccioso de estas verrugas fue establecido a fines del siglo
XIX, y en 1907 Ciuffo demostró la transmisión de los papilomas
epidérmicos, por medio de la inoculación de voluntarios con
filtrados libres de células obtenidas a partir de estos papilomas (las
verrugas o tumores benignos conocidos como "mezquinos"). Esto
demostró la etiología viral de los papilomas (mezquinos). En 1932,
Shope aisló el virus del papiloma de conejo, mismo que produce
papilomas y tumores en la piel del conejo. Este virus fue el primer
modelo para estudiar el posible papel oncogénico de los virus en los
mamíferos. Desde entonces empezó a sospecharse que puede
existir una cooperación entre ciertos virus y carcinógenos químicos
durante el desarrollo de ciertos tipos de tumores.
El estudio de los virus del papiloma humano (VPH) o Human
Papilloma Virus (HPV) ha estado limitado por la falta de sistemas
para cultivarlo in vitro, ya que este tipo de virus solamente infecta
células epiteliales y sólo se replica activamente en células
epidérmicas (queratinocitos) totalmente diferenciadas, mismas que
no pueden ser mantenidas en cultivo por largo tiempo. Sin
embargo, el advenimiento de las técnicas de ingeniería genética ha
permitido "donar" los genomas de varios tipos de virus del papiloma
humano HPV, obtenidos a partir de biopsias de tejidos infectados.
Hasta la fecha han sido identificados 68 genotipos diferentes de
HPV. Por convención, se considera que dos cepas de HPV
constituyen tipos diferentes si la secuencia de nucleótidos de sus
genomas manifiestan una homología menor a 50%.
Existen virus del papiloma en diferentes especies animales y cada
uno de estos virus es específico para la especie a partir de la cual
fue aislado, o sea que el HPV no infecta especies animales y los
virus de animales no pueden infectar al humano. Todos los virus del
papiloma (papilomavirus) pertenecen al grupo de los papovavirus y
se caracterizan por ser virus sin envoltura con cápside icosaédrica y
con un genoma circular de ADN de doble cadena que consta de
aproximadamente 8 000 pares de bases. Las infecciones por HPV
tienen una dis tribución mundial.
Se ha podido establecer que la infección por HPV tipo 5 está muy
asociada con el desarrollo de cáncer de piel en pacientes que
padecen una rara enfermedad congénita llamada epidermodisplasia
verruciforme (EV). Por otra parte, desde mediados del siglo XIX se
ha sospechado que el cáncer del cérvix (cuello) uterino puede ser
de origen infeccioso. Estudios epidemiológicos realizados entre 1960
y 1970 parecían implicar al virus Herpes simplex tipo 2 en la
etiología de este tipo de cáncer; sin embargo, en 1974 surgió la
primera evidencia de una asociación entre la infección por HPV y el
subsecuente desarrollo de cáncer cérvico uterino (CaCu). En 1984
el grupo dirigido por Harald zur Hausen reportó el aislamiento
frecuente de los HPV 16 y 18 a partir de tumores cervicouterinos.
En la actualidad se sabe que el HPV 16 está presente
aproximadamente en de 50% de los CaCus, mientras que el HPV 18
se encuentra cerca del 20% de estos tumores. Otros tipos de HPV
han sido encontrados en muestras de CaCu, por lo cual casi el 90%
de los tumores cervicouterinos son positivos a HPV. El periodo de
latencia entre la infección primaria y la aparición del cáncer es del
orden de 20 a 40 años. Esta situación es similar a la observada en
otros tumores humanos asociados con infecciones virales como son
el cáncer de hígado con el HBV y la leucemia de células T del adulto
con el HTLV-1.
En la mayoría de las lesiones pretumorales asociadas con infección
por HPV, se observa que el ADN viral persiste en forma de episoma o
sea, como un minicromosoma independiente del resto del genoma
de la célula hospedera. Sin embargo, en la mayoría de los tumores
cervicouterinos se observa la integración del genoma viral, este
evento de integración parece ser uno de los eventos tempranos en
el proceso de carcinogénesis. El patrón de integración con
frecuencia
resulta
en
la
interrupción
de
la
secuencia
correspondiente al gene E2 del HPV. La proteína codificada por este
gene está involucrada en la regulación de la expresión de otros
genes del HPV. La ausencia de la proteína E2 facilita la
sobreexpresión de los genes virales E6 y E7. Se sabe que las
proteínas codificadas por E6 y E7 son capaces de interactuar con las
proteínas celulares p53 y RB respectivamente, dichas proteínas
celulares participan en los mecanismos que controlan la división y
proliferación celular, la inactivación de estas proteínas celulares
está asociada con el desarrollo de varios tipos de tumores; Por lo
anterior; se piensa que el mecanismo oncogénico del HPV puede
estar relacionado con la inactivación de p53 y RB por medio de
ciertas proteínas virales.
En los últimos años se han incrementado los reportes que asocian la
infección por HPV en epitelios extragenitales con el subsecuente
desarrollo de tumores de la laringe, amígdalas, lengua y cavidad
oral. Lo anterior sugiere que el potencial oncogénico de estos virus
puede afectar diversos órganos humanos. La frecuente regresión
espontánea de papilomas y verrugas benignas, sugiere que el
sistema inmune puede controlar en la mayoría de los casos la
infección por HPV. Sin embargo, se sabe muy poco respecto a la
respuesta inmune específica contra el HPV, ya que esta respuesta
inmune no parece ser intensa debido a que los HPV provocan
infecciones crónicas y latentes, y en el caso de las infecciones
productivas éstas no se asocian con la destrucción de la célula
infectada, ya que los HPV no son citopáticos. Es probable que la
inmunidad mediada por células (inmunidad celular) sea la que
tenga un papel más importante en el control de las infecciones por
HPV. Lo anterior se deduce de la alta incidencia de papilomas,
verrugas y tumores epiteliales observada en pacientes que sufren
de inmunodeficiencias congénitas o adquiridas. Así, una prioridad de
la investigación sobre los HPV consiste en lograr un método para
estimular la inmunidad celular específica contra los HPV.
LOS VIRUS DE LA HEPATITIS
La hepatitis es un padecimiento relativamente frecuente que se
manifiesta como una inflamación generalizada del hígado con la
consecuente alteración de importantes funciones metabólicas que
tienen lugar en las células hepáticas (hepatocitos). La hepatitis
humana de origen viral puede ser causada por una importante
variedad de virus; sin embargo, existe un grupo de virus que
manifiesta una gran predilección por infectar el tejido hepático
(tropismo hepático). Hasta hace poco tiempo, las hepatitis humanas
causadas por virus con tropismo hepático se clasificaban en tres
tipos: A, B y no A-no B. Esto se debía a que solamente habían sido
identificados los virus de la hepatitis tipo A (HAV) y de la hepatitis B
(HBV). Hoy sabemos que las hepatitis virales no A-no B pueden ser
causadas por, cuando menos, tres virus diferentes: HCV, HDV y
HEV.
Podemos dividir a las hepatitis virales específicas en dos grupos
principales: 1) hepatitis virales de incubación corta, las cuales se
adquieren por lo general a través del contagio oral-fecal
(principalmente por ingestión de agua contaminada por heces o de
alimentos contaminados por dichas aguas residuales) y que se
comportan como hepatitis agudas de resolución rápida. Los virus
HAV y HEV son los principales causantes de estas hepatitis. 2)
hepatitis virales de incubación larga, las cuales se adquieren por lo
general a través de contagio por vía parenteral: por transfusiones
con sangre contaminada, por contagio sexual, por heridas causadas
por instrumentos quirúrgicos contaminados y en el caso de los
toxicomanos, por compartir jeringas y agujas contaminadas.
También se ha reportado la transmisión de la madre al hijo durante
el periodo perinatal. Estas hepatitis evolucionan con frecuencia
hacia formas de infección crónica y persistente, y los pacientes
afectados pueden sufrir recaídas repetidas, además de continuar
siendo contagiosos durante muchos años. Las hepatitis virales de
origen parenteral e incubación larga son causadas por los virus
HBV, HCV y HDV.
Es interesante notar que los cinco virus de la hepatitis pertenencen
a cinco grupos taxonómicos diferentes, o sea que desde el punto de
vista de su organización estructural, de la organización de sus
genomas y de sus respectivas estrategias de replicación, estos cinco
virus son muy diferentes entre sí y solamente comparten la
predilección por infectar el hígado. El virus HAV pertenece al grupo
de los picornavirus cuyo miembro más conocido es el virus de la
poliomelitis. El virus HCV pertenece al grupo de los flavivirus cuyos
miembros más conocidos son causantes de la fiebre hemorrágica
conocida como "dengue". Se sabe que varios tipos de flavivirus
pueden ser transmitidos por insectos (artrópodos), sin embargo, no
existe ninguna evidencia de que el HCV pueda ser transmitido por
insectos. El HEV pertenece al grupo de los calcivirus, entre los
cuales se encuentran virus que afectan a los felinos y otros virus
com el Norwalk que causa enfermedades diarréicas en los humanos.
El espacio de la presente obra no permite una discusión detallada
de los cinco virus de la hepatitis; sin embargo, debido a su
importancia médica y a las interesantes peculiaridades de sus
modos de organización y replicación, vale la pena dedicar algunos
párrafos a los virus HBV y HDV.
El virus de la hepatitis B
En 1963, el investigador Baruj Blumberg descubrió en el suero
sanguíneo de un paciente con hemofilia (padecimiento cuyo
tratamiento requiere de repetidas transfusiones de sangre o plasma
sanguíneo), la presencia de un anticuerpo que era capaz de
reaccionar con un antígeno presente en la sangre de un aborigen
australiano. Blumberg denominó antígeno Australia a esta molécula
que resultó ser el antígeno principal de superficie del virus de la
hepatitis B (HBsAg). La ausencia de cultivos celulares específicos
capaces de replicar al HBV in vitro, impidió la pronta caracterización
de este virus. Sin embargo, con el advenimiento de las técnicas
modernas de ingeniería genética, fue posible aislar y "domar" el
genoma de HBV con el fin de estudiar la biología molecular de este
virus. A finales de la década de los setenta, investigadores
franceses pudieron establecer que el genoma del HBV consta de un
ADN circular de doble cadena (aunque es desigual la longitud de
ambas cadenas), correspondiente a 3 200 pares de bases, siendo
hasta la fecha el genoma más pequeño de todos los descritos en
virus animales.
El HBV resultó ser el primer tipo descrito de un nuevo grupo de
virus denominado hepadnavirus, debido a que todos los virus que
son miembros de este grupo manifiestan un marcado tropismo
hepático y comparten un método de replicación muy particular,
mismo que es descrito en la figura IX. 4. Entre los virus que
pertenecen a este grupo se encuentran virus que causan hepatitis
en marmotas, ardillas y patos. Cabe mencionar que los
hepadnavirus son los únicos virus, aparte de los retrovirus, que
incluyen en su ciclo de replicación la actividad de una enzima
transcriptasa inversa, capaz de sintetizar una molécula de ADN a
partir de un templado de ARN. De hecho, la polimerasa codificada
por el gene P de los hepadnavirus, es una enzima que manifiesta
cuatro actividades diferentes: ADN polimerasa dependiente de ADN;
ADN polimerasa dependiente de ARN (transcriptasa inversa);
Ribonucleasa H, capaz de degradar el ARN presente en moléculas
híbridas ADN-ARN; actividad como molécula anda para la iniciación de
la síntesis de ADN.
Otra característica importante de los hepadnavirus consiste en que
no son virus directamente citopáticos, o sea que no destruyen a su
célula hospedera. El conocimiento actual sobre la hepatitis tipo B
indica que el daño hepático, que se manifiesta como inflamación
hepática y destrucción de los hepatocitos, es causado por la propia
respuesta inmune dirigida contra las células infectadas por el HBV;
en particular, los linfocitos T citotóxicos anti-HBV parecen ser los
principales responsables de la destrucción de los hepatocitos que
expresan antígenos (proteínas) de HBV en sus membranas. Se
piensa que los casos de hepatitis B fulminante y fatal, son
consecuencia de una excesiva respuesta inmune contra el HBV,
aunque en ratones transgénicos, en cuyas células se les ha
insertado en forma experimental el gene que codifica el HBsAg, se
observa que la sobreproducción del HBsAg puede causar
destrucción de los hepatocitos.
Sin embargo, la mayoría de las personas infectadas por HBV
desarrollan un cuadro de hepatitis aguda, después de un periodo de
incubación de ocho a 24 semanas. Dicha hepatitis aguda se
manifiesta con dolor abdominal, ictericia (coloración amarillenta de
la piel), fatiga y otros síntomas asociados. En otros casos, también
numerosos, la infección permanece asintomática; pero en todos los
pacientes en fase aguda de la infección (sintomática o asintomática)
es posible detectar la presencia de altas concentraciones del HBsAg
en el suero sanguíneo. Con el paso del tiempo y en la medida en
que disminuye la hepatitis, aparecen anticuerpos específicos contra
HBsAg (anti-HBs) en el suero de los pacientes infectados.
Figura IX. 4. Replicación del virus de la hepatitis B (HBV)1) El
HBV infecta a una célula hepática. 2) Enzimas extienden la
cadena corta del ADN viral. 3) El ADN viral migra hacia el núcleo
celular, donde es copiado (transcrito) en una molécula
complementaria de ARN. La hebra de ARN tiene 3.5 kilobases (3
500 nucleótidos) y constituye el pregenoma que es intermediario
necesario para la replicación del genoma viral. 4) El pregenoma
es empacado dentro de una cápside recién sintetizada. La
polimerasa viral empieza a sintetizar una copia de ADN
complementario al pregenoma viral. 5) La nueva cadena de ADN
es un duplicado de la cadena larga de ADN presente en el genoma
viral original. El pregenoma de ARN se desintegra tan pronto es
completada la síntesis del nuevo ADN viral. 6) La polimerasa viral
empieza a sintetizar una cadena de ADN complementario a la
secuencia de nucleótidos de la cadena larga del ADN viral. 7) El
ADN viral puede permanecer en la célula por un tiempo suficiente
para convertirse en ADN de cadena doble; en cuyo caso, regresa al
núcleo celular para iniciar un nuevo ciclo de replicación. 8) En
caso de salida prematura de la nueva partícula viral, la cápside es
dotada de una nueva envoltura y la extensión de la cadena corta
del ADN viral cesa tan pronto la nueva partícula sale de la célula
infectada. El resultado es una partícula viral infectante que
contiene una ADN viral que es parcialmente de cadena sencilla.
Por lo general, estos anticuerpos alcanzan la concentración
suficiente para neutralizar las partículas infecciosas de HBV y se
sostienen a buenos niveles circulantes, de manera que protejen de
por vida contra una nueva infección por HBV. Sin embargo, en
algunos pacientes la respuesta inmune es deficiente y esto permite
que persistan altas concentraciones de HBsAg circulante en el suero
de estos pacientes. El propio HBV persiste en el hígado de tales
pacientes, mismos que se convierten en portadores crónicos de este
virus y tienden a presentar cuadros recurrentes de hepatitis
(recidivas) tanto sintomática como asintomática. La sangre de estos
portadores crónicos es una fuente potencial de contagio para los
individuos que no están infectados por HBV.
Cabe subrayar que los hepatocitos infectados por HBV producen
viriones infectantes completos (partículas de Dane), pero también
producen partículas virales defectuosas, tanto esféricas como
cilíndricas, que carecen del genoma viral pero que presentan en su
superficie el antígeno principal del HBV (HBsAg), en sus tres
versiones: grande, mediana y corta o principal. De hecho, en toda
infección por HBV la producción de partículas defectuosas supera a
la de viriones completos por varios órdenes de magnitud. Lo
anterior indica en forma indirecta que los viriones completos tienen
una gran capacidad infectiva y son suficientes para propagar la
infección.
Un aspecto muy importante, desde el punto de vista médico, es que
alrededor del 30% de los portadores crónicos de HBsAg desarrolla
cirrosis hepática, la cual es una degeneración del tejido hepático
que es sustituido por tejido cicatrizal que no es funcional. De estos
pacientes con cirrosis, alrededor del 30% desarrolla un cáncer
primario de hígado, evento que puede ocurrir entre 30 y 50 años
después de la infección original por HBV. Estudios epidemiológicos
demuestran que las posibilidades de convertirse en portador crónico
se incrementan entre más temprana es la edad en que se contrae la
infección por HBV. Se considera que la probabilidad de que un
portador crónico de HBsAg desarrolle un cáncer de hígado es 200 a
300 veces mayor que en el resto de la población. Por esta razón, la
infección temprana por HBV constituye uno de los problemas mas
importantes de salud pública mundial, ya que en los países del
Centro y sur de África y en los países del Lejano Oriente, la
infección por HBV ocurre con una gran frecuencia en niños recién
nacidos (que son infectados por sus madres durante el embarazo o
durante el periodo perinatal) y en menores de cinco años. Se
estima que en el mundo viven actualmente 300 millones de
portadores crónicos del HBsAg, los cuales son también portadores
crónicos del HBV, esto significa que a partir de esta población
infectada se van a desarrollar cerca de 30 millones de casos de
cáncer hepático. De modo que el HBV es en términos estadísticos el
agente biológico con mayor potencial oncogénico (productor de
cáncer) para los seres humanos.
El largo periodo de latencia entre la infección original por HBV y la
aparición del cáncer hepático, no es compatible con la hipótesis de
que este cáncer es causado por la activación de un oncogene
presente en el genoma de HBV. De hecho, los estudios de biología
molecular demuestran que el virus de la hepatitis B no posee
ningún oncogene; además, está bien establecido que el HBV no
necesita integrar su ADN en el genoma de la célula hospedera para
llevar a cabo su ciclo de replicación. Por otra parte, diversos
estudios han reportado la presencia de fragmentos de genoma del
HBV integrados en el ADN de células procedentes de tumores
hepáticos. El análisis de estas células sugiere que los fragmentos
del genoma viral pueden integrarse en sitios diversos del genoma
celular y de esta manera pueden provocar rearreglos de secuencias
de nucleótidos o modificar el patrón de expresión de ciertos genes
celulares. También se ha reportado que la sobreproducción de la
proteína HBx codificada por el gene X del HBV puede inducir
tumores de hígado en ratones que han sido genéticamente
modificados para albergar y expresar el gene X dentro de sus
células (ratones transgénicos). Se sabe que la proteína HBx puede
actuar como activadora de la expresión de genes virales y celulares.
Sin embargo, la mayoría de los estudios epidemiológicos sugiere
que el desarrollo del cáncer hepático requiere de un evento genético
secundario que es consecuencia de los ciclos de destrucción y
regeneración hepática característicos de la hepatitis crónica y la
cirrosis. Esto pone en duda que el cáncer hepático sea consecuencia
directa de la acción de un gene viral. En realidad todo parece
indicar que los tumores hepáticos asociados con la infección crónica
por HBV son causados por una combinación de factores: daño
hepático, regeneración celular y actividades virales que actúan en
forma sinergista para producir inestabilidad cromosómica con el
paso del tiempo, inestabilidad que se manifiesta como una
modificación gradual de las funciones y el estado de diferenciación
de los hepatocitos. El hecho bien demostrado de que agentes
hepatotóxicos como el alcohol y las aflatoxinas, producidas por
ciertos hongos que contaminan a cereales y semillas, aceleran el
desarrollo de la cirrosis hepática y la progresión hacia el cáncer
hepático en individuos crónicamente infectados por HBV, apoya la
idea de que el virus necesita de cofactores que actúan por periodos
prolongados para producir el cáncer hepático.
Se han utilizado algunos agentes antivirales como tratamiento para
los cuadros de hepatitis crónica recurrente asociada con la infección
por HBV. Sin embargo, solamente el interferón alfa, producido por
técnicas de ingeniería genética, ha demostrado tener un efecto
positivo, aunque no es curativo. Afortunadamente, desde hace
algunos años existen vacunas eficaces contra el HBV. La primera de
ellas, desarrollada en Francia a finales de los años setenta, se basa
en la purificación de envolturas y partículas virales defectuosas a
partir del suero sanguíneo de portadores crónicos del antígeno
HBsAg. Dichas partículas no son infectantes; sin embargo, poseen
el antígeno mayor de superficie del virus (el HBsAg), por lo cual la
inyección de estas partículas purificadas provoca la producción de
anticuerpos neutralizantes específicos contra HBsAg en los
individuos vacunados. En la actualidad, también están disponibles
vacunas recombinantes o sea, vacunas producidas por métodos de
ingeniería genética. Para desarrollar estas vacunas se procedió a
donar el gene del HBsAg en diferentes tipos de vectores de
expresión, mismos que permiten introducir dicho gene a células de
mamífero o levaduras que son utilizadas como "fábricas" para la
producción de dicho antígeno, el cual es purificado en forma
subsecuente y utilizado para preparar
anticuerpos específicos contra HBsAg.
vacunas que
inducen
Desafortunadamente, el alto costo de estas vacunas hace que su
disponibilidad sea muy limitada, ya que se utilizan principalmente
en los países desarrollados y en programas de vacunación
destinados a proteger personal de alto riesgo como son los
soldados, los médicos y paramédicos. Por otra parte, los niños
africanos y asiáticos que corren gran riesgo de ser infectados por
HBV durante los primeros años de vida constituyen, por lo tanto, el
principal reservorio de este virus y el principal grupo que será
afectado por la cirrosis y el cáncer de hígado; permanecen, hasta el
momento, fuera de cualquier programa mundial de vacunación
dirigido a controlar la infección por RBV.
Agente delta o virus de la hepatitis delta
El agente etiológico de la hepatitis delta, mal llamado virus de la
hepatitis delta o HDV, fue descubierto por Rizzeto en 1977, pero su
caracterización fue posible hasta 1986 gracias a la biología
molecular. Este agente es capaz de infectar los hepatocitos
exclusivamente en presencia y con la ayuda del virus de la hepatitis
B; de tal manera que los individuos inmunizados contra el virus B,
ya sea por vacunación o por inmunidad adquirida después de una
infección por HBV, quedan protegidos también contra el HDV.
El genoma del agente delta consta de 1678 nucleótidos que forman
una cadena de ARN circular. Las características moleculares del HDV
se parecen mucho a las de los viroides que son moléculas de ARN
desprovistas de cápside y que, sin embargo, son capaces de
producir diversas enfermedades en las plantas. Hasta el momento,
todo parece indicar que el genoma del agente delta sólo codifica
una proteína conocida como antígeno delta (HDAg), la cual tiene
una gran afinidad por el propio ARN de este viroide y también por el
antígeno principal del HBV (HBsAg). Estas propiedades del HDAg
permiten que el genoma del viroide sea empacado dentro de
envolturas compuestas por lípidos de la célula infectada y múltiples
copias del HBsAg; es decir, este viroide utiliza al antígeno principal
del HBV para conformar su propia envoltura y así poder propagarse
como un agente infeccioso. Por lo anterior, la infección por el
agente delta sólo puede prosperar en individuos que han sido
coinfectados con HBV y HDV al mismo tiempo, o que padecen de
hepatitis B crónica o son portadores crónicos del HBsAg. En todos
estos casos, el HBV puede actuar como virus auxiliar al
proporcionar el material necesario (HBsAg) para el empacamiento
de nuevas partículas infecciosas del agente delta.
La infección por HDV agrava los cuadros de hepatitis crónica en
pacientes portadores de HBV y se han reportado casos de hepatitis
fulminante en portadores crónicos del HBV que han sido
superinfectados por el HDV. Por lo general, los individuos infectados
con HDV presentan anticuerpos contra el antígeno delta (HDAg)
durante un periodo muy corto después de la infección. Sin
embargo, los portadores crónicos del HBV que son superinfectados
por el HDV evolucionan con frecuencia hacia una hepatitis crónica
que se acompaña de la continua presencia del HDAg en el hígado y
de anticuerpos anti-HDV en la sangre. La mayor parte de estas
hepatitis crónicas degenera en cirrosis hepática. Las partículas de
HDV presentan en su superficie al antígeno HBsAg; por esta razón,
los pacientes infectados por HDV desarrollan anticuerpos contra
HBsAg, mismos que son indistinguibles de aquellos desarrollados
por pacientes infectados únicamente por HBV. Estudios realizados
en chimpancés (que son los únicos animales aparte del hombre
susceptibles a la coinfección por HBV y HDV), sugieren que la
vacunación con preparaciones a base de HDAg no protege de la
infección por el agente delta y por el contrario, parece agravar el
curso de esta infección.
X . P R E V E N C I Ó N Y T R A T A M I E N T O
D E L A S I N F E C C I O N E S V I R A L E S
LAS INFECCIONES virales en humanos, animales y plantas son causa
de muerte, daño y pérdidas económicas. Las mejoras en el nivel de
salud pública e higiene personal contribuyen en forma muy
importante y efectiva a controlar la diseminación de las
enfermedades infecciosas, incluyendo las causadas por virus. Sin
embargo, las vacunas tienen un papel primordial en la prevención
activa de las enfermedades virales en el hombre y en los animales.
Las vacunas pueden ser infecciosas (hechas con virus activos) o no
infecciosas (hechas con virus inactivados). El proceso de vacunación
se basa en la idea de que se puede lograr inmunidad específica
contra una enfermedad, en particular si se provoca ésta en
condiciones controladas de manera que el individuo no padece los
síntomas asociados con la enfermedad y el sistema inmune
reacciona produciendo un arsenal de anticuerpos y células inmunes
con capacidad para destruir o neutralizar cualquiera otra invasión
por parte del mismo agente infeccioso.
El procedimiento de atenuación permite obtener cepas de virus que
tienen una reducida capacidad para producir enfermedad; estas
cepas se denominan avirulentas, en contraste con las cepas
virulentas capaces de producir enfermedad. Las cepas avirulentas
son obtenidas por métodos empíricos como el pasar (propagar) un
virus determinado en cultivos de células que provienen de una
especie animal diferente a la del hospedero natural de ese virus en
particular. También la multiplicación de un virus a temperaturas
subfisiológicas o la coinfección de un mismo cultivo con cepas
virulentas y avirulentas de un virus en particular contribuyen a la
atenuación
del
virus.
El
uso
de
cepas
emparentadas
antigénicamente con una cepa virulenta, pero que provocan una
enfermedad más leve en el hospedero, es una técnica conocida
desde el tiempo de Edward Jenner, quien en 1798 utilizó
preparaciones de virus de la viruela vacuna para inmunizar
humanos contra la viruela. Actualmente, se utiliza un virus de la
vacuna, descendiente del virus de la viruela vacuna, para "vacunar"
contra la viruela. De hecho, vacuna se ha convertido en sinónimo
de cualquier substancia inmunogénica utilizada en la prevención de
enfermedades infecciosas.
Las vacunas preparadas a partir de virus muertos o inactivos deben
carecer de infectividad y, sin embargo, ser suficientemente
inmunogénicas para provocar inmunidad protectora. Los agentes
inactivantes utilizados para matar al virus deben ser capaces de
actuar sobre el ácido nucleico viral. El formaldehído y la β propiolactona son dos de los agentes más usados para inactivar
preparaciones virales. El formaldehído produce entrecruzamientos
entre las proteínas virales y también afecta a los grupos amino
presentes en los nucleótidos. La β -propiolactona inactiva a los virus
por medio de la alkilación de las proteínas y ácidos nucleicos
virales. Un problema fundamental asociado con la preparación de
una vacuna muerta consiste en que se debe garantizar la completa
inactivación de todas las partículas virales presentes en una dosis
de la vacuna. Cuando se preparan grandes lotes de vacuna se
observa que una pequeña fracción de la población viral es
inactivada con mayor lentitud debido a que algunas partículas
virales forman agregados y cúmulos en los cuales se dificulta el
acceso al agente inactivante. Esto implica que debe incrementarse
el tiempo de incubación en presencia del agente inactivante; esta
situación tiene el inconveniente de que puede propiciar la pérdida
de la capacidad inmunogénica de las partículas virales inactivadas.
El principal problema de las vacunas preparadas con virus
atenuados consiste en garantizar la estabilidad genética de la cepa
avirulenta, de manera que no revierta en forma espontánea o
accidental al estado virulento. Esta reversión al estado virulento
puede ocurrir por causa de eventos de recombinacion genética
espontánea entre el virus presente en la vacuna y algún otro tipo de
virus que pueda estar presente en forma natural en el individuo
vacunado.
Las vacunas deben producir imnunidad suficiente y permanente,
pues de lo contrario el virus invasor puede ser capaz de
multiplicarse. Esto último ocurre en el caso de vacunas, como la
vacuna contra la fiebre aftosa del ganado, la cual sólo confiere
inminidad parcial y por lo tanto actúa como una presión selectiva
que favorece la propagación de virus mutantes poseedores de
nuevos variantes antigénicos no reconocidos por los anticuerpos
inducidos por la vacuna. Con el paso del tiempo, la cepa de virus
resistentes substituye a los otras cepas del virus y entonces se hace
necesario desarrollar una nueva vacuna específica contra esta
nueva cepa resistente a la vacuna anterior.
Las vacunas pueden ser administradas por vía oral, vía parenteral
(inyectadas) o por simple escarificación de la piel con una aguja. La
vía de administración depende del tipo de preparación y de la
estabilidad física de la misma. Cuando se prepara una nueva
vacuna, además de los factores biológicos que determinan la
elección entre una preparación muerta o una preparación atenuada,
deben considerarse factores socioeconómicos relacionados con el
costo, estabilidad a largo plazo de los lotes de vacuna, facilidad en
el modo de administrarse de la vacuna y el número de dosis a ser
administradas. También debe considerarse el efecto psicológico
asociado con las incomodidades y reacciones secundarias (como
fiebre, erupciones en la piel, etc.) derivadas de la administración de
la vacuna.
El surgimiento de la teconología del ADN recombinante o ingeniería
genética abre las puertas a la posibilidad de desarrollar vacunas
efectivas preparadas a partir de los componentes virales causantes
de inducir la respuesta inmune, pero sin los inconvenientes
asociados con la presencia de virus íntegros, ya sea que estén
inactivados o atenuados.
A diferencia de lo que sucede con las infecciones bacterianas, la
quimioterapia de las infecciones virales.todavía se encuentra en
etapas primitivas. La multiplicación de los virus está estrechamente
ligada al metabolismo de la célula hospedera debido a que el virus
por lo general utiliza la propia maquinaria celular para su
replicación. Por lo tanto, resulta difícil encontrar fármacos y
compuestos químicos capaces de afectar las funciones virales sin
afectar a la célula hospedera. Sustancias químicas con actividad
antiviral han sido utilizadas con éxito en el tratamiento de
infecciones causadas por virus ADN que afectan la conjuntiva y la
córnea del ojo. Estos agentes son pirimidinas halogenadas que son
incorporadas en el ADN viral e impiden la transcripción y replicación
del mismo. Debido a que estos compuestos pueden ser
incorporados también en el ADN celular, su uso está limitado a las
infecciones que afectan regiones pobremente vascularizadas y con
baja actividad metabólica como la superficie del ojo. Por ejemplo,
soluciones a 0.1% de 5'iodo-2'-desoxiuridina, un análogo de la
timidina, producen mejoría en un 72% de los casos de infecciones
oculares causadas por Herpes simplex tipo 1 y adenovirus. En casos
extremos como la rara encefalitis viral causada por HSV-1 o por el
virus de la vacuna, se pueden utilizar análogos de la citidina
(citosina arabinosido) o de la adenosina (adenina arabinosido) con
probabilidades de éxito terapéutico. Estas sustancias son
extremadamente tóxicas y sólo deben usarse en circunstancias
cuando la otra alternativa es la rápida muerte del paciente.
La amantadina es un compuesto que se ha utilizado con éxito en la
profilaxis y tratamiento de la influenza viral. Durante una epidemia
de influenza el número de casos en la población sujeta al
tratamiento profiláctico fue equivalente a 21% de los casos
presentes en la población no tratada con amantadina.
El ribavirin es un compuesto capaz de inhibir la enzima ARN
polimerasa del virus de la influenza y también interfiere con el
mecanismo de iniciación de la transcripción del ARN viral. De hecho,
el ribavirin manifiesta acción antiviral contra un amplio espectro de
virus tanto de ADN como de ARN, pero esta acción sólo es efectiva en
condiciones de laboratorio, por lo cual el ribavirin en aerosol ha sido
aprobado solamente para el tratamiento de infecciones por virus
sincitial respiratorio (RSV) en niños.
El aciclovir es un compuesto que fue desarrollado en años recientes
y que manifiesta una potente acción antiviral contra los virus
Herpes simplex tipo 1 y 2. Esta acción selectiva se debe a que el
aciclovir es un excelente sustrato para ser fosforilado por la enzima
timidina cinasa de estos virus. El resultado de esta reacción de
fosforilación es el monofosfato de aciclovir, el cual es a su vez
fosforilado por las enzimas cinasas celulares para formar trifosfato
de aciclovir; este compuesto tienen gran afinidad por la enzima ADN
polimerasa de los virus Herpes simplex y, por lo tanto, actúa como
inhibidor de esta enzima dando como resultado la inhibición de la
síntesis de ADN viral.
El aciclovir se utiliza en el tratamiento profiláctico del herpes genital
y cutáneo, y también en el tratamiento de las lesiones causadas por
el Herpes zoster. En pacientes que sufren de infecciones recurrentes
por estos virus, el aciclovir disminuye la duración y magnitud de las
recurrencias. Sin embargo, es relativamente frecuente el
aislamiento de cepas de estos virus que son resistentes al aciclovir,
hecho que limita la utilización masiva de este compuesto. El
ganciclovir es un compuesto muy similar al aciclovir y tiene
importante acción antiviral contra el citomegalovirus que también
forma parte del grupo de los herpesvirus. El foscarnet es un potente
inhibidor de las ADN polimerasas de los herpesvirus y se utiliza al
igual que el ganciclovir, para el tratamiento de la retinitis ocular
causada por citomegalovirus.
En años recientes se han caracterizado o sintetizado diversos
compuestos que manifiestan una acción antiviral contra el virus de
la inmunodeficiencia humana (HIV oVIH) en condiciones de
laboratorio (in vitro). De estos compuestos solamente la
azidotimidina (zidovudina o AZT) ha sido ampliamente utilizada en
el tratamiento del SIDA. La azidotimidina es un potente inhibidor de
la transcriptasa inversa (RT), enzima esencial para la replicación del
HIV. Sin embargo, como se verá más adelante, el HIV es un
retrovirus y, como tal, su genoma de ARN debe ser transcrito por la
RT para convertirlo en una molécula de ADN que constituye el
provirus, mismo que se integra en el genoma de la célula hospedera
en forma permanente. La expresión de la información contenida en
el provirus permite la síntesis de nuevo ARN viral y de las proteínas
virales codificadas por este. La azidotimidina no tiene ningún efecto
sobre el provirus de HIV ya que sólo es capaz de inhibir la
formación del provirus, pero no es capaz de inhibir la expresión del
provirus en células que ya están infectadas en forma persistente.
Por otra parte, el tratamiento prolongado con azidotimidina
favorece la aparición de cepas mutantes de HIV que son resistentes
a este compuesto. Desafortunadamente, la experiencia acumulada
en los últimos años demuestra que la azidotimidina dista de ser un
tratamiento efectivo contra el SIDA.
El interferón tiene actividad antiviral universal y alta actividad
específica; por lo tanto, constituye potencialmente el agente ideal
para el tratamiento de las infecciones virales Sin embargo, la vida
media del interferón administrado por vía parenteral es muy corta
(alrededor de 3 horas) debido a que es una molécula inestable que
es rápidamente degradada cuando esta fuera de las células. Esto
impone la necesidad de utilizar dosis elevadas de interferón para
obtener un efecto terapéutico. Quizá en un futuro cercano la
metodología del ADN recombinante permitirá obtener cantidades
industriales de interferón, además de modificar las características
moleculares del mismo, de manera que se pueda utilizar el
interferón para el tratamiento de las enfermedades virales.
X I . V I R U S D E L A
I N M U N O D E F I C I E N C I A H U M A N A
POSIBLEMENTE ningún otro virus ha recibido tanta atención por parte
de los medios de comunicación y la opinión pública en general como
el llamado virus de la inmunodeficiencia humana (VIH o HIV). La
descripción, a principios de la década de los ochenta, de los
primeros casos del llamado síndrome de inmunodeficiencia
adquirida (SIDA), padecimiento que se caracteriza por una depresión
progresiva de la inmunidad celular y que con frecuencia tiene un
desenlace fatal, provocó un gran interés por establecer la causa o
causas de esta enfermedad. El hecho de que los primeros casos de
SIDA se presentaron en jóvenes homosexuales con un alto índice de
promiscuidad sexual hizo sospechar que la enfermedad podía ser de
carácter infeccioso y transmisible a través del contacto sexual. Poco
tiempo después se estableció la presencia del SIDA en grupos de
pacientes adictos a las drogas por vía intravenosa (como la
heroína), y también en algunos pacientes que por diversas razones
habían recibido transfusiones sanguíneas. Estos datos reforzaron la
idea de que el SIDA era infeccioso y algunos autores sugirieron que
podría ser causado por un virus desconocido.
A principios de 1983, investigadores del Instituto Pasteur de París,
encabezados por el doctor Luc Montagnier, reportaron el
aislamiento de un nuevo tipo de retrovirus a partir de un ganglio
linfático extirpado a un paciente con SIDA. Los investigadores
franceses bautizaron como LAV (virus asociado a linfadenopatía) a
este nuevo retrovirus. Los mismos investigadores proporcionaron
una muestra de este retrovirus al grupo del doctor Robert Gallo en
los Estados Unidos. El grupo estadounidense contaba con reactivos
y tecnología para mantener células linfoides (linfocitos) en cultivo.
Estas técnicas permitieron propagar al nuevo retrovirus en cultivos
de laboratorio. Sin embargo, los investigadores estadounidenses
identificaron al LAV como perteneciente al mismo grupo que el
HTLV-I, previamente descrito por el grupo de Gallo, y así,
decidieron rebautizarlo como HTLV-III (virus linfotrópico humano
tipo III). Esta situación fue el origen de muchas confusiones y de
una prolongada disputa entre científicos y autoridades tanto
francesas como estadounidenses para adjudicarse el descubrimiento
de este retrovirus, al cual se le atribuyó la causalidad del SIDA con
base en los resultados de estudios epidemiológicos realizados en
diversas partes del mundo, y fue finalmente rebautizado como virus
de la inmunodeficiencia humana (VIH) o Human Immunodeficiency
Virus (HIV).
Dichos estudios epidemiológicos demuestran una correlación entre
la infección por HIV y el subsecuente desarrollo del SIDA. Sin
embargo, la epidemiología del SIDA también demuestra que existe
un largo periodo de latencia que ha sido estimado entre 8 y 15
años, entre la infección primaria por HIV y el desarrollo del SIDA.
Desde el punto de vista de su morfología y estructura genética
básica, el HIV pertenece al grupo de los retrovirus que se
caracterizan por tener un genoma constituido por ARN de cadena
sencilla y se propagan por medio de un intermediario intracelular (el
provirus) formado por una molécula de ADN de cadena doble que es
sintetizada, por una enzima viral conocida como transcriptasa
inversa, a partir de la molécula de ARN genómico viral.
La organización de su genoma y su secuencia de nucleótidos indican
que el HIV pertenece a la subfamilia de los lentivirus, que esta
constituida por retrovirus que producen infecciones crónicas de
evolución lenta en diversos animales, como son el virus de la
anemia equina infecciosa, el virus de la artritis-endefalitis caprina,
el virus visna-maedi que causa una enfermedad neurodegenerativa
en los borregos y el virus de la inmunodeficiencia del simio (SIV),
que puede causar en los macacos afectados un síndrome de
inmunodeficiencia remotamente parecido al SIDA.
La organización genómica de los lentivirus es mucho más compleja
que la de los retrovirus clásicos, como lo muestra la figura XI.1.
Además de los tres genes presentes en los retrovirus clásicos
(genes denominados gag, pol y env, mismos que codifican a las
proteínas de la cápside, a la transcriptasa inversa y funciones
asociadas, y a las proteínas de la envoltura viral respectivamente),
el genoma del HIV contiene varios genes pequeños que codifican
proteínas que participan en forma importante en la regulación de la
transcripción del genoma viral. En particular, los productos de los
genes tat y rev tienen un papel muy importante como reguladores
de la transcripción y el subsecuente procesamiento y transporte de
las diferentes especies de ARN mensajero viral.
La figura XI.2 muestra el ciclo replicativo del HIV. Es importante
mencionar que la integración del provirus dentro del genoma de la
célula hospedera es un paso indispensable para la replicación de la
mayoría de los retrovirus. Este proceso de integración sólo es
posible en células activas que pasan cuando menos un ciclo
completo de división celular. Sin embargo, existe evidencia de que
el HIV es capaz de replicarse y permanecer estable incluso en
células inactivas que no han pasado por una división celular.
La figura XI.3 muestra la estructura del virión de HIV. Estos viriones
tienen un diámetro de 100 a 120 nanómetros, son esféricos y
poseen una envoltura constituida por restos de la membrana de la
célula hospedera que han sido modificados por la inserción de dos
tipos de proteínas virales: la gp120 que forma las púas del virión y
la gp4l que queda incluida en la envoltura viral. En en el interior de
la cápside viral se ubican dos copias del genoma viral, situación que
es común en todos los retrovirus. Este genoma está formado por
una molécula de ARN lineal de cadena sencilla que consta de 9400
nucleótidos. El genoma viral se asocia con varias copias de dos
proteínas virales: p7 y p9, y la nucleocápside resultante es
recubierta por varias copias de la proteína viral p24 para formar la
verdadera cápside o centro viral.
FIGURA XI.1. Organización del genoma proviral en retrovirus
simples
y
retrovirus
complejos.
El
esquema
muestra
la
organización del genoma proviral de un común retrovirus simple:
el virus de la leucemia murina (MLV), que muestra los genes gag,
pol y env, flanqueados por las terminaciones largas repetidas
(LTR) que constituyen las secuencias promotoras de la expresión
de los genes virales y a su vez permiten la integración del
genoma proviral (provirus) en el genoma de la célula hospedera.
Los genomas de dos lentivirus: el virus Visna-Maedi y el HIV-1
muestran la presencia de nuevos genes que codifican proteínas
regulatorias
que
controlan
el
proceso
de
transcripción
y
replicación de estos retrovirus complejos. Las siglas PRO denotan
la posición de la secuencia que codifica a la proteasa viral cuya
función consiste en el procesamiento de las proteínas virales
estructurales, mismo que es necesario para permitir el ensamble
de nuevas partículas virales.
Figura XI.2. Replicación del HIV. a) la partícula viral se pega al
receptor CD4 presente en la membrana de ciertos tipos de
linfocitos y células inmunes. b) el virus penetra al interior de la
célula y la envoltura viral, constituida por lípidos, es removida
para permitir la fusión del virión con vacuolas citoplásmicas. c)
en el corazón de la partícula viral ocurre el proceso de
transcripción en reversa mediado por la enzima transcriptasa
inversa (RT) viral. Este evento convierte al ARN viral original en
una molécula de ADN viral que constituye el provirus. d) el
provirus es introducido al núcleo celular y a continuación ocurre
la integración del provirus al genoma celular. e) el provirus
integrado es transcrito por la enzima celular ARN polimerasa II,
los transcritos virales (ARN mensajeros) son exportados al
citoplasma. f) la traducción de algunos ARN mensajeros virales
conduce a la producción de proteínas virales regulatorias, mismas
que estimulan la síntesis de las llamadas proteínas de
maduración viral y de las proteínas estructurales del virión. g) la
acumulación de proteínas estructurales en la membrana celular
permite el ensamble de nuevas partículas virales. h) la
maduración y brote de nuevas partículas virales ocurre entre 36 y
48 horas después del inicio de la infección.
Figura XI.3. Estructura del virión de HIV.(E) envoltura formada
por una bicapa de lípidos derivada de la membrana de la célula
hospedera. (gp120) glicoproteína mayor de superficie con peso
molecular de 120 000 daltones. (gp120s) forma soluble de la
gp120. (gp41) glicoproteína transmembranal con peso molecular
de 41 000 daltones. (HLA) antígeno de histocompatibilidad
derivado de la membrana de la célula hospedera. (NC)
subunidades de la nucleocápside viral formada por la proteína
viral con peso de 17 000 daltones. (RT) moléculas de la enzima
transcriptasa inversa viral. (ARN + p24) ARN genómico viral
rodeado de múltiples copias de la proteína mayor del centro viral
que pesa 24 000 daltones. (ARN + p 7) ARN genómico viral
cubierto por moléculas de la proteína menor del centro viral con
peso de 7 000 daltones.
A pesar de ser un virus con envoltura, el HIV es bastante resistente
a la acción de solventes orgánicos como el alcohol, éter y
cloroformo. También es muy resistente a la inactivación por agentes
antisépticos y desinfectantes como el benzal.
Solamente algunos detergentes no iónicos como el TritonXl 00, el
cloro activado y las temperaturas mayores a 60°C por varios
minutos, son eficaces para inactivar al HIV La inusual resistencia del
HIV a la inactivación por agentes fisicoquímicos es compensada por
su baja infectividad, ya que el HIV infecta a sus células blanco con
dificultad.
Con base en diferencias en la secuencia de nucleótidos se ha
establecido que existen dos tipos fundamentales de HIV: el HIV-1
que corresponde al tipo más común y que se encuentra distribuido
en todo el mundo, y el HIV-2 que fue aislado de pacientes que
habitan en países centroafricanos. Hasta la fecha, la infección por
HIV-2 sigue limitada a los países del África Central y es muy raro
encontrarlo en otras partes del mundo. Sin embargo, la enzima
transcriptasa inversa encargada de copiar el genoma viral, es una
enzima que comete muchos errores de modo que introduce
nucleótidos equivocados durante el proceso de copiado del genoma
viral. La gran frecuencia con la que ocurren estas mutaciones
(alrededor de 1 error por cada 1000 nucleótidos copiados), implica
que existe una gran inestabilidad en la secuencia del genoma viral,
de manera que a partir de un mismo paciente infectado con HIV se
pueden aislar, en diferentes periodos de tiempo, cepas virales que
han diferido entre sí debido a los cambios en la secuencia de
nucleótidos del genoma viral. Esta gran viariabilidad del genoma del
RIV se interpreta como una evidencia de que este virus está en
proceso de lograr una adaptación evolutiva para establecer un
equilibrio con su hospedero natural que en este caso, parece ser el
hombre. Ha sido posible identificar la presencia del HIV en muestras
congeladas de sangre o suero sanguíneo, procedentes de pacientes
que fallecieron durante los años cincuenta. Pero todo parece indicar
que el HIV constituye una especie viral muy reciente.
La evidencia disponible indica que el HIV sólo puede infectar en
forma productiva y persistente al hombre y al chimpancé, y
solamente se replica en cultivos de células humanas o de
chimpancé, en particular de linfocitos. Sin embargo, chimpancés
que han sido infectados con grandes dosis de HIV desde 1983, no
han
desarrollado
ninguna
enfermedad
que
sugiera
inmunodeficiencia adquirida. Es un hecho que el HIV tiene
predilección por infectar células que poseen el receptor CD4 en sus
membranas, como son los linfocitos T auxiliares, los monocitos y los
macrófagos. Sin embargo, se sabe que otros tipos de células que no
son CD4+ también son infectables por HIV, pero todo indica que
estas células no sufren efectos adversos como consecuencia de
dicha infección.
Las principales vías de contagio por este virus son la sangre (y
productos derivados de la sangre) y el contacto sexual. La eficacia
del contagio por vía sanguínea depende de varios factores como son
el número de partículas virales presentes en la sangre contaminada,
el volumen de sangre aplicado y el estado inmunológico del
individuo receptor. Hoy en día, la transmisión por vía sexual es la
principal forma de contagio por HIV. Desafortunadamente, es
frecuente la transmisión del HIV de la madre al producto, durante el
embarazo o durante el periodo inmediato al nacimiento.
La evidencia de contagio por HIV se establece por medio de una
prueba de ELISA específica (ELISA significa en inglés: enzyme linked
inmuno sorbent assay), esta prueba permite detectar en el suero
sanguíneo la presencia de anticuerpos específicos contra la proteína
gp l2O del HIV. Un resultado positivo (seropositivo) se interpreta
como evidencia de que la persona ha estado en contacto con el HIV.
Es una gran paradoja que la seropositividad anti-HIV sea
interpretada como factor de riesgo para la transmisión del propio
HIV, ya que la presencia de anticuerpos anti-HIV en el suero de los
pacientes seropositivos no parece protegerlos de desarrollar, tarde
o temprano, el SIDA. Esto contrasta con lo que ocurre en el caso de
otros virus, ya que la seropositividad antipolio, anti-viruela o antiHBV es interpretada como evidencia de vacunación o inmunidad
específica contra estos virus. De hecho, las personas seropositivas a
la polio, viruela o HBV están protegidas contra la infección o
reinfección por estos virus y, a su vez, son incapaces de
transmitirlos a otras personas. Sin embargo, en el caso de las
personas anti-HIV seropositivas se infiere que el virus está presente
y potencialmente activo, cuando menos como provirus, en el
interior de las células linfoides infectadas. Por esta razón, la opinión
médica dominante considera a las personas anti-HIV seropositivas
como transmisores potenciales de la infección por HIV, y esto a
pesar de que en muchas personas anti-HIV seropositivas se puede
demostrar la presencia de anticuerpos capaces de neutralizar al HIV
en pruebas de laboratorio. Así, tomando en cuenta las graves
repercusiones que puede tener el diagnóstico de seropositividad
anti-HIV, toda prueba de ELISA positiva para HIV, debe ser
confirmada por medio de una prueba mucho más sensible y exacta
que se conoce como Western Blot, ya que el ELISA puede dar falsas
reacciones positivas. La prueba del Western Blot permite demostrar
la existencia de anticuerpos específicos contra todas y cada una de
las proteínas estructurales del HIV. El Western Blot positivo
confirma la infección por HIV.
EL HIV Y EL SIDA
Las características clínicas del SIDA indican una profunda alteración
de los mecanismos de la inmunidad celular, por lo cual desde un
principio se llegó a sospechar que el HIV tenía como blanco a un
órgano o tipo de célula fundamental para la respuesta inmune
celular. A fines de 1983, investigadores de Francia e Inglaterra
demostraron que el HIV tiene una gran predilección por infectar
linfocitos T auxiliares (o linfocitos CD4+), los cuales se caracterizan
por tener un receptor membranal denominado molécula CD4. Este
receptor reconoce una clase de proteínas conocidas como moléculas
clase II del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC-clase II),
las cuales están presentes en las membranas de los linfocitos B, los
macrófagos y de los linfocitos T activados. La interacción entre el
receptor CD4 y la molécula MHC-clase II es un cofactor en el
proceso de reconocimiento de antígenos específicos por parte de los
linfocitos T auxiliares. Dichos linfocitos CD4+ juegan un papel
central como coordinadores y estimuladores de otras células y
actividades que participan en la respuesta inmune de tipo
específico.
Los mismos grupos de investigadores europeos demostraron que la
molécula CD4 es el receptor de alta afinidad para el HIV, mismo
que se fija a los linfocitos T auxiliares por medio de la interacción
entre la glicoproteína viral 120 (gp 120), presente en la superficie
de la envoltura del virus, y el receptor CD4. Por otra parte, estudios
inmunológicos establecieron que en pacientes con SIDA avanzado
existe una importante disminución en el número de linfocitos CD4+.
Las
primeras
observaciones
sobre
la
replicación
y
el
comportamiento del HIV en cultivos celulares enriquecidos en
linfocitos CD4+, sugirieron que el virus es citopático para este tipo
de células.
Las observaciones anteriores fueron conjuntadas para establecer un
modelo explicativo de la patogénesis del SIDA. Dicho modelo
propone que el SIDA es consecuencia de la destrucción progresiva
de linfocitos auxiliares CD4+ debida a la acción citopática del HIV y
por esta razón, los pacientes con SIDA terminan sucumbiendo a
infecciones oportunistas o a cierto tipo de tumores malignos que
son consecuencia o manifestación de la disminución de la
inmunidad celular, provocada por la pérdida de células CD4+. Un
corolario que deriva de este modelo es que el SIDA es
potencialmente curable mediante la acción de antivirales capaces de
inhibir la replicación del HIV.
Sin embargo, múltiples observaciones acumuladas durante la última
década sugieren que el modelo arriba mencionado dista de ser
correcto, como lo demuestran las siguientes observaciones: 1) el
número de linfocitos CD4+ que manifiestan infección productiva por
HIV es muy reducido, siendo alrededor de 1/10 000 en la sangre
periférica y 1/1000 en los ganglios linfáticos, este nivel de infección
activa es mucho menor que la capacidad del sistema inmune pra
reponer a las células perdidas como consecuencia de la infección. 2)
en pacientes infectados por HIV que se encuentran en la llamada
fase asintomática, la cual puede durar varios años, es posible
detectar importantes alteraciones en los mecanismos de inmunidad
celular aun cuando sus valores de linfocitos CD4+ circulantes se
encuentran dentro de lo normal. 3) varias parasitosis profundas y
otras infecciones virales provocan una importante disminución en la
población de linfocitos CD4+, sin embargo, no producen una
sintomatología similar al SIDA. 4) Nadie ha podido demostrar el
efecto citopático del HIV in vivo. Por otra parte, diversas cepas de
HIV aisladas a partir de pacientes con SIDA terminal no son
citopáticas in vitro. 5) Es relativamente fácil aislar el HIV a partir de
los linfocitos periféricos de pacientes recién infectados con HIV, los
cuales sufren una enfermedad benigna parecida a la gripe o a la
mononucleosis infecciosa, misma que desaparece en pocas
semanas. Sin embargo, es muy difícil aislar el virus a partir de
linfocitos periféricos de pacientes en fase asintomática y sólo en
algunos pacientes con SIDA terminal se puede volver a aislar el virus
con facilidad. Estas observaciones sugieren que la replicación del
HIV en los linfocitos periféricos está muy reducida durante la larga
fase asintomática. 6) agentes antivirales como la azidotimidina
también conocida como zidovudina o AZT, inhiben en forma
importante la replicación del HIV; sin embargo, no han servido para
detener la caída de los linfocitos CD4+ ni el desarrollo del SIDA en
pacientes asintomáticos tratados con estos compuestos por largo
tiempo. 7) Son cada vez más frecuentes los reportes de personas
que han estado infectadas con HIV por más de diez años y que sin
embargo, se encuentran en buena salud a pesar de no haber
seguido ningún tipo de tratamiento específico.
La falta de correlación entre los marcadores clásicos de actividad
viral (como son la concentración de partículas virales infecciosas y
los niveles de antígenos [proteínas] virales en el suero sanguíneo) y
las manifestaciones clínicas del SIDA, ha motivado a los
investigadores a establecer otros parámetros que les permitan
evaluar la actividad de la infección por HIV durante el desarrollo del
SIDA.
El HIV es un retrovirus y como tal, en forma de provirus debe
integrarse al genoma de la célula hospedera para poder replicarse
y, eventualmente, producir nuevas moléculas de ARN y proteínas
virales que sirvan para ensamblar nuevos vinones infectantes. Sin
embargo, la mayor parte de los retrovirus clásicos tienden a
permanecer como provirus silenciosos dentro del genoma de sus
células hospederas y sólo muy de vez en cuando expresan su
información genética con el fin de producir nuevos componentes
virales. De hecho, los retrovirus prefieren propagarse en forma
vertical o sea, cada vez que se replica el genoma de la célula
hospedera también es replicado el provirus integrado a dicho
genoma, de manera que las dos células hijas que resultan del
proceso de división celular contienen una copia del provirus
retroviral integrado en sus respectivos genomas. Esta estrategia
equivale a una propagación pasiva del genoma viral. Por lo tanto,
una importan te cuestión consiste en establecer si el HIV se
propaga principalmente como un retrovirus clásico o si por el
contrario, se propaga en forma horizontal y activa: por medio de la
producción de viriones infectantes capaces de salir al medio externo
para infectar nuevas células blanco.
Así, técnicas moleculares como la llamada hibridación de ácidos
nucléicos in situ y la amplificación de secuencias genómicas
específicas por medio de la reacción de polimerasa en cadena
(PCR), permiten detectar la presencia de ARN viral y del provirus
integrado en el genoma de la célula hospedera. Estas técnicas son
muy sensibles y han permitido crear un nuevo parámetro virológico
que se conoce como "carga viral", que corresponde al porcentaje de
células blanco (células hospederas) que contienen información viral
(como provirus o como ARN viral), pero sin importar si dicha
información viral está siendo utilizada para producir nuevas
partículas virales infectantes o solamente corresponde a una
infección latente en la cual no se expresa la información viral
presente en la célula hospedera.
Al parecer, en el caso de la infección por HIV, la carga viral se va
incrementando gradualmente durante el curso de los años desde la
infección inicial hasta la aparición del SIDA. Por otra parte, se ha
podido establecer que dicha carga viral aumenta preferentemente
en las células T auxiliares (CD4+) ubicadas en los tejidos linfoides
como son: los ganglios linfáticos, el bazo y el tejido linfoide
presente en la pared intestinal. También los macrófagos ubicados
en estos tejidos muestran un aumento en la carga viral por HIV. Sin
embargo, en los linfocitos CD4+ de la sangre periférica la carga
viral por HIV es muy reducida ya que sólo en 1 de cada 10 000
linfocitos CD4+ es demostrable la presencia del provirus y de esta
pequeña fracción de células infectadas sólo el 1% manifiesta una
infección activa y la consecuente producción de nuevas partículas
virales. Estos datos constituyen una gran paradoja, ya que resulta
difícil explicar la gradual disminución de la población de linfocitos
CD4+ como consecuencia de la infección activa por RW, puesto que
el número de células que muestran infección activa es muy reducido
y sobre todo, mucho menor que la capacidad del sistema inmune
para reponer las células que pudieran haber sido destruidas como
consecuencia de la infección por HIV.
Al momento de escribir estas notas (febrero de 1995), acaban de
ser publicados los resultados de dos estudios que pretenden haber
resuelto la paradoja arriba mencionada. Según estos estudios,
consignados en la bibliografía al final de este libro, el número de
linfocitos CD4+ que son destruidos y repuestos diariamente como
consecuencia de la infección por HIV, es de alrededor de 10 9 (mil
millones de células), este número es muy similiar a la carga viral
promedio (número total de linfocitos y otras células linfoides en los
cuales se puede detectar provirus o ARN viral, independientemente
de que el provirus este activo o no). Los resultados de estos
estudios sugieren que durante el largo curso de la infección por HIV
SIDA,
se
encuentra
que
finalmente
desemboca
en
el
sobreestimulada la capacidad del sistema inmune para reponer a
sus células perdidas o dañadas y que esta sobreestimulación,
equivalente a 50 veces el promedio de recambio de células inmunes
observado en individuos normales, es consecuencia de una continua
destrucción de linfocitos CD4+ que tiene lugar, posiblemente, en los
tejidos linfoides. Estas investigaciones sugieren que el SIDA es
consecuencia del eventual agotamiento del sistema inmune que en
un momento determinado ya no puede reponer el número de
células que son diariamente destruidas por la infección viral. Para
llegar a estas conclusiones fue necesario correlacionar datos de
laboratorio y resultados de varios protocolos de tratamiento con
antivirales experimentales en grupos de pacientes con SIDA; dichas
correlaciones se establecieron por medio de métodos matemáticos
que para ser utilizados requieren de una serie de suposiciones y
simplificaciones respecto al comportamiento dinámico de las
poblaciones virales y celulares que interactúan.
Puede ser que los resultados arriba mencionados sean una
importante contribución para comprender la dinámica de la
infección por HIV. Sin embargo, existen numerosas observaciones
que hacen dudar que el HIV sea un virus citopático in vivo. Además,
persiste la cuestión de por qué los chimpancés, que son la especie
más cercana al hombre, pueden ser infectados en forma crónica y
productiva por el HIV y, sin embargo, no desarrollan el SIDA. Si el
HIV es verdaderamente citopático, resulta difícil explicar la
resistencia de los chimpancés a la enfermedad, a menos que el
sistema inmune del chimpancé tenga una capacidad de
regeneración muy superior a la del hombre, lo cual es poco
probable.
La evidencia disponible sugiere que el HIV dista de ser un virus que
causa enfermedad por un mecanismo directamente citopático, como
es el caso de los virus de la influenza o del Herpes simplex. Por lo
tanto, las alteraciones en las funciones de los linfocitos CD4+, y la
subsecuente disminución de los mismos deben ser provocadas por
mecanismos que involucran al HIV de manera indirecta.
INMUNOPATOLOGÍA DEL SIDA
La inmunopatología es una disciplina que estudia la participación del
sistema inmune en el desarrollo de diversas enfermedades; en
algunos casos el sistema inmune pueder ser una de las causas de la
enfermedad, en otros casos el sistema inmune pueder ser una
víctima de la enfermedad y en otros más, el sistema inmune puede
ser tanto causante como víctima de la enfermedad. Avances
recientes en el conocimiento de la inmunopatología del SIDA,
sugieren que el HIV puede ser una causa necesaria pero tal vez no
suficiente para provocar el SIDA y, por lo tanto, se necesita de la
acción de cofactores que también participan en el mecanismo o
mecanismos que conducen a desarrollar el SIDA.
Como ya fue mencionado, la infección primaria por HIV puede ser
asintomática o manifestarse como un síndrome gripal de resolución
rápida. Posteriormente hay un largo periodo de latencia que dura
varios años y que es asintomático, hasta que aparecen las primeras
manifestaciones clínicas del SIDA que se presenta como una
inflamación de varios grupos de ganglios linfáticos (linfadenopatía),
acompañada de la pérdida de peso, diarrea persistente y
posteriormente, se presentan una o varias infecciones oportunistas
(causadas por microorganismos que tienen un bajo potencial
patogénico) o la reactivación de antiguas infecciones latentes como
la tuberculosis o el herpes. En algunos casos se desarrollan tumores
malignos como el sarcoma de Kaposi o ciertos linfomas, y
manifestaciones neurodegenerativas que terminan en la demencia.
Cualquiera de los procesos anteriores puede ser la causa del
fallecimiento.
Sin embargo, desde que se describieron los primeros casos de SIDA,
varios autores notaron una importante similitud entre las
manifestaciones clínicas del SIDA y aquellas propias de ciertas
enfermedades conocidas como enfermedades autoinmunes, las
cuales se caracterizan porque el sistema inmune reconoce como
extrañas a células y moléculas del propio organismo, por lo cual las
ataca y produce enfermedad. En particular, existe un padecimiento
de tipo autoinmune conocido como enfermedad del injerto contra el
hospedero, cuyas manifestaciones clínicas son muy similares al
SIDA;
esta
enfermedad
es
producida
por
células
inmunocompetentes (linfocitos, macrófagos, etc.) que normalmente
están presentes en el material o tejido transplantado. La
enfermedad del injerto contra el hospedero puede ocurrir como
consecuencia de la infusión de cualquier derivado de la sangre que
pueda contener linfocitos viables, como es el caso en las
transfusiones de sangre entre la madre y el feto, las transfusiones
de sangre total con fines terapéuticos, las transfusiones de plasma
sanguíneo o de paquetes de células sanguíneas. También se puede
presentar esta enfermedad como consecuencia del transplante de
timo o de hígado fetal y en los transplantes de médula ósea.
Cierto tipo de enfermedades como la anemia aplástica, las
leucemias agudas, la inmunodeficiencia combinada congénita y las
anemias resultantes de la exposición a radiaciones ionizantes o
debidas al uso de agentes quimioterápicos en el tratamiento del
cáncer; pueden ser tratadas por medio de transplantes de médula
ósea, que es el tejido a partir del cual se originan las células
sanguíneas que incluyen a los glóbulos rojos y los glóbulos blancos,
entre los cuales se encuentran los linfocitos B. Para hacer un
transplante de médula ósea primero se establece que el donador y
el receptor del transplante son compatibles a nivel de sus antígenos
de histocompatibilidad, esto evita que el tejido transplantado sea
eventualmente reconocido como extraño y por lo tanto, rechazado
por el sistema inmune del receptor. Sin embargo, en la médula
ósea del donador existen células inmunocompetentes capaces de
reconocer como extraños a los tejidos del receptor. A veces no es
posible eliminar las células inmunocompetentes presentes en el
tejido a ser transplantado y esto da como resultado que las células
inmunes del tejido transplantado empiezan a reconocer como
extrañas a las células y moléculas del organismo receptor del
transplante. Dichas células inmunocompetentes se activan y atacan
a los tejidos del receptor, provocando la enfermedad del injerto
contra el hospedero, misma que puede ir desde una simple urticaria
hasta una severa inmunodeficiencia, debida al ataque de las células
inmunocompetentes del injerto sobre los tejidos linfoides del
individuo receptor del transplante, y que se asocia con el desarrollo
de infecciones oportunistas y lesiones en la piel, el hígado y el
aparato digestivo.
En la actualidad se sabe que la proteína gpl20 del HIV tiene
similitudes estructurales con un tipo de proteínas humanas
conocidas
como
moléculas
del
complejo
mayor
de
histocompatibilidad clase II (MHC-clase II). Dichas moléculas están
presentes en la superficie de los linfocitos B, de los macrófagos y de
los linfocitos T activados, y participan en la presentación de
antígenos foráneos para que estos puedan ser reconocidos por el
sistema inmune como extraños. La similitud entre gp 120 y MHCclase II puede ser el origen de una grave confusión en la respuesta
inmune, ya que anticuerpos y células T citotóxicas capaces de
reconocer la presencia de gp l20 en la superficie de células
infectadas por HIV, son también capaces de reconocer a las MHCclase II presentes en la superficie de células inmunocompetentes
normales, esto puede provocar que los componentes de la
respuesta inmune dirigida contra HIV se comporten también como
atacantes de las células normales que presentan MHC-clase II. Esto
puede resultar en la destrucción de varios tipos de células
inmunocompetentes entre las cuales se encuentran los linfocitos
CD4+ activados que expresan la MHC-clase II en sus membranas.
La activación de los linfocitos T es condición necesaria para que
expresen la molécula MHC-clase II en sus membranas. Por lo tanto,
existe la posibilidad de que dicha activación dé como resultado que
algunas poblaciones de linfocitos T activados se vuelvan blanco
potencial de la respuesta inmune dirigida contra el HIV. Si tal es el
caso, entonces deben existir mecanismos dirigidos a evitar la
activación de estas células de manera que no puedan expresar la
molécula MHC-clase II en sus membranas. Durante los últimos años
se han acumulado observaciones que demuestran la presencia de
abundantes linfocitos T supresores en pacientes infectados por HIV.
Se ha sugerido que la función de estos linfocitos supresores consiste
en evitar la activación de los linfocitos CD4+ para evitar que
puedan ser blanco de un ataque por parte de la respuesta inmune
contra HIV. Sin embargo, la supresión de la activación vuelve
anérgicos a los linfocitos T auxiliares (CD4+), o sea, que no
reaccionan ante agentes activadores como son los antígenos
derivados de otros microorganismos patógenos. El resutado del
estado anérgico es que los linfocitos auxiliares no pueden actuar
como coordinadores y estimuladores de la respuesta inmune celular
y por lo tanto, la persona afectada manifiesta importantes
alteraciones en sus funciones inmunitarias a pesar de que todavía
no se presenta una franca disminución en la población de linfocitos
CD4+ auxiliares.
Los linfocitos T citotóxicos y los linfocitos T supresores se
caracterizan por presentar en sus membranas un receptor conocido
como CD8. Por otra parte, en personas normales la concentración
de linfocitos CD4+ es de alrededor de 1 000 por milímetro cúbico de
sangre. En la sangre de individuos normales la relación entre
células CD4+ y CD8+ es de 2:1. Sin embargo, en los pacientes
infectados por HIV esta relación está invertida con mucha
frecuencia (CD4+/CD8+ 1:2) y este fenómeno ocurre mucho antes
de la disminución de la población de linfocitos CD4+, misma que se
observa en las etapas terminales del SIDA (en las cuales la
población de linfocitos CD4+ es menor a 200 por milímetro cúbico).
De hecho, la inversión del índice CD4+/CD8+ parece deberse a una
proliferación excesiva de los linfocitos CD8+. En las etapas
terminales del SIDA todas las poblaciones linfocitarias disminuyen en
número; sin embargo, la proporción relativa CD4+/CD8+
permanece alterada, siendo estas últimas células las más
numerosas en términos relativos. Como ya fue mencionado,
pacientes infectados con HIV que están en fase asintomática
muestran ya importantes alteraciones en las funciones de los
linfocitos CD4+, y se sabe que grupos de estos linfocitos se
encuentran en estado anérgico o sea, no reaccionan ante estímulos
que normalmente activan a estos linfocitos. Dicho estado de anergía
puede ser cancelado o reducido si se procede a separar a los
linfocitos CD4+ de los linfocitos CD8+. Los linfocitos CD4+
purificados muestran una mejoría en sus reacciones cuando son
ensayados in vitro, en ausencia de linfocitos CD8+. Esto sugiere
que en pacientes infectados por HIV existe un estado
inmunosupresor que bloquea la activación de los linfocitos CD4+.
Diversas observaciones sugieren que los pacientes infectados por
HIV que presentan un aumento temprano y excesivo en sus
poblaciones de linfocitos CD8+, son candidatos a desarrollar el SIDA
con mayor rapidez.
Los límites del presente libro no permiten continuar detallando otras
importantes
observaciones
e
hipótesis
referentes
a
la
inmunopatología del SIDA, tópico que está recibiendo cada vez
mayor atención por parte de los investigadores. Todavía no se
pueden hacer conclusiones definitivas acerca de los mecanismos
causales del SIDA, y debemos estar preparados para futuras
sorpresas al respecto. Existe una gran urgencia por conocer dichos
mecanismos con el fin de lograr tratamientos eficaces para este
padecimiento. Sin embargo, a pesar de la intensa investigación
sobre este tema, todavía carecemos de respuestas verdaderas;
pero un sano principio de la ciencia consiste en reconocer nuestras
dudas, pues a partir de estas se puede llegar a comprender y
aprender; mientras que la falsa sabiduría y las respuestas mal
fundamentadas conducen a la confusión y al retraso del
conocimiento.
PREVENCIÓN Y TRATAMIENTO DEL SIDA
Hasta el momento, los tratamientos con antivirales específicos
como la azidotimidina (zidovudina) han dado pobres resultados en
el tratamiento del SIDA y sólo se han logrado progresos en el
manejo de las complicaciones clínicas del SIDA, utilizando
medicamentos que disminuyen los síntomas y molestias asociadas
con esas complicaciones. Existe una amplia variedad de agentes
antivirales que están siendo evaluados respecto a su acción contra
el HIV. Desafortunadamente, la mayoría de los antivirales probados
hasta la fecha, inducen con rapidez la aparición de mutantes de HIV
resistentes a dichos antivirales.
En cuanto al desarrollo de posibles vacunas específicas contra el
HIV, cabe mencionar que la mayoría de los proyectos para el
desarrollo de estas vacunas fueron iniciados con base en una
apreciación incorrecta y apresurada de los mecanismos causales del
SIDA. Hasta la fecha, la mayoría de dichas vacunas experimentales
se dirige a estimular la producción de anticuerpos específicos contra
componentes del HIV, por medio de la inoculación en animales (o
de personas voluntarias) de proteínas o fragmentos de proteínas
virales que actúen como antígenos que estimulen al sistema inmune
para producir anticuerpos específicos contra estos componentes
virales. Dichos anticuerpos podrían actuar neutralizando al virus,
evitando así que este pueda infectar a las células del organismo
vacunado.
Un importante obstáculo para el desarrollo de vacunas contra el HIV
es que no se conoce ninguna especie animal que desarrolle SIDA
como consecuencia de la infección por HIV; por lo tanto, no existe
ningún modelo animal para probar directamente la capacidad
protectora de dichas vacunas. Por esta razón se ha recurrido a
métodos indirectos que permiten establecer la presencia de una
respuesta inmune contra el HIV en chimpancés vacunados y
también se ha recurrido a un sistema paralelo que consiste en
desarrollar vacunas experimentales contra el llamado síndrome de
inmunodeficiencia adquirida del simio, supuestamente causado por
un virus parecido al HIV (SIV), con la esperanza de que los datos
obtenidos en el modelo animal puedan orientar hacia el desarrollo
de una vacuna efectiva en el humano.
Desafortunadamente, estos modelos de vacunación parecen no
tomar en cuenta dos hechos fundamentales: la mayoría de los
pacientes que desarrollan el SIDA tienen anticuerpos neutralizantes
específicos contra el HIV y sin embargo no son protegidos contra la
enfermedad. Por otra parte, existen importantes evidencias de que
el principal modo de transmisión del HIV de un individuo infectado a
un individuo receptor no es por medio de los viriones libres en el
suero sanguíneo del transmisor, sino por la introducción de células
infectadas en el interior del organismo receptor y el subsecuente
contacto directo entre células infectadas y células no infectadas. En
estas circunstancias, los anticuerpos neutralizantes no pueden
actuar; ya que las partículas virales potencialmente infectantes no
están libres sino protegidas en el interior de la célula infectada.
El posible desarrollo de una vacuna efectiva contra el HIV depende
de un cambio radical en la manera como se entiende el concepto de
vacuna, ya que las vacunas antivirales clásicas (como la de la
viruela o la de la poliomielitis) están dirigidas a estimular la
inmuniad humoral específica (inmunidad por anticuerpos) y hasta la
fecha no ha sido desarrollada una vacuna efectiva contra ninguno
de los virus cuyo control depende directamente de la inmunidad
celular específica (aquélla mediada primordialmente por linfocitos T
citotóxicos que atacan a las células infectadas por estos agentes).
En vista de lo anterior, las mejores medidas para reducir el riesgo
de infección por HIV son: verificar que la sangre y derivados de
sangre utilizados con fines médicos (para transfusiones, etc.) se
encuentren libres de contaminación por HIV; evitar el uso de drogas
intravenosas y otros procedimientos que impliquen el intercambio
de materiales e instrumentos potencialmente contaminados con
sangre o células infectadas; evitar la promiscuidad sexual y utilizar
condones durante el acto sexual.
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V I R U S
LOS VIRUS sufren cambios evolutivos al igual que los seres vivos.
Los genomas virales están sujetos a la mutación con la misma
frecuencia común a todos los ácidos nucleicos, y cuando las
condiciones favorecen a un mutante en particular, éste es
seleccionado, dando origen a una nueva cepa que paulatinamente
substituye a la anterior. Hoy día existen dos opiniones
predominantes en relación con el origen de los virus. La primera
opinión considera que los virus se originaron a partir de células
degeneradas que perdieron la capacidad para hacer vida libre. De
acuerdo con la segunda opinión, los virus se originaron a partir de
fragmentos de ácido nucleico celular que escaparon de la célula
original. La biología molecular de los fagos y bacterias difiere en
forma considerable de la de los virus de eucariotes y sus
respectivas células hospederas, al grado de que no es posible
propagar bacteriófagos en células eucarióticas o virus animales en
bacterias. Esto sugiere que los fagos y los virus de eucariotes se
originaron en forma independiente.
Los virus están exitosamente diseminados en los reinos animal y
vegetal, al grado de que ningún grupo de organismos conocidos
hasta la fecha se encuentra libre de ser infectado por virus. La
evolución exitosa de cualquier parásito requiere de la supervivencia
de la especie hospedera. Un ejemplo interesante de esto lo
constituye la evolución del virus del sarampión, el cual sólo infecta
al ser humano y la infección generalmente resulta en la adquisición
de inmunidad permanente por parte del individuo infectado.
Se ha estudiado la frecuencia de la incidencia de sarampión entre
los habitantes de diversas islas y se ha encontrado una buena
correlación entre el tamaño de la población y el número de casos de
sarampión registrados en cada isla a lo largo del año. Se requiere
una población de cuando menos 500 000 individuos para
proporcionar suficientes individuos susceptibles (recién nacidos)
capaces de mantener la prevalencia del virus en la población. En
poblaciones menos numerosas el virus tiende a desaparecer, a
menos de que sea reintroducido desde el exterior.
Desde el punto de vista geológico, el hombre es una especie muy
reciente y solamente ha existido en poblaciones numerosas durante
los últimos 8 000 o 10 000 años. Por lo tanto, se sospecha que el
virus del sarampión no existía en su forma actual en épocas cuando
los núcleos de población humana eran todavía muy pequeños.
Basándose en la similitud antigénica entre el virus del sarampión y
aquellos del moquillo canino y la ictericia febril del ganado, F. L.
Black ha postulado que estos tres virus provienen de un antepasado
común, el cual infectaba por igual a humanos, perros y ganado en
épocas prehistóricas. El virus ancestral evolucionó hacia el actual
virus del sarampión cuando los cambios en el comportamiento
social del hombre dieron origen a poblaciones lo suficientemente
grandes para mantener la prevalencia de la infección. Este evento
evolutivo debió de haber ocurrido en los últimos 6 000 años, a
partir del establecimiento
Mesopotamia.
de
las
primeras
civilizaciones
en
En el caso del virus de la influenza es posible distinguir tres
diferentes tipos de acuerdo con la antigenicidad de sus
nucleoproteínas; estos tipos son: A, B y C. El virus tipo A es
causante de epidemias mundiales (pandemias) de influenza.
Los virus de la influenza tipos A y B causan epidemias durante el
invierno. El virus tipo C sólo causa padecimientos respiratorios
menores. La resistencia a la infección depende de que el organismo
susceptible haya sido expuesto previamente al virus infectante. Los
antígenos virales más importantes en relación con la producción de
inmunidad protectora son la hemaglutinina externa (HA) y la
glicoproteína neuraminidasa (NA). Los virus A y B de la influenza se
encuentran en evolución continua produciendo nuevos tipos de los
antígenos HA y NA; por lo tanto, resulta inefectiva la inmunidad
previamente adquirida por el organismo.
A partir de 1932 se empezaron a aislar cepas del virus de la
influenza tipo A. Cada nuevo aislado del virus ha sido probado
serológicamente con antisueros capaces de neutralizar las otras
cepas conocidas del virus A. Con el paso del tiempo se ha hecho
evidente que las nuevas cepas aisladas difieren cada vez más en el
nivel antigénico de las primeras cepas aisladas. Actualmente ya no
es posible aislar en la población humana virus tipo A
correspondientes a las cepas originales aisladas en 1932. Este
fenómeno se conoce como deriva antigénica y presupone que en
forma natural se producen cepas de virus que presentan nuevos
antígenos; estos mutantes son seleccionados en forma natural de
entre la población de virus de la influenza. Experimentos in vitro, en
los cuales el virus es propagado en cultivos de células en presencia
de concentraciones de anticuerpos insuficientes para neutralizar la
totalidad del virus inoculado, permiten obtener progenie viral que al
ser transferida a otro cultivo celular en presencia de anticuerpos
contra el virus de la cepa original demuestran que después de siete
transferencias en serie la progenie viral resultante difiere
radicalmente en sus determinantes antigénicos cuando se le
compara con el virus del inóculo original. Se supone que esta
evolución in vitro es equivalente al proceso de selección natural que
ocurre por el repetido pasaje del virus de la influenza por el tracto
respiratorio de diferentes individuos.
El análisis de cepas aisladas a lo largo de 40 años demuestra que la
evolución del virus de la influenza tipo A no depende
exclusivamente de la deriva antigénica sino también ocurre en
saltos evolutivos que representan la casi misteriosa aparición de
nuevas cepas denominadas subtipos, diferentes por completo en
sus antígenos HA y NA a las cepas prevalentes en los años previos
inmediatos. Este fenómeno se conoce como cambio antigénico y es
característico del virus tipo A, mientras que el virus tipo B, como se
ha visto, solamente evoluciona por deriva antigénica.
Existe evidencia serológica de que en el pasado reciente el hombre
ha sido infectado por subtipos del virus de la influenza que están
emparentados con las cepas contemporáneas H2N2 y HbN2 que
infectan al humano, y la cepa HswlNl que infecta al cerdo. La
importancia de los subtipos virales es evidente cuando se considera
la correlación entre su aparición y la ocurrencia de pandemias de
influenza. Algunas hipótesis para explicar el origen del cambio
antigénico se basan en el hecho de que cepas del virus de la
influenza de humanos pueden infectar a los animales, y diferentes
subtipos del virus A tienen al cerdo, al caballo y a algunos tipos de
pájaros como hospederos naturales. El virus tipo B solamente
infecta al ser humano; por lo tanto, existe una correlación entre la
ausencia de cepas de virus tipo B capaces de infectar especies
animales y la falta de cambio antigénico, lo que contribuye a
explicar la ausencia de pandemias de influenza debidas al virus tipo
B. La explicación más sencilla para el fenómeno de cambio
antigénico consiste en que una cepa del virus capaz de infectar
animales adquiere la capacidad para infectar al hombre. Esto
explicaría el hecho de que en la pandemia de influenza de 1957 se
aisló una cepa del virus que tiene antígenos HA y NA totalmente
diferentes a los de la cepa del virus más común en el año 1956. A
mediados de los años setenta se aisló en varias regiones de Estados
Unidos el mismo subtipo de virus de la influenza a partir de cerdos
y granjeros dedicados a la cría de cerdos; este hecho demostró que
realmente ocurre el intercambio de cepas de virus de la influenza
entre diferentes especies animales. Sin embargo, no se produjo
ninguna pandemia a pesar de que la población humana carecía de
inmunidad contra el subtipo viral HswlNl característico del cerdo.
Por lo tanto, se ha especulado que este subtipo del virus carece de
la capacidad para ser transmitido directamente entre seres
humanos.
Los indios americanos sufrieron un gran desastre demográfico en
los años inmediatos posteriores al descubrimiento de América; este
desastre ha sido generalmente atribuido a la introducción de la
viruela en el Nuevo Mundo. Sin embargo, la viruela no fue
introducida en Santo Domingo sino hasta 1518, o sea, veintiséis
años después del descubrimiento; ya para entonces la población de
la isla había disminuido de más de un millón (en 1492) a poco más
de diez mil habitantes, por lo tanto, la viruela no es la causa de esta
mortandad. El historiador Francisco Guerra ha sugerido, basándose
en los relatos de diversos cronistas de Indias, como Bartolomé de
las Casas, Fernández de Oviedo, Hernando Colón y Herrera y
Tordesillas, que la mayor parte de la mortandad entre los indios de
Santo Domingo fue causada por una epidemia de influenza porcina.
De acuerdo con las crónicas, la epidemia se inició en La Isabela, la
primera ciudad del Nuevo Mundo, el 9 de diciembre de 1493, un día
después de la llegada de 1 500 hombres y animales domésticos
transportados en los diecisiete barcos que constituían la segunda
expedición de Colón. Los animales domésticos, que incluían ocho
cerdas, habían sido embarcados en el la nave insignia en La
Gomera, Islas Canarias, entre el 5 y el 7 de octubre de 1493, pero
el contacto entre los animales y los miembros de la expedición
ocurrió solamente después del desembarco en Santo Domingo
cuando, de acuerdo con las crónicas, los caballos fueron
considerados perdidos a causa de una enfermedad. Todas las
fuentes históricas están de acuerdo en la fecha, lugar y descripción
de las manifestaciones clínicas y mortandad de la epidemia. El
cuadro clínico corresponde a una infección aguda extremadamente
contagiosa capaz de afectar en forma inmediata a todos los
miembros de la expedición incluyendo al propio Colón. Los sintomas
consistían en fiebre elevada, escalofrío, postración y elevada
mortalidad, aunque aquellos que sobrevivieron manifestaron
resistencia a las recaídas.
Crónicas que hablan de otros brotes de la enfermedad posteriores a
la invasión de tierra firme, entre 1514 y 1519, mencionan
problemas respiratorios y epistaxis (hemorragias nasales) como
síntomas asociados. Los cronistas indican que después de haber
afectado a los españoles, la enfermedad empezó a provocar la
muerte de "innumerables indios".
El corto periodo de incubación observado en la epidemia de 1493 y
la evolución del padecimiento descartan al paludismo como
causante de la epidemia y, por el contrario, apoyan clínica y
epidemiológicamente que la enfermedad causante fue la influenza.
Guerra ha estudiado el papel de los virus de la influenza porcina en
la producción de pandemias de influenza en humanos, y ha
comparado la evolución demográfica de las Antillas desde la llegada
de Colón en 1492, con la evolución demográfica de las Filipinas
desde la llegada de Magallanes en 1521. Ambos archipiélagos
tienen una extensión y clima similares. Sin embargo, los indígenas
precolombinos prácticamente carecían de animales domésticos y
por lo tanto fueron por primera vez expuestos a los virus de estos
animales después de la llegada de Colón. Los filipinos poseían
animales domésticos incluyendo tres especies de cerdos, antes de la
llegada de Magallanes. Por lo tanto, los filipinos habían adquirido
inmunidad que les permitió tolerar la colisión inmunológica con los
exploradores españoles, mientras que los antillanos perecieron en
grandes cantidades debido a la carencia de inmunidad previa. Los
cronistas han dejado constancia de la inmunidad selectiva mostrada
por los indígenas. Fernández de Oviedo comentó la resistencia de
los indios a las enfermedades venéreas y la frambesia, mientras
que el obispo Las Casas hizo notar lo susceptibles que eran a los
padecimientos respiratorios. El cronista Solórzano Pereira escribió
que "el aliento ajeno mata al indio"
Existe una teoría cíclica para explicar el cambio antigénico; esta
teoría se basa en la observación de anticuerpos contra la influenza
en el suero de personas que estaban vivas antes de 1932, año en
que fueron aisladas las primeras cepas del virus. Suero humano
obtenido en 1957, el año en que apareció el virus subtipo H2N2, fue
mantenido en congelación y posteriormente probado para
establecer si contenía anticuerpos contra las cepas contemporáneas
H2N2 y H3N2. El suero de individuos que ya estaban vivos en 1889,
pero no, en 1888, mostró la presencia de anticuerpos contra el
subtipo H2N2; esto sugiere que estos individuos habían sido
infectados por una cepa H2N2 en 1889. Experimentos similares
demostraron que la cepa H3N2 ya estaba presente alrededor de
1900. Por lo tanto, la teoría cíclica supone que las cepas virales se
"ocultan" con cierta periodicidad, permaneciendo quizá en otra
especie que actúa como hospedera hasta que la población de la
especie hospedera natural, que manifiesta inmunidad contra el
virus, es substituida paulatinamente por un número suficiente de
nuevos individuos susceptibles que no han estado expuestos al
contagio por el virus. Bajo estas condiciones, el virus puede resurgir
e infectar una vez más una proporción considerable de la especie
hospedera natural.
El ciclo observado en el caso de los subtipos H2N2 y H3N2 es de
alrededor de 60-70 años, o sea, equivalente a la expectativa de
vida promedio. Sin embargo, la aparición en 1977 de una cepa HINI
idéntica desde el punto de vista serológico y de hibridación de
ácidos nucleicos a la cepa presente en 1950 sugiere que una nueva
población de individuos susceptibles puede acumularse en sólo 25
años.
El genoma del virus de la influenza (tipos A y B) consta de ocho
segmentos de ARN de cadena sencilla, cada uno de los cuales da
origen a un ARN mensajero monocistrónico. Cuando una célula es
infectada en forma simultánea por más de una cepa del virus de la
influenza los nuevos fragmentos de ARN viral sintetizados pueden
mezclarse al azar, dando origen a viriones híbridos que son
genéticamente estables. Se ha demostrado que estas cepas híbridas
pueden diseminarse en forma natural e infectar animales
susceptibles. Cepas que pueden haberse originado por la
combinación genética espontánea entre cepas de virus humano y de
virus de animal han sido aisladas en forma natural. Algunos autores
sugieren que la recombinación genética espontánea constituye el
principal mecanismo por el cual surgen las nuevas cepas o subtipos
del virus de la influenza tipo A.
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G E N É T I C A
I N G E N I E R Í A
UN FENÓMENO comúnmente observado en el laboratorio consiste en
que un fago capaz de propagarse en una cepa bacteriana
determinada se replica en forma ineficiente cuando es crecido en
otra cepa diferente. Se dice que estos fagos están restringidos
cuando se encuentran en una cepa bacteriana diferente de aquella
en la cual han sido propagados originalmente. Sin embargo, casi
siempre una pequeña proporción del fago es capaz de evadir el
estado de restricción y crecer de manera adecuada en la nueva
cepa bacteriana, pero la progenie de este fago será incapaz de
crecer en la cepa bacteriana que originalmente permitió la
propagación del fago precursor. Estas observaciones sugieren que
una modificación específica inducida por la nueva bacteria
hospedera protege al fago de manera que no puede ser restringido
dentro de la nueva cepa bacteriana, pero a la vez pierde la
capacidad para crecer en la antigua cepa hospedera.
A principios de los años sesenta, Bertani, Weigle y Arber
demostraron en forma independiente que la modificación inducida
por el hospedero ocurre en el nivel del ADN del fago, y el fenómeno
de restricción es consecuencia de la degradación por hidrólisis
enzimática del ADN viral que no ha sido modificado. El ADN de la
bacteria hospedera y otros ADNs presentes en dicha céla son
modificados por la adición de grupos metilo (CH3) en sitios
específicos los cuales son normalmente reconocidos por un tipo de
enzimas conocidas como enzimas de restricción, las cuales
solamente pueden degradar ADN no metilado. Así, la metilación de
una base en particular presente en la secuencia de nucleótidos
reconocida por la enzima, impide la hidrólisis y ruptura del ADN en la
región de esta secuencia. Las enzimas de restricción son
endonucleasas capaces de reconocer secuencias específicas de
nucleótidos en el ADN de cadena doble y cortar ambas cadenas a la
altura de dichas secuencias. Cada tipo de enzima de restricción
reconoce una secuencia de nucleótidos en particular, la cual
generalmente consta de cuatro a seis pares de bases. Una
caracterísuca notable de los sitios donde actúan las enzimas de
restricción consiste en que la secuencia de bases es palindrómica y
el sitio de corte está localizado en forma simétrica con respecto al
doble eje de simetría, por ejemplo: la secuencia reconocida por la
enzima de restricción Eco Rl, obtenida de la bacteria E. coli, es:
FIGURA XIII.1. Recombinación in vitro de dos fragmentos de ADN.
En este caso, la unión AG presente en cada cadena de nucleótidos
es hidrolizada por la endonucleasa.
Hasta la fecha han sido purificadas y caracterizadas más de cien
diferentes enzimas de restricción. Su nomenclatura consiste en una
abreviatura de tres letras correspondientes a la bacteria productora
de la enzima (por ej.: Hae = Haemophilus aegyptum) más una letra
en ciertos casos, que designa a la cepa bacteriana, y un número
romano, por ej.: Hae III.
La caracterización de las enzimas de restricción ha permitido
desarrollar técnicas refinadas para manipular los genes. El factor
principal en estas técnicas está dado por la capacidad de ciertas
enzimas de restricción para producir cortes escalonados
(indentados) en sitios bien definidos presentes en las moléculas de
ADN. La figura XIII.1 ilustra la manera en que estas enzimas pueden
ser utilizadas: ADN procedente de dos fuentes diferentes es cortado
con la misma endonucleasa (por ej.: Eco Rl) para producir
fragmentos que poseen colas o términos de cadena sencilla cuyas
secuencias de nucleótidos son complementarias. Incubando mezclas
de ambos fragmentos en condiciones que favorecen la reunión de
los mismos en presencia de la enzima ADN ligasa, es posible producir
fragmentos de ADN híbrido también conocido como ADN
recombinante.
Es relativamente sencillo introducir en una bacteria fragmentos de
ADN por medio del proceso conocido como transformación. Sin
embargo, dichos fragmentos de ADN no pueden replicarse y acaban
siendo eliminados. Para evitar este problema, el fragmento de ADN
es insertado en un vector o vehículo de clonación, el cual consiste
en una molécula de ADN capaz de replicarse en forma autónoma.
Entre los vectores más a menudo utilizados se encuentran los
plásmidos bacterianos, que son pequeñas moléculas de ADN circular
de cadena doble, los cuales generalmente contienen genes que
codifican toxinas o enzimas capaces de inactivar ciertos antibióticos.
Los plásmidos son cromosomas bacterianos accesorios y se
diferencian del cromosoma principal en que los plásmidos no son
estrictamente necesarios para la subsistencia y reproducción de la
bacteria
en
cuestión.
Los
plásmidos
pueden
replicarse
independientemente del cromosoma principal. Las bacterias pueden
contener plásmidos tipo unicopia o multicopia (más de 20). En
general, los plásmidos multicopia son pequeños y a menudo se
utilizan como vehículos moleculares de donación. Por ejemplo, una
célula de E. coli generalmente contiene 20 moléculas (copias) de
plásmidos y sólo una molécula del cromosoma principal.
Otros vectores de donación están representados por ciertos
bacteriófagos, particularmente el fago ha sido utilizado con éxito en
diversos protocolos de manipulación genética. El fago λ tiene dos
grandes ventajas como vector de clonación. En primer lugar, el ADN
recombinante puede ser preparado en grandes cantidades, ya que
cada bacteria produce cientos de copias del ADN viral recombinante.
Dicho ADN recombinante puede ser purificado fácilmente, ya que
aparece como componente de las nuevas partículas del fago λ .
Utilizando cepas mutantes del fago λ defectuosas en su capacidad
para lisar la célula hospedera, es posible incrementar el rendimiento
de nuevas partículas virales, las cuales pueden ser recuperadas
induciendo artificialmente la lisis de la bacteria hospedera. El actual
conocimiento detallado de la estructura del genoma del fago λ
permite construir mutaciones que incrementan la transcripción del
ADN recombinante insertado en el genoma del fago λ.
λ Es posible
eliminar grandes regiones del genoma del fago λ que no son
esenciales para la replicación del ADN viral y la lisis de la bacteria
hospedera; las regiones eliminadas pueden ser substituidas por
fragmentos de ADN recombinante procedente de las más variadas
fuentes. Solamente se requiere un 25% del genoma del fago λ para
permitir el crecimiento lítico de este fago en la bacteria hospedera.
Sin embargo, la eliminación del exceso de ADN viral, incluso de ADN
que no contiene secuencias esenciales para la replicación del fago
provoca que las nuevas copias de ADN no pueden ser empacadas en
partículas virales. Esta última propiedad es muy útil en ingeniería
genética, pues el ADN del fago λ puede ser reducido en tamaño
cortándolo con una enzima de restricción posteriormente, este ADN λ
puede ser mezclado con un ADN foráneo que ha sido cortado con la
misma enzima de restricción, de manera que ambos tipos de ADN
pueden recombinarse formando un ADN híbrido de suficiente tamaño
como para ser introducido por transfección en bacterias
susceptibles. El ADN recombinante puede replicarse en la bacteria,
dando origen a nuevas moléculas de ADN recombinante con un
tamaño suficiente para ser empacadas en partículas virales. Sólo las
partículas que contienen ADN recombinante en cantidad equivalente
a 7S-105% del ADN originalmente presente en el genoma del fago λ
pueden ser empacadas en nuevas partículas virales que producirán
la formación de placas en un cultivo infectado; de esta manera,
pueden ser distinguidas y separadas de aquellas partículas que
contienen un ADN λ de tamaño insuficiente debido a la ausencia de
recombinación con el ADN foráneo (figura XIII.2).
FIGURA XIII.2. Esquema que muestra cómo puede ser utilizado
un mutante del fago 1 como vector de clonación. La reacción de
empacamiento selecciona las moléculas de ADN
recombinante.
Actualmente existen métodos análogos a los empleados para donar
ADN recombinante en bacterias, para propagar fragmentos de ADN
recombinante en células eucarióticas. En este caso, los vectores de
donación están representados por virus de animales como el SV4O,
los adenovirus y algunos rotavirus, además de algunos virus de
plantas útiles para clonar genes en células vegetales.
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EXISTEN dos principales teorías con respecto al origen de los virus.
Una teoría propone que los virus son consecuencia de la
degeneración de microorganismos (bacterias, protozoarios y
hongos) que alguna vez fueron parásitos obligatorios de otras
células, a tal grado que se convirtieron en parásitos intracelulares y
perdieron paulatinamente todos los componentes necesarios para
desarrollar un ciclo de vida libre independiente de la célula
hospedera. Sin embargo, el hecho de que la organización de los
virus es de tipo no celular, es un importante argumento en contra
de esta teoría, ya que las cápsides virales son análogas, desde el
punto de vista morfogenético, a los organelos celulares constituidos
por subunidades de proteína, tales como flagelos y filamentos que
forman el citoesqueleto, y no son parecidas a las membranas
celulares. Por otra parte, las envolturas de los virus no muestran
similitudes arquitectónicas con las membranas celulares o en caso
de poseer dicha arquitectura es debido a que la envoltura viral fue
adquirida como consecuencia de la protrusión o brote de la partícula
viral a través de la membrana celular.
La otra teoría propone que los virus son el equivalente a genes
vagabundos. Por ejemplo, es probable que algunos fragmentos de
ácido nucleico hayan sido transferidos en forma fortuita a una célula
perteneciente a una especie diferente a la que pertenecen dichos
fragmentos, los cuales en lugar de haber sido degradados (como
ocurre generalmente), por causas desconocidas podrían sobrevivir y
multiplicarse en la nueva célula hospedera.
En 1967, Diener y Rayner descubrieron que el agente causal de
cierta enfermedad de la papa simplemente consiste en una pequeña
molécula de ARN circular de cadena sencilla, carente de cápside
proteica. Este ARN desnudo presenta ciertas regiones en las cuales
ocurre apareamiento entre nucleótidos con bases complementarias
por medio de puentes de hidrógeno. Estas moléculas, denominadas
viroides, constituyen el tipo más pequeño de agente infeccioso
capaz de replicarse.
Los viroides se caracterizan por producir diversas enfermedades en
plantas. Ha sido posible determinar la secuencia de nudeótidos en el
ARN de ciertos viroides como el PSTV. Estudios de hibridación de
ácidos nucleicos han demostrado que cuando menos 60% de la
secuencia de nucleótidos del PSTV está presente también en el
genoma de las plantas que son usualmente infectadas por este
viroide. Lo anterior sugiere que los viroides representan ejemplos
de genes vagabundos que se originaron a partir del genoma de
ciertas plantas.
El reciente descubrimiento de que los oncogenes retrovirales son
casi idénticos a ciertos genes normalmente presentes en las células
eucarióticas (protooncogenes) ha permitido establecer que los virus
son capaces de incorporar en sus genomas secuencias de
nucleótidos presentes en la célula hospedera. Estas secuencias
adquiridas por el retrovirus pueden ser introducidas por el propio
virus en otra célula perteneciente a una estirpe diferente. De esta
manera, los retrovirus, y quizá también otros tipos de virus, pueden
actuar como vectores de la evolución, transfiriendo fragmentos de
información genética entre diferentes especies. Por lo tanto, no es
improbable que los retrovirus sean el resultado de la eliminación de
ciertos fragmentos de ácido nucleico originalmente presentes en el
genoma de células eucarióticas.
Es poco probable que todos los virus conocidos hayan derivado del
mismo progenitor ancestral. Es más probable que diferentes tipos
de virus hayan surgido en diferentes ocasiones por medio de
cualquiera de los mecanismos invocados por las teorías
mencionadas. Sin embargo, una vez que se ha formado un virus en
particular, éste estará sujeto a presiones evolutivas al igual que los
organismos procarióticos y encarióticos. Un proceso que contribuye
a la evolución viral es la recombinación entre dos diferentes tipos
de virus. Por ejemplo, el fago P22, que afecta la Salmonella, puede
recombinarse con otros fagos cuya morfología es diferente (por ej.:
fagos Fels1 y Fels-2) e incluso con el fago que infecta la E. coli,
pero no a la Salmonella. Casos similares de recombinación
"ilegítima", la cual ocurre entre moléculas de ADN que muestran
poca homología entre sus respectivas secuencias de bases, han sido
observados en diferentes tipos de virus animales.
Los avances en la caracterización de los virus a nivel molecular,
sugieren que los virus coevolucionan con sus organismos
hospederos, posiblemente esto se debe a que los virus son
parásitos intracelulares extremos y, por lo tanto, requieren de la
supervivencia del hospedero para poder asegurar su propia
supervivencia. Es interesante notar que cuando un virus se replica
en su hospedero natural, tiende a no causar enfermedad en el
mismo o causa una enfermedad leve y autolimitada en la mayoría
de los casos. Varios de los virus conocidos producen enfermedades
severas sólo cuando infectan organismos diferentes a sus
hospederos naturales. Lo anterior sugiere que buena parte de los
virus asociados con la producción de enfermedades, son virus que
están en proceso de adaptarse a un nuevo tipo de hospedero y que
una vez lograda dicha adaptación, la estrategia del virus consiste en
perpetuarse y propagarse sin afectar al organismo hospedero.
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C O N C E P T O E N E V O L U C I Ó N
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PARA CIERTOS filósofos, y no sin razón, el universo del hombre es
equivalente al lenguaje, o sea, es a través del lenguaje, de sus
palabras, conceptos y definiciones, como podemos comprender y
enfocar el universo que nos rodea. De acuerdo con este punto de
vista, la definición precisa de cualquier objeto o fenómeno es la
condición primaria necesaria para poder lograr la cabal comprensión
del mismo.
Usualmente ha sido conveniente dividir las ciencias biológicas en
tres grupos de acuerdo con la naturaleza de sus temas de estudio:
ciencias
taxonómicas,
ciencias
integrativas
y
ciencias
reduccionistas. Las disciplinas taxonómicas, como la botanica y la
zoología, se refieren a grupos de organismos que tienen un origen y
desarrollo histórico en común. Por su parte, disciplinas como la
fisiología y la genética se dedican al estudio de las propiedades
comunes o especializadas de los organismos vivos y por lo tanto
son disciplinas de tipo integrativo. Las disciplinas reduccionistas
examinan los procesos elementales y las funciones de los
organismos en el nivel molecular; ejemplos de estas disciplinas son
la biofísica y la bioquímica.
La virología no encaja con facilidad en ninguno de los grupos
mencionados debido a que su tema de estudio: los virus, no pueden
ser definidos adecuadamente a partir de los criterios que por lo
general se emplean para clasificar plantas y animales. La muy
citada frase: "un virus es un virus", atribuida a André Lwoff, a la
vez que carece de significado también testifica la dificultad de
explicar o definir al virus. Esta dificultad deriva del problema de
reconciliar las propiedades vitales y no vitales mostradas por los
virus. Los virus, incluyendo los viroides, representan las entidades
biológicas más pequeñas con capacidad de autorreplicación. Con
frecuencia se les confunde con las bacterias debido a que ambos
tipos de organismos son capaces de causar enfermedades
infecciosas; sin embargo, es fácil distinguirlos de las bacterias
debido a que los virus solamente contienen un tipo de ácido
nucleico y son incapaces de multiplicarse cuando están afuera de
una célula viva, además de que no son afectados por los
antibióticos que matan a las bacterias.
La clasificación de los virus presenta serios problemas. Por una
parte, el registro fósil de los virus es prácticamente inexistente, lo
que impide que puedan ser agrupados de acuerdo con su desarrollo
evolutivo. Una situación similar ocurre con las bacterias, las cuales
son clasificadas a partir de una arbitraria selección de
características morfológicas y fisiológicas. Sin embargo, este
método jerárquico y no filogenético para clasificar bacterias ha sido
aceptado por los microbiólogos acostumbrados a consultar el
Bergey's Manual of determinative bacteriology, considerado la
autoridad definitiva sobre el tema. Los intentos por aplicar el
sistema de clasificación de Bergey, basado en binomiales
latinizados, a la clasificación de los virus, han dado resultados poco
satisfactorios debido a que el criterio de clasificación se basa
demasiado en los efectos causados por el virus en el hospedero en
lugar de basarse en las propiedades intrínsecas del virus. La
mayoría de los nombres de los virus derivan de las características
clínicas, patológicas y epidemiológicas asociadas con las infecciones
virales. Como ejemplos podemos citar el virus de la dermatitis
postular contagiosa que pertenece al grupo de los poxvirus, y el
virus de la degeneración vascular del frijol grueso. Algunos virus
han sido nombrados de acuerdo con la localidad geográfica donde
fueron aislados por primera vez: el virus de Sendai. Otros virus
llevan el nombre de sus descubridores: virus de Epstein-Barr.
Algunos virus son conocidos solamente en la versión abreviada de
su nombre original; así, reovirus corresponde a respiratory enteric
orphan virus, y arbovirus corresponde a arthropod-borne virus.
El método más extendido y aceptado para clasificar los virus agrupa
a estos agentes de acuerdo con el tipo de hospedero que infectan:
bacterias,
hongos,
plantas,
invertebrados
(particularmente
insectos), animales, humanos.
Los virus pueden ser subdivididos de acuerdo con un particular nivel
de interés sobre los mismos. En años recientes el uso de un sistema
taxonómico racional basado en principios de estructura y formación
molecular ha sido promovido por el Comité Internacional de
Taxonomía de los Virus; la figura XV1 es un esquema simplificado
de este tipo de clasificación.
Considerando lo anterior, podemos citar algunas de las múltiples
definiciones de virus producidas a lo largo del tiempo. Por ejemplo,
André Lwoff propuso en 1957 que un virus es: "una entidad
estrictamente intracelular y potencialmente patógena que se
caracteriza por tener una fase infecciosa, poseer solamente un tipo
de ácido nucleico, multiplicarse en la misma forma que su material
genético, incapaz de crecer o dividirse en forma binaria, carente de
un sistema productor de energía metabólica". De acuerdo con esta
definición, el virus es fundamentalmente de naturaleza no celular y
es dependiente por completo del metabolismo de la célula
hospedera, además de que en cierto estadio del ciclo replicativo el
material viral se reduce exclusivamente al ácido nucleico.
Otra definición muy conocida es la propuesta por Salvatore Luna en
1959: "los virus son elementos de material genético que pueden
determinar en las células donde se reproducen la biosíntesis de un
sistema que constituye un aparato específico para permitir la propia
transferencia del virus hacia otras células".
Figura XV.1
Esta definición recalca la independencia del genoma viral con
respecto al genoma del hospedero, así como la capacidad
reproductiva de dicho genoma viral y su especialización que le
permite ser transferido de una célula a otra.
Luna y Darnell propusieron otra definición en 1967: "los virus son
entidades cuyos genomas son elementos de ácido nucleico que se
replican dentro de las células vivas utilizando para este fin la
maquinaria sintética de la propia célula hospedera y provocando la
síntesis de elementos especializados que pueden transferir el
genoma viral hacia otras células."
Renato Dulbecco, 1975: "un virus es un parásito intracelular
obligatorio que puede ser considerado como un bloque de material
genético (ya sea ADN o ARN) capaz de replicarse en forma autónoma,
y que está rodeado por una cubierta de proteína y en ocasiones
también por una envoltura membranosa que lo protege del medio y
sirve como vehículo para la transmisión del virus de una célula a
otra."
Es obvio que todas las definiciones citadas comparten ciertos
elementos, pero también subrayan o pasan por alto factores
considerados importantes por una u otra definición. Así, surge la
posibilidad de que en realidad cada investigador en el campo de la
virología puede tener un concepto de virus en particular, concepto
que no será compartido del todo por el resto de sus colegas y esto
lleva al corolario de que diferentes virólogos estarán en realidad
estudiando diferentes objetos o fenómenos que en forma superficial
resultan ser similares pero profundamente distintos en el nivel
conceptual. Esta posibilidad es apoyada cuando consideramos
definiciones más antiguas de virus. El criterio decimonónico que
definía a un virus es la propiedad de filtrabilidad, o sea, la
propiedad del agente infeccioso de pasar a través de filtros
normalmente capaces de retener las más pequeñas bacterias
conocidas hasta entonces. Recordemos que Beijerinck denominó al
agente del mosaico del tabaco como Contagium vivum fluidum,
queriendo recalcar la naturaleza dispersa, y por lo tanto molecular,
del novedoso agente infeccioso capaz de pasar a través de los filtros
antibacterianos. Beijerinck concibió al virus como un tipo de
molécula soluble en agua, capaz de replicarse sólo cuando se
encuentra incorporada en el protoplasma vivo de una célula en la
cual la reproducción del virus ocurre en forma pasiva.
Previamente, Pasteur había declarado (en 1890) que todos los virus
eran microbios. Pasteur utilizó el término virus para referirse en
particular a cualquier agente infeccioso capaz de producir
inmunidad después de la recuperación del organismo infectado.
Finalmente, recordemos que en el siglo I d.C., el médico romano
Celso denominó virus al agente causal de la rabia, queriendo
significar o referirse a un veneno desconocido presente en la
viscosa saliva de los animales afectados por esta enfermedad.
Una consecuencia inevitable del análisis de todas las definiciones de
virus mencionadas consiste en que el término virus ha tenido
significados muy diferentes a lo largo del tiempo. Muchos de estos
significados son incompatibles o inconmensurables entre sí. Por
ejemplo, es obvio que el concepto del virus de la rabia definido por
Celso no tiene nada que ver con el virus de la rabia observado por
cualquier virólogo molecular contemporáneo. Si consideramos que
las conductas adoptadas en relación con cualquier fenómeno
observado dependen de la interpretación conceptual de dicho
fenómeno, entonces es obvio que el moderno agente causal de la
rabia está totalmente fuera de la visión del mundo de los médicos
de la antigua Roma, o sea, diferentes científicos ubicados en
diferentes épocas han estado observando un fenómeno llamado
rabia, el cual es similar en todas las épocas en el nivel superficial,
pero es radicalmente diferente cuando se le considera dentro del
marco psicológico y cultural de cada época a lo largo del tiempo.
La virología es una de tantas disciplinas que constituyen el
panorama de la ciencia. Por lo tanto, es pertinente finalizar esta
introducción al estudio de los virus co una breve reflexión sobre la
naturaleza de la ciencia.
No puede dejar de llamar nuestra atención el hecho de que la
mayoría de los avances teóricos en el campo de la virología han
sido, en sus respectivos tiempos, recibidos con escepticismo por la
mayor parte de la comunidad científica. También es notable que se
requiere el paso de varios años y la acumulación de fracasos
experimentales con resultados negativos que contradicen los
postulados de la ortodoxia científica, antes de que la mayoría de los
investigadores estén dispuestos a considerar seriamente la otra
evidencia disponible que apoya teorías alternativas que han
permanecido ignoradas hasta entonces. Como ejemplo de lo
anterior tenemos el caso de Peyton Rous, que a principios de este
siglo produjo sólida evidencia experimental de que algunos tumores
en animales son causados por virus filtrables. Se necesitaron casi
cincuenta años para que el trabajo de Rous recibiera el debido
reconocimiento y aceptación por la mayor parte de la comunidad
científica. En forma similar, las observaciones y experimentos de
Avery, MacLeod y McCarty, que demostraron que el ADN es el factor
capaz de transformar bacterias inocuas en bacterias patogénicas,
no fueron cabalmente apreciados por la mayoría de sus
contemporáneos que suponían que las proteínas eran capaces de
contener y transmitir la información genética.
En otras ocasiones los científicos se encuentran inmersos en un
marco teórico y conceptual que les impide interpretar
adecuadamente la evidencia proporcionada por el método
experimental y la simple observación. Ejemplo de lo anterior es el
caso de Ivanovsky, que fue el primero en establecer la filtrabilidad
del agente causal del mosaico del tabaco, pero atribuyó este
fenómeno a un microorganismo productor de toxinas difusibles,
negándose a considerar la posibilidad de que existieran partículas
con actividad biológica capaces de pasar a través de los poros de
filtros antibacterianos. Un caso similar es el de Pasteur, que nunca
sospechó que el agente de la rabia era de naturaleza diferente a las
bacterias.
En otras ocasiones, los científicos manifiestan cierta timidez o
excesiva reserva para formular hipótesis innovadoras, pues se
sienten indirectamente restringidos por el marco cultural y las ideas
dominantes en un periodo determinado. Tal es el caso de F. W.
Twort, que fue el primero en observar el fenómeno de lisis
bacteriana causada por fagos, y en forma muy cautelosa y sin
comprometerse sugirió que este fenómeno podía ser causado por
un virus filtrable bacteriano, dejando así el campo libre para que
D'Herelle elaborara y reclamara para sí el descubrimiento del
bacteriófago.
Otro problema que enfrentan los científicos es la incomprensión de
sus ideas debido a la falta de un marco de referencia adecuado que
permita integrarlas dentro de la corriente del pensamiento científico
contemporáneo. Tal es el caso de la hipótesis del provirus,
propuesta por Temin con base en sus observaciones sobre la
replicación de ciertos virus ARN. Dicha hipótesis permaneció casi
ignorada hasta que el propio Temin y David Baltimore
proporcionaron evidencia de que existe la enzima transcriptasa
inversa que puede hacer fluir la información genética de ARN hacia
ADN, evento que hasta entonces era considerado anatema por el
llamado dogma central de la biología molecular ejemplificado por el
esquema: ADN
ARN
Proteína.
En otras ocasiones, la ausencia de ciertos conceptos teóricos e
incluso taxonómicos, impide establecer el eslabón entre
observaciones aparentemente independientes, pero que en realidad
corresponden a dos versiones de un mismo tipo de fenómeno. Un
ejemplo de lo anterior fue la incapacidad de establecer una
correlación entre las observaciones de Ellerman y Bang sobre la
leucemia aviaria y los experimentos de Rous con el sarcoma de los
pollos, debido a que a principios de este siglo las leucemias no eran
consideradas como una forma de cáncer.
Por otra parte, tenemos el caso de los investigadores solitarios,
capaces de proponer teorías o hacer observaciones avanzadas, las
cuales tienden a ser incomprendidas o pasadas por alto por los
pocos contemporáneos que tienen noticia de las mismas. Tal es el
caso de Beijerinck y su hipótesis del Contagium vivum fluidum,
referente al agente del mosaico del tabaco. Similar es el caso de
Fred Griffith, que en 928 realizó los primeros experimentos de
transformación bacteriana in vitro, los cuales permanecieron
ignorados por casi veinte años hasta que fueron actualizados por
Avery, MacLeod y McCarty.
También debemos considerar el caso de observadores empíricos
(sean científicos o no lo sean) que son capaces de aplicar el sentido
común para obtener resultados prácticos a partir de observaciones
empíricas. Ejemplos extremos de lo anterior son el caso de Edward
Jenner y su descubrimiento de la vacuna contra la viruela, o el caso
de los capitanes de Francisco Pizarro, que habiendo notado la
correlación entre la viruela y la enorme mortandad entre la
población indígena, solían enviar por delante de las tropas
conquistadoras a soldados o esclavos portando lanzas con lienzos
impregnados con secreciones obtenidas de enfermos de viruela con
la idea de que así podrían obtener una fácil victoria al diseminar la
enfermedad entre la población del Imperio inca.
El registro histórico nos muestra que una disciplina científica avanza
no tanto por causa de la acumulación de observaciones
fenomenológicas, sino por causa de la transformación de conceptos
y teorías que permiten la reinterpretación de dichas observaciones.
En ocasiones, los nuevos conceptos y teorías incorporan parte de
las ideas contenidas en teorías e hipótesis previas, pero también en
muchos casos representan una ruptura total con el saber del pasado
a la vez que significan la adopción de un nuevo marco de referencia
teórico e incluso psicológico, a veces totalmente incompatible con
las pautas científicas y culturales de épocas previas. Por ejemplo,
las ideas y conceptos del médico romano Celso, que
indiscutiblemente corresponden a las de un notable sabio del siglo
I, guardan muy poca correlación y difícilmente pueden ser
incorporadas en el marco de la virología molecular.
Sin embargo, es un error aplicar sin restricción los criterios y
normas de una época como la nuestra a los eventos y actividades
desarrolladas por los científicos de épocas pasadas. Ni Celso ni
Pasteur eran ignorantes u obscurantistas; por el contrario, ambos
representan brillantes intelectos trabajando en un particular
contexto cultural y psicológico. Conceptos que eran válidos para
Celso resultan carentes de sentido para Pasteur, al igual que bajo
criterios contemporáneos Pasteur resulta estar equivocado al
clasificar virus y bacterias en un mismo grupo. Igualmente, varios
de los conceptos y teorías actualmente considerados como ejemplos
de ortodoxia científica resultarán erróneos e incluso carentes de
sentido y poder explicativo para los científicos del siglo XXI.
El filósofo Thomas Kuhn ha propuesto la existencia de una "tensión
esencial" entre la comunidad de científicos ortodoxos y aquellos
innovadores capaces de vislumbrar y sugerir nuevas teorías e
interpretaciones que amplían el panorama de la ciencia por fuera de
los límites del conocimiento establecido en una época en particular.
Quizá es el silencioso conflicto entre una ortodoxia y una
heterodoxia científica uno de los principales factores de la dinámica
de la ciencia.
La ortodoxia científica es necesaria, pues contribuye a crear un
marco de referencia a partir del cual es posible obtener resultados
que algunas veces se ven reflejados en aplicaciones prácticas del
conocimiento científico, mismas que contribuyen a elevar la calidad
de la vida de los seres humanos. Esta ortodoxia con sus dogmas y
teorías, también sirve como un filtro que permite descartar
proposiciones erróneas o falsos caminos para el avance científico.
Sin embargo, esta ortodoxia también conduce al estancamiento
científico y al desvío o a pasar por alto nuevas teorías con mayor
poder explicativo.
Un factor común a la mayoría de los eventos considerados como
revoluciones en la historia de la ciencia es la imaginación
demostrada por los científicos responsables de tales hitos
científicos. Esta imaginación científica a veces se nutre de ciertos
factores racionales como la observación y experimentación
paciente, objetiva y rigurosa. Pero con mayor frecuencia la
imaginación científica se basa en la intuición y la capacidad creativa
de ver en el mismo fenómeno posibilidades que permanecen ocultas
para la mayoría de los contemporáneos.
En todo gran hombre de ciencia convergen la intuición e
imaginación que son características también del filósofo.
Ciertamente, el rigor y la disciplina son factores que pueden hacer
un buen científico. Pero es quizá el culto a la imaginación en un
clima de tolerancia lo que da lugar a la aparición del científico
trascendente que, al igual que el artista, es un creador de nuevos
horizontes y por lo tanto profundamente humano
B I B L I O G R A F Í A
M Í N I M A
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C O N T R A P O R T A D A
La rabia, enfermedad capaz de transformar a un perro doméstico en
una bestia feroz, presenta un cuadro pavoroso y a la vez irresistible
que ha merecido desde la antigüedad la atención de los hombres. Si
se comparan las descripciones de los cronistas griegos de esta
enfermedad con las que se tienen en la actualidad encontramos,
nos dice el doctor Armando Aranda, que desde el punto de vista
clínico el virus de la rabia no ha cambiado a lo largo de los siglos,
característica que lo distingue de aquellos virus que sí se han
modificado sus cepas con el tiempo. Volviendo a la rabia, una de
sus descripciones más precisas y detalladas se debe a Celso,
médico que vivió en el siglo I de nuestra era y que en su libro De
medicina escribió una frase que ha llamado la atención de los
historiadores: "Especialmente en el caso en que el perro es rabioso,
el virus debe ser drenado con una ventosa de vidrio."
Nadie se atrevería a pensar que Celso identificó al agente causante
de la rabia como un virus en el sentido que se le da actualmente,
mas es importante subrayar que Celso utilizó el término virus para
denotar al agente causal de la rabia mientras que en su libro
emplea la palabra venenum para calificar la ponzoña de las
serpientes. En especial, si consideramos que virus significa también
veneno o líquido viscoso. Quizá Celso había observado que la rabia
se transmitía por medio de la saliva del animal infectado.
Muy posteriormente, la palabra virus ha sido empleada por gente
tan notable en el campo de la medicina comoThomas Fuller, Angelo
Gatti, Edward Jenner, el descubridor de la vacunación y Claude
Bernard, por citar sólo unos cuantos. Sin embargo, la primera
revista científica dedicada exclusivamente al campo de la virología
inició su publicación en 1939 y el primer texto que trata
exclusivamente el tema fue publicado en 1953: General Virology de
Salvatore Luria.
Los virus son extremadamente pequeños, sólo pueden ser
observados por medio de los microscopios más potentes, los
electrónicos. Su naturaleza es tan esquiva que su mejor definición
es la del contemporáneo André Lwoff: "Un virus es un virus." Mas
como producen una buena cantidad de infecciones su estudio
resulta de necesidad extrema. El presente libro ofrece al lector una
visión global de lo que se sabe sobre los virus: su origen, su
estructura, sus interacciones, su evolución.
Armando Aranda Anzaldo es médico cirujano graduado en la
Facultad de Medicina de la UNAM, maestro en ciencias químicas de la
Facultad de Quimíca de la misma institución y doctor en filosofía
(bioquímica) por la Universidad de Cambridge, Gran Bretaña.
Actualmente es investigador del Laboratorio de Inmunología de la
Facultad
de
Medicina
de
la
Universidad
de
París.
Diseño: Carlos Haces.