Alan J. Cann
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Principios de
virologia molecular
Alan J. Cann
Este libra de Principios de virologia molecular, que es
la traducci6n de la cuarta edici6n en ingles ha tenido
exito extraordinario. Constituye una introducci6n
esencial a la vimlogia moderna, desde un enfoque
molecular; es una obra clara y concisa, siendo este
uno de sus mas importantes logros.
Ellibra explora y explica los aspectos fundamentales
de la virologia, entre otros, la estructura de las particulas
vfricas y su genoma, Ia replicaci6n, la expresi6n de los
genes, Ia infecci6n y la patogenia y supervivencia de
las particulas vfricas.
He aqui algunas de las opiniones acerca de este libra:
Asi Trends in Genetics opina:
«Un texto de virologia excelente para los estudiantes
que es recomendado en muchas universidades para
los cursos de licenciatura>>.
Para Society for General Microbiology Quarterly
«Es una obra excelente que contiene muchos ejemplos
pnicticos y una atractiva puesta al dia de manera clara
y didactica que es sin duda muy recomendable».
Otras obras
de interes
Vacunaci6n de los animates
domesticos. Indicaciones,
propiedades y aplicaciones
de las uacunas
Selbitz,J.H.
Virologia veterinaria
Fenner,E
Microbiologia y
enfermedades infecciosas
ueterinarias
Quinn, P. J. y otros
Inmunologia cUnica
veterinaria
Halliwell, E. W. R.
yGorman, T.N.
IS 8 N 978 - 84-200- 1135- 6
9 78
Principios de virologia molecular
Alan J. Cann
University of Leicester, UK
Traducci6n de
Javier Buesa Gomez
Doctor en Medicina
Profesor Titular de Universidad
Departamento de Microbiologia y Ecologia
Universidad de Valencia
Editorial ACRIBIA, S.A.
ZARAGOZA (Espana)
Titulo original: Principles of Molecular Virology, 4~ ed.
Alan J. Cann
Autor:
Elsevier Academic Press
Editorial:
ELSEVIER INC 200 Wheeler Road, 6th floor,
Burlington, MA 01803, USA
Esta edici6n de Principles of Molecular Virology, 4a. ed., de Alan J. Cann se publica con
acuerdo con ELSEVIER INC, 200 Wheeler Road, 6th floor, Burlington, MA 01803, USA
Copyright © 2005, Elsevier Inc. All rights reserved
© De la edici6n en lengua espanola
Editorial Acribia, S.A., Apartado 466
50080 ZARAGOZA (Espafia)
El autor hace valer sus derechos morales.
La traducci6n ha sido realizada para Editorial Acribi a, S. A. por
Dr. Javier Buesa Gomez.
Nota:
Tanto ELSEVIER INC como Editorial Acribia no asumen ninguna responsabilidad por
cualquier ofensa y/o perjuicio a personas o propiedades como resultado de infracciones
de la propiedad intelectual o derechos reservados, producto de negligencia o cualquier
otra circunstancia o motivo, o por el uso de ideas, instrucciones, procedimientos,
productos 0 metodos contenidos en el texto.
ISBN: 978-84-200-1135-6
www.editorialacribia.com
IMPRESO EN ESPANA
PRINTED IN SPAIN
Reservados todos los derechos para los paises de habla espanola. Este libra no podra ser reproducido en forma algtma, total o parcialmente, sin el permiso de los editores.
Deposito legal: Z-3 .922/2009
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Imprime: TipoLinea, S. A. - Isla de Mallorca, 13 - 50014 Zaragoza, 2010
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INDICE DE CONTENIDO
Prefacio
Prefacio
Prefacio
Prefacio
a
a
a
a
la cuarta edici6n ....... ........... .......... ......... ....... ..... .... ...... ...... .... ..... .....
la tercera edici6n .... ............ .............................................. ................
la segunda edici6n .... ...... .......... ...... ..... .. .. ...... ...... .......... ..... ..... .........
la prim era edici6n ............... ..... ............... ..........................................
IX
XI
xm
xv
Capitulo 1 Introducci6n ....... .. ..... ..... ............ ............ ....... ..... ........... ... ......... .... ...
Los virus son distintos de los organismos vivos .......... .......................... ...........
La historia de la virologia ...... ...... .... ........ ......... .......... .. ..... .... ....... .... .... ... ... ... ....
Sistemas de hues pedes vivos ................. ............... ..... .......... ..................... .........
Metodos de cultivo celular . ... ... .. ... .. .... . .. ... .. ... .. ... ... .. ... .... ... .. .. ... ...... .. ........... ... ..
Metodos serol6gicos/inmunol6gicos ...... .. ... ..... .... .. .......... .... ... ......... .... ... ....... ...
Estudios ultraestructurales ............... ..... ........... .................... ................ ..............
«Biologia molecular»..... ...... .... ... ...... ... .. .. ... ......... .. ... .. .......... ......... ... ......... .. .. .. ..
Bibliografia .... ... ... ........ ..... ....... .... ..... ....... ..... ....... ...... ..... .. ... ................ ......... .. ...
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Capitulo 2 Particulas ..... ... ... .... .... .. ...... .... .. .. ... ....... .. .... ... ..... .. ........ .. ....... ...... .... ..
Funci6n y formaci on de las pa1ticulas viricas ..... ... ... ......... .. ...... ...... ... ....... .... ...
Simetria de la capside y arquitectura de virus .......... ...... ..... ..... ... ... .... ... .... .. .. ....
Virus envueltos .... .... ... ......... .... ... .......... ...... ... ... .... ...... ...... ...... ......... ... ....... ...... ..
Virus de estructura compleja ........ .............. .............. ... ........... ... ........ ............. .. .
Interacciones proteina-acido nuclei co y empaquetamiento del genoma .... ... ...
Receptores viricos: Reconocimiento y union .. .......... ..... ................ ......... ..........
Otras interacciones de la capside virica con la celula hospedadora .... .......... .. .
Resumen. .......... .. .... ........ ......... .... ....... ..... ....... ...... ...... .... ...... .. ...... .... .... ......... .... .
Bibliografia ...... .. .... ... ...... ... ... .......... ............ ........ ....................... .................. ......
25
25
27
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42
47
51
52
52
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Capitulo 3 Genomas .... ... ........... .. ..... ...... ... ......... ..... .... .... ....... ... ........... .. ....... .... ..
Estructura y complejidad de los genomas virales ....... .............. ......... .. ........... ..
Genetica molecular ... ............ .............. ... .... .. ... .... ...... .. .... ... ....... .... .... ..... .. .. ... ... ..
Genetica virica .... .. ............................ ........................................................... ......
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55
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1
2
3
5
7
8
9
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Mutantes viricos .... .... .. .... .. .. ......... ............ .. .. ... ... ..... .... .. .... .. .... ....... ................... .
Supresi6n .. ................. ................ .......... ............................ ............. ........... ..... .....
Interacciones geneticas entre virus .................. ....... ......... ........................ ..........
Interacciones no geneticas entre virus..... ..........................................................
Genomas «grandes» de ADN ...... ...... .................................. .. .... .. .................... ..
Genomas «pequeiios» de ADN... .. ............ ..... ..... ......................... ......................
Virus ARN de cadena positiva .. ... ..... ........... .... .... .. .... ....... ...... ... .. .....................
Virus ARN de polaridad negativa ................ ............................. .................... ....
Virus con genomas segmentados y multipartitos .. ..... ......... ........ ...... ...... ... .......
Transcripci6n inversa y transposici6n ............ ...... ......................................... ....
Evoluci6n y epidemiologia .... ..... ..... .. ...................... ...... ............................. .. .....
Resumen.. .. ........... .. .......... .. ......... .. ... .. ................ .. .... ... ... ..... ....... .. .... ...... .. ..... .. ...
Bibliografia .. ........ .. .... .. .. .. .. ..... .. .............................. .. ...... .. .... .................. ...........
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99
Capitulo 4 Replicacion ................................ ............................................ ..... .... ..
Generalidades de la replicaci6n virica ................................ ..............................
Investigaci6n de la replicaci6n virica .... .. .... .. .... ..................... ......... .. ...... ...... ....
El ciclo de replicaci6n ....................................... ... .. .. .... ... ..... .... .. .. ... ..................
Resumen .... ................ ................. ... ......... .. ...................................... ....... .............
Bibliografia ... ......... ... ... ... ...... .................. ......... .. ..... ... .............. .. .................... ....
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Capitulo 5 Expresion ........... .. ................. ......................... ......... ......... ... ..............
Expresi6n de la informacion genetica ...... .. ............. ............. ....................... ......
Control de la expresi6n genica en procariotas ...................... ............................
Control de la expresi6n en e1 bacteri6fago 'A ....................................................
Control de la expresi6n genica en eucariotas ..... ... ............................................
Est:rategias de codificaci6n del genoma ..... ...... ...................... .................... ...... .
Control transcripcional de la expresi6n ....... .... ........ .... ................. ...... .. ............
Control post-transcripcional de la expresi6n ... .. .... .... .... .. ..... .... .......... .. .... .. ......
Resutnen ........ ...... .. ....... ............ ...... ...... .................. ....... ... .............. ........... .........
Bibliografia ........ .. ..... .. .... ... ..... ..... ........................................... .. ................. .. .... ..
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Capitulo 6 Infeccion ....... ........ ............... ... .... ............. ..... ... ..... .. ........ .. ... ..............
Infecciones viricas de plantas .. ..... .......................... ...... ............ .. .. ............... ......
Respuestas inmunitarias a las infecciones viricas en animales ...................... ..
Virus y apoptosis....... ....... ............. ...... ... ... .................... .....................................
Interferones ..... ...... ............. ..... ..... ............ ..... ........................................ ..... .... ... .
Evasion de la respuesta inmunitaria por los virus....... ...... ......... .. .... .................
Interacciones virus-hospedador ....... .. .. ............ .. ............ ... ... .. .... ..... .. .... ........... ..
El curso de las infecciones viricas ... .. .... ... .... .. ...................................................
Vectores virales y terapia genica .................... .................................. ....... ... .......
Quimioterapia de las infecciones viricas .. ................................ ...... .......... .........
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Resutnen ···············'·················· ·· ···· ·········································· ·· ·························
Bibliografia .................... ............ ..... .. .... .... ....... ..................... .... .........................
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Capitulo 7 Patogenesis .............................................................. ,.. .......................
Mecanismos de lesion celular .... .......... .. .. ............... ............ .................... ...........
Virus e inmunodeficiencia ... .. .... .. ..... ............. ... ............... ..... ... .... ........ ... .... ... .. ..
Enfermedades relacionadas con virus .................. ...... .......................................
Bacteri6fagos y enfennedad hum ana ...... .. ..... ..... ... ....... ...... ..... ..... ... ... .... ..... .....
Transformaci6n celular por virus ... ...... ... ....... .......... ........ ... ..... ..... ...... ...... ........
Virus y cancer ... .................................................................................. ... ....... .....
Virus nuevos y emergentes .. ........ .. ............... ... ........... ............ .. ...... ................ ...
Zoonosis ................ ..... .. .. ... .................. ......... ... ... .... .......... ...... .. .. ...... ........... ..... ..
Bioterrorismo .......... ... ...... ....... .................. ...... .. .............. .. .. ....... ....... .................
Resumen............ ............... .. ............ ...... ........ .. .... .......... ........... .. ........... ............ ..
Bibliografia ..................................................................................... ... ................
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Capitulo 8 Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas .........
Satelites y viroides .. ........... ..... .............. ... .......... ......... ...... ........ .. ... .. ........ .... ... ...
Priones ....................................................... ............... .... ..... .... ......................... ...
Resumen..... .. .. ........ .... ............. ........ ........ .. ... .. .. ..... .... ... ... ........... ............... .. .......
Bibliografia ...... ............. .. .............. .. ..... .. ..... .. ... .. .. . .. .. ....... ...... .. ... .. ..... .. ....... .......
249
249
253
267
267
Apendice I
Glosario y abreviaturas ..................................................................
269
Apendice 2
Clasificacion de los agentes infecciosos subcelulares ............. .. ...
283
Apendice 3 La historia de Ia virologia ................ .. ........................................ .. .. .
297
indice alfabetico ................... ................... ................................... .. ....... ............ .. ......
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PREFACIO A LA CUARTA EDICION
Esta edici6n de Principios de virologia molecular contiene una actualizaci6n completa, ademas de diversos textos afiadidos e ilustraciones nuevas; por ejemplo, incluye
informacion sobre temas como el SARS o el bioterrorismo. Sin embargo, la mayoria de
los cambios se han hecho en el CD*. Ademas de un nuevo formato, el contenido se ha
revisado completamente y hemos sido capaces de incluir por primera vez una serie de
animaciones cubriendo temas importantes como la simetria de la capside, la replicaci6n
viral, el reconocimiento inmunol6gico y la destrucci6n de las celulas infectadas por virus. Existe ademas en cada capitulo un examen interactivo de autovaloraci6n, para que
puedas juzgar por ti mismo tus conocimientos de virologia.
Querria extender mi agradecirniento al personal de Elsevier por su ayuda durante la
preparaci6n dellibro. Estoy convencido de que los lectores encontraran esta edici6n tan
util como las precedentes.
Alan J. Cann
Universidad de Leicester, R. U.,
alan.cann@leicester. a c. uk
Abril 2005
* N.
del Editor: El CD acompafia a Ia edici6n inglesa.
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.,
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CAPiTULO
~.----....
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1
INTRODUCCION
Objetivos del aprendizaje
Al completar este capitulo, ellector debeni ser capaz de:
• Saber lo que es un virus y comprender en que se diferencian los virus de todos
los demas organismos.
• Resumir la historia de la virologia y explicar como se ha alcanzado el estado
actual de conocimientos sobre los virus.
• Describir las tecnicas mas frecuentemente utilizadas para estudiar los virus.
Existe una mayor diversidad biologica entre los propios virus que entre todo el
conjunto de bacterias, plantas y animales. Este hecho es el resultado del exito que estos
agentes tienen parasitando todos los grupos conocidos de organismos vivos, y comprender esta diversidad es la clave para .entender las interacciones entre los virus y sus
organismos hospedadores. Este libro trata sobre «virologia molecular» en uil sentido
bastante amplio; esto es, «virologia a nivel molecular» o quiza incluso «moleculas y
virus». Las interacciones proteina-proteina, proteina-acido nucleico y proteina-lipido
determinan la estructura de las particulas viricas, la sintesis y la expresion de los
genomas virales y los efectos que los virus tienen sobre la celula hospedadora. Esto es
virologia a nivel molecular.
Sin embargo, antes de entrar en materia, es necesario comprender la naturaleza de
los virus. Seria Util tambien conocer algo sobre la historia de la virologia o, mas exactamente, de como surgio la virologia como una disciplina independiente para entender
mejor sus objetivos actuales y sus direcciones futuras. Estos son los propositos de este
capitulo introductorio. Algunos lectores pueden desconocer los fundamentos de algunas tecnicas mencionadas en el mismo. Para ellos podria ser de ayuda la consulta de la
Principios de virologia molecular
bibliografia citada al final del capitulo para familiarizarse con estos metodos. En este y
en los capitulos siguientes, las palabras escritas en color se definen en el glosario
(Apendice 1).
LOS VIRUS SON DISTINTOS DE LOS ORGANISMOS VIVOS
Los virus son panisitos obligados, submicroscopicos e intracelulares. Esta definicion, simple pero util, describe y distingue a los virus de los demas grupos de organismos vivos; sin embargo, es en sf misma inadecuada. Esta claro que no es ninglin problema distinguir los virus de los organismos macroscopicos. Incluso con una definicion amplia del concepto de microbiologia abarcando los organismos procariotas y
los eucariotas microscopicos tales como algas, protozoos y bongos, en la mayoria de
los casos seria suficiente. Unos pocos grupos de organismos procariotas, sin embargo,
tienen ciclos vitales parasitarios intracelulares y pueden confundir la definicion anterior. Estos son las bacterias de las familias Rickettsiae y Chlamydiae, parasitos intracelulares obligados que han evolucionado basta encontrarse tan asociadas a las celulas
que infectan, que solo pueden sobrevivir fuera de las celulas de sus hospedadores durante breves periodos de tiempo. Por ello es necesario afiadir algunas clausulas a la
definicion de lo que constituye un virus:
Las particulas viricas se producen mediante el ensamblaje de componentes
preformados, mientras que otros agentes crecen por un incremento de la suma de
sus componentes y se reproducen por division.
• Las particulas viricas (viriones) no crecen ni sufren division.
• Los virus carecen de informacion genetica que codifique estructuras necesarias para
la generacion de energia metabolica o para la sintesis de proteinas (ribosomas).
•
Ningun virus conocido posee el potencial genetico o metabolico para generar la energia necesaria para desarrollar todos los procesos biologicos (por ej., la sintesis de macromoleculas). Son por tanto totalmente dependientes de la celula hospedadora para esta
funcion. A menudo se plantea la pregunta de si los virus estan vivos o no. Una opinion es
que dentro de la celula hospedadora los virus estan vivos, mientras que fuera son simplemente ensamblajes de compuestos quimicos metabolicamente inertes. Esto no quiere
decir que nose produzcan cambios quimicos en los virus extracelulares, como se explicara en otro Iugar, pero no son en el sentido del «crecimiento» de un ser vivo.
Un error frecuente es considerar que los virus son mas pequefios que las bacterias.
Aunque esto es cierto en la mayoria de los casos, el tamafio solo no sirve para distinguir entre ambos. Los virus mas grandes conocidos (Mimivirus, por mimetizar microbios) tienen 400 nm de diametro, mientras que las bacterias mas pequefias (por ej.,
Mycoplasma, Ralstonia pickettii) tiene solo de 200 a 300 nm de longitud. Aunque
siempre habra algunas excepciones e incertidumbres en los casos de organismos demasiado pequefios para ser observados y en muchos casos dificiles de estudiar, en la
mayoria, las directrices anteriormente expuestas son suficientes para definir un virus.
lntroducci6n
Un numero de agentes patogenos nuevos poseen propiedades que confunden la
definicion anterior, aunque son claramente mas similares a virus que a otros organismos. Estos agentes son los viroides, los virusoides y los priones. Los viroides son
moleculas circulares de ARN muy pequefias (200-400 nucleotidos) con una estructura
secundaria en forma de barra. Carecen de capside o envoltura y se asocian a algunas
enfermedades de plantas. Su estrategia de replicacion es semejante a la de los virus:
son parasitos intracelulares estrictos. Los virusoides son moleculas similares a viroides,
satelites, algo mayores que los viroides (aproximadamente 1.000 nucleotidos) que dependen de la replicacion de un virus para su multiplicacion (de ahi el termino «sahmte»); se empaquetan en capsides viricas como pasajeros. Los priones son agentes infecciosos que se consideran constituidos por un solo tipo de molecula proteica sin
ninglin acido nucleico en su composicion. El hecho de que tanto la proteina prionica
como el gen que la codifica se encuentren en celulas sanas «no infectadas» sembro
confusion. Estos agentes se asocian a enfermedades por «virus lentos» como el sindrome de Creutzfeldt-Jakob en humanos, la tembladera (scrapie en ingles) de las ovejas y
la encefalopatia espongiforme bovina (EEB) en las vacas. El Capitulo 8 trata de estos
agentes infecciosos subvirales con mas detalle. Ademas, diversos analisis genomicos
han demostrado que el 10% del genoma de la celula eucariota esta compuesto por
elementos moviles similares a retrovirus (retrotransposones), que han podido tener
un papel considerable en la formacion de estos genomas complejos (Capitulo 3). Asimismo, ciertos genomas de bacteriOfagos se parecen en su estructura y en la forma en
que se replican a plasmidos bacterianos. Muchas investigaciones han revelado que la
relacion entre los virus y otros organismos vivos es quiza mas compleja de lo que
previamente se pensaba.
LA HISTORIA DE LA VIROLOGiA
Es frecuente considerar los sucesos que ocurrieron antes de nuestra propia experiencia personal como prehistoricos. Se ha escrito mucho sobre la virologia como una
«nueva» disciplina en biologia, y esto es cierto en lo referente al reconocimiento formal de los virus como agentes diferentes a otros seres vivos. Sin embargo, hoy comprendemos que nuestros antepasados no solo eran conscientes de los efectos de las
infecciones viricas, sino que en ocasiones desarrollaron estudios sobre las causas y la
prevencion de estas enfermedades. Probablemente el primer registro escrito de una
enfermedad virica aparezca en un jeroglifico de Menfis, la capital del imperio antiguo
de Egipto, dibujado aproximadamente en el afio 3700 a.C., que representa a un sacerdote del templo mostrando los signos tipicos de una poliomielitis paralitica. El faraon
Ramses V, que murio en 1196 a.C. y cuya momia extraordinariamente bien preservada
se conserva en un museo de El Cairo, se cree que fallecio de viruela: el parecido entre
las lesiones pustulosas del rostro de la momia y otras de pacientes mas recientes es
asombroso.
La viruela fue endemica en China hacia e1 afio 1000 a. C. Como defensa se desarrollo la practica de la variolizacion. Tras reconocer que los supervivientes de brotes de
Principios de virologia molecular
viruela quedaban protegidos de poste1iores contagios, los chinos inhalaron las costras
secas de lesiones de viruela como si se tratase de rape o, en modificaciones posteriores, inocularon el pus de lesiones realizando escoriaciones en el antebrazo. La
variolizaci6n se practic6 durante siglos, y se mostr6 como un metodo efectivo para
prevenir la enfermedad, aunque arriesgado, porque el resultado de la inoculaci6n era
siempre incierto. iEl propio Edward Jenner estuvo a punto de morir como resultado de
la variolizaci6n a los 7 afios de edad! No es sorprendente que esta experiencia le impulsase a encontrar un tratamiento altemativo mas seguro. El 14 de mayo de 1796
utiliz6 material de una infecci6n por viruela de las vacas de la mano de Sarah Nemes,
una ordefiadora de Berkeley, su villa natal en el condado de Gloucestershire, para vacunar con exito al nifio de 8 afios James Phipps. Atmque al principio fue discutida, la
vacunacion frente a la viruela fue casi universalmente adoptada durante el siglo XIX.
Este exito temprano, aunque triunfo de la observaci6n cientifica y del razonamiento, no se bas6 en una verdadera comprensi6n de la naturaleza de los agentes infecciosos, que surgi6 independientemente de otra linea de pensamiento. Antony van
Leeuwenhoek (1632-1723), un comerciante holandes, construy6 los primeros microscopios simples con los que identific6 bacterias como los «animalculos» que observ6 en
sus preparaciones. Sin embargo, no fue hasta que Robert Koch y Louis Pasteur alla por
1880 conjuntamente propusieran la «teoria germinal» de la infecci6n que la relevancia
de los microorganismos se hiciera evidente. Koch defini6 sus cuatro famosos criterios
conocidos como «postulados de Koch», que todavia son considerados generalmente
como la prueba de que un agente infeccioso es responsable de una enfermedad especifica:
• El agente debe estar presente en cada caso de la enfermedad.
• El agente debe aislarse del huesped y cultivarse in vitro.
• La enfermedad debe reproducirse cuando un cultivo puro del agente se inocula a un
hospedador susceptible sano.
• El mismo agente tiene que ser recuperado de nuevo del hospedador infectado experimentalmente.
Posteriormente, Pasteur trabaj6 intensamente en rabia, la cual identific6 como una
enfermedad causada por un «virus» (que significa «veneno» en latin), pero a pesar de
ello no distingui6 entre bacterias y otros agentes productores de enfermedad. En 1892,
Dimitri Iwanowski, un botanico ruso, demostr6 que extractos de plantas de tabaco
enfermas podian transmitir la enfermedad a otras plantas tras pasar a traves de filtros
de ceramica suficientemente finos para retener las bacterias mas pequefias conocidas.
Desafortunadamente, no lleg6 a comprender el significado de sus observaciones. Unos
pocos afios despues (1898), Martinus Beijerinick confirm6 y ampli6 los resultados de
lwanowski con el virus del mosaico del tabaco (VMT) y fue el primero en desarrollar
el concepto modemo de virus, que el describi6 como contagium vivum fluidum («germen vivo soluble»). Freidrich Loeffler y Paul Frosch (1898) demostraron que un agente similar era responsable de la fiebre aftosa del ganado, pero, a pesar de la comprensi6n de que estos agentes recien descubiertos causaban enfermedades tanto en animales
como en plantas, la gente no acept6 la idea que de que podian tener algo que ver con
lntroducci6n
enfermedades humanas. Esta resistencia fue finalmente disipada en 1909 por Karl
Landsteiner y Erwin Popper, quienes demostraron que la poliomielitis era causada por
un agente filtrable: la primera enfermedad humana reconocida como causada por un
virus.
Frederick Twort (1915) y Felix d'Herelle (1917) fueron los primeros en reconocer
que los virus infectan bacterias, que d'Herelle denomin6 bacteri6fagos («devoradores
de bacterias»). En 1930 yen las decadas siguientes, vir6logos pioneros como Salvador
Luria, Max Delbruck y muchos otros utilizaron estos virus como sistemas modelo para
investigar muchos aspectos de la virologia, incluida la estructura (Capitulo 2), genetica (Capitulo 3) y replicaci6n de los virus (Capitulo 4). Estos agentes relativamente
simples han demostrado ser, desde entonces, muy importantes para nuestro conocimiento de todos los tipos de virus, incluyendo los de los humanos, que son mucho mas
dificiles de propagar y estudiar. La continuaci6n de la historia de la virologia es un
relato del desarrollo de herramientas experimentales y de sistemas con los cuales los
virus puedan ser examinados, que han abierto nuevas areas de la biologia, incluyendo
no solo la biologia de los propios virus sino tambien, inevitablemente, la biologia de
las celulas hospedadoras de las que estos agentes son totalmente dependientes.
SISTEMAS DE HUESPEDES VIVOS
En 1881 Louis Pasteur comenz6 a estudiar la rabia en animales. Durante varios
a:fios desarrollo metodos para producir preparaciones de virus atenuados desecando
progresivamente medulas espinales de conejos experimentalmente infectados con rabia, las cuales, administradas a otros animales, los protegerian frente a un in6culo de
virus rabico virulento. En 1885, inocula a un ni:fio, Joseph Meister, con este preparado,
la primera vacuna virica producida artificialmente (ya que la antigua practica de la
variolizacion y el uso por Jenner del virus de la viruela de las vacas para la vacunacion se basaban en virus naturales). Plantas enteras se han empleado para estudiar los
efectos de los virus de plantas tras la infecci6n, desde que el virus del mosaico del
tabaco fuera descubierto por Iwanowski. Generalmente estos estudios implican frotar
preparaciones conteniendo particulas viricas sobre las hojas o el tronco de laplanta.
Durante la guerra de Cuba entre Espa:fia y los Estados Unidos a finales del siglo
XIX y la posterior construcci6n del canal de Panama, el numero de americanos fallecidos de fiebre amarilla fue realmente colosal. La enfermedad tambien parecia estar
extendiendose lentamente hacia el norte en los Estadcis Unidos. En 1990, mediante la
transmisi6n experimental a ratones, Walter Reed demostr6 que la fiebre amarilla era
producida por un virus transmitido por mosquitos. Este descubrimiento permiti6 a Max
Theiler en 1937 propagar el virus en embriones de polio y producir una vacuna atenuada -la cepa 17D- que se emplea hoy todavia. El exito de esta estrategia condujo a
muchos otros investigadores entre los a:fios 30 y 50 a desarrollar modelos animales con
los que identificar y propagar virus pat6genos.
Las celulas eucariotas pueden ser cultivadas in vitro (cultivo celular) y los virus se
pueden propagar en estos cultivos, pero estas tecnicas son caras y tecnicamente exi-
Principios de virologfa molecular
gentes. Algunos virus replican en tejidos vivos de huevos embrionados de gallina,
como los virus gripales o influenza. Las cepas de virus gripales adaptadas a crecer en
huevos embrionados replican muy bien en ellos y alcanzan titulos muy elevados. Estos
huevos embrionados de gallina se utilizaron por vez primera para cultivar virus en las
primeras decadas del siglo XX. Este metodo ha mostrado ser muy eficaz para aislar y
cultivar muchos virus, particularmente cepas de virus influenza y varios poxvirus (por
ej., el virus vacuna). El recuento de las pustulas (pocks en ingles) producidas por la
replicaci6n de virus vacuna en la membrana corioalantoidea constituy6 el primer ensayo cuantitativo utilizado en virologia. Sistemas de huespedes animales todavia tienen
aplicaciones en virologia:
• Para producir virus que no pueden estudiarse eficazmente in vitro (por ej., el virus
de la hepatitis B).
• Para estudiar la patogenesis de infecciones viricas (por ej., los virus coxsackie).
1!1 Para analizar la seguridad de vacunas (por ej., la vacuna oral del virus de la polio).
No obstante, estan siendo paulatinamente abandonados por los siguientes motivos:
•
•
La cria y el mantenimiento de animales infectados con virus pat6genos son caros.
Los animales son seres vivos complejos en los que a veces resulta dificil discemir
procesos por separado.
• Los resultados no son siempre reproducibles, debido a variaciones de los indivic
duos hospedadores.
• El uso innecesario o exagerado de animales de experimentaci6n es moralmente
repugnante.
• Estan siendo sustituidos por tecnicas mas modemas: cultivos celulares y biologia
molecular.
El empleo de plantas enteras como organismos hospedadores no plantea el mismo
tipo de objeciones morales que el de animales vivos, y sigue constituyendo una parte
importante del estudio de los virus de plantas, aunque semejantes sistemas son a veces
lentos en ofrecer resultados y costosos de mantener.
En los ultimos afios se ha empleado una tecnologia totalmente nueva para estudiar
los efectos de los virus sobre los organismos hospedadores. Consiste en la creaci6n de
plantas y animales transgenicos mediante la inserci6n de todo el genoma o una porci6n del mismo en el ADN del organismo experimental, provocando la expresi6n de
ARN mensajeros (ARNm) viricos y de proteinas en celulas somaticas (y a veces en
celulas de la linea germinal). De este modo se pueden estudiar en seres vivos los efectos patogenicos de proteinas viricas, individualmente o en varias combinaciones. Se
han desarrollado ratones «SCID-hm> con lineas inmunodeficientes de animates trasplantados con tejidos humanos. Estos ratones constituyen un modelo muy interesante
para estudiar la patogenesis del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), ya que
no existen altemativas reales para estudiar las propiedades de este importante virus in
vivo. Aunque estas tecnicas han provocado el mismo tipo de objeciones morales que
las «anticuadas» infecciones experimentales de animates por virus, constituyen unas
herramientas muy prometedoras para el estudio de la patogenicidad viral. Se ha anali-
Introd ucci6n
zado por estos metodos un numero creciente de genes de virus animales y de plantas,
pero los resultados no han sido siempre los esperados, y en muchos casos ha resultado
dificil cornparar las observaciones realizadas con las recogidas de infecciones experimentales. No obstante, este metodo va a ser sin duda ampliamente utilizado conforme
se vayan resolviendo las dificultades tecnicas asociadas ala construccion de organismos transgenicos .
METODOS DE CULTIVO CELULAR
Los cultivos celulares comenzaron a principios del siglo XX con cultivos de organos completos, luego progresaron a metodos que comprendian celulas individualizadas,
bien cultivos de celulas primarias (celulas somaticas de un animal de experimentacion o tomadas de un paciente humano, que pueden mantenerse en cultivo durante un
periodo breve de tiempo) o bien lineas celulares inmortalizadas, que, en las condiciones adecuadas pueden continuar creciendo en cultivo indefinidamente.
En 1949, John Enders y sus colegas fueron capaces de propagar virus de la polio en
cultivos de celulas humanas primarias. Este logro marco el comienzo de lo que algunos han considerado «la edad de oro de Ia virologia» y condujo al aislamiento y Ia
identificacion durante los aiios 50 y 60 de muchos virus asociados con enfermedades
humanas: por ejemplo, muchos enterovirus y virus respiratorios, tales como los adenovirus. El aislamiento de virus ampliamente distribuidos en Ia poblacion hizo comprender que las infecciones viricas subclinicas son muy comunes; por ejemplo, incluso
durante las epidemias por las cepas mas virulentas de virus de la polio se producen
aproximadamente 100 infecciones subclinicas por cada caso de paralisis por
poliomielitis.
Renato Dulbecco fue el primero que en 1952 cuantifico con precision virus animales utilizando un ensayo de placas de !isis. En esta tecnica se preparan diluciones del
virus con las que se infectan celulas crecidas en monocapas, que despues se recubren
con agar blando para impedir la difusion del virus. Este destruye las celulas en focos
localizados que se observan como calvas o placas al tefiirse la monocapa (Figura 1.1).
Mediante el recuento del numero de placas se determina directamente el nfunero de
particulas viricas infecciosas inoculadas al cultivo. La misma tecnica puede ser aplicada para clonar un virus (es decir, aislar una forma pura a partir de una mezcla de tipos ).
Esta tecnica fue us ada durante un tiempo para cuantificar el numero de particulas viricas
infectivas en suspensiones de bacteriOfagos aplicadas a «cespedes» confluentes de
bacterias en placas de agar, pero su aplicacion a virus de eucariotas permitio rapidos
avances en el estudio de la replicacion viral. Los ensayos de plaqueo reemplazaron las
tecnicas anteriores de dilucion limite, tal como el analisis de Ia dosis infecciosa al 50%
en cultivo celular («tissue culture infectious dose», TCID 50 en ingles), que consiste en
un metodo estadistico para medir la poblacion virica en cultivo; las tecnicas de dilucion limite pueden utilizarse todavia en algunas circunstancias, por ejemplo con virus
que no son citopaticos y no producen placas (por ej ., el virus de Ia inmunodeficiencia
humana).
Principios de virologfa molecular
Hacer diluciones
seriadas del virus
lnocular las diluciones en celulas susceptibles.
Tras Ia adsorci6n del virus a las celulas, se cubren
con un medio semis61ido que restringe Ia difusi6n
de las particulas viricas
La restricci6n de Ia diseminaci6n del virus celula
a celula provoca una destrucci6n localizada de Ia
monocapa celular que se observa como <<placas»
0
0
0
0
Los ensayos de plaqueo se realizan aplicando una diluci6n adecuada de una preparaci6n de
virus a una monocapa confluente o semiconfluente de celulas susceptibles. Tras dejar un tiempo para
que el virus se fije a las celulas y las infecte, el medio llquido se sustituye por un medio de cultivo
semi solido que contenga un polimero como agarosa o carboximetilcelulosa, que restringe Ia difusi6n de
las particulas viricas desde las celulas infectadas. Tras un periodo de incubaci6n, el medio generalmente
se retira y las celulas se tifien para hacer mas facilmente visibles los agujeros (placas o calvas) en Ia
monocapa. Cada placa resulta por tanto de Ia infecci6n por una sola unidad
ora de placa (u.f.p. ).
ODOS
RO OGICOS
MUNOLOGICOS
Cuando la disciplina de la virologia estaba desarrollandose, tambien lo estaban
haciendo las tecnicas de inmunologia y, al igual que ha sucedido mas recientemente
con la biologia molecular, ambas disciplinas han estado siempre muy relacionadas. La
comprensi6n de los mecanismos de inmunidad en las infecciones virales ha sido, por
supuesto, muy importante. Recientemente se ha reconocido el papel que el propio sistema inmunol6gico desempefia en la patogenesis de las infecciones virales (ver Capi-
lntroducci6n
tulo 7). La inmunologia ha contribuido de propio derecho al desarrollo de muchas de
las tecnicas clasicas en virologia (Figura 1.2).
En 1941 George Hirst observ6 la hemaglutinacion, es decir, la aglutinaci6n de
hematies por virus influenza (ver Capitulo 4). Esta tecnica se mostr6 de gran utilidad
en el estudio no solo de la gripe sino tambien de otros grupos de virus, por ejemplo el
virus de la rubeola. Ademas de medir el titulo, es decir, la cantidad relativa de virus
presente en cualquier preparaci6n, esta tecnica tambien sirve para determinar el tipo
antigenico de un virus. La hemaglutinaci6n no se produce en presencia de anticuerpos
que reconocen y bloquean a la hemaglutinina viral. Si un antisuero se titula frente a un
numero determinado de unidades hemaglutinantes, se puede establecer el titulo de
inhibici6n de la hemaglutinaci6n y la especificad del antisuero. Tambien se puede determinar el tipo antigenico de un virus desconocido utilizando antisueros de especificidad conocida para inhibir la hemaglutinaci6n. En 1960 y durante los afios siguientes se
desarrollaron o mejoraron muchos metodos para la detecci6n de virus, tales como:
• Reacci6n de fijaci6n del complemento.
• Radioinmunoanalisis.
• Inmunofluorescencia (detecci6n directa de antigenos virales en celulas infectadas o
tejidos).
• Enzimoinmunoanalisis (ELISA) .
• Radioinmunoprecipitaci6n.
• Inmunoblot o Western blot.
Estas tecnicas son sensibles, rapidas y cuantitativas.
En 197 5, George Kohler y Cesar Milstein aislaron el primer anticuerpo monoclonal
de clones de celulas seleccionadas in vitro para producir un anticuerpo de una sola
especificidad, dirigido frente a una diana antigenica particular. Esto permiti6 a los
vir6logos estudiar noun virus entero, sino regiones especificas - epitopos- de antigenos
virales individuales (Figura 1.3). Esta posibilidad ha incrementado considerablemente
nuestro conocimiento sobre las funciones de las proteinas viricas. Los anticuerpos
monoclonales estan encontrando amplias aplicaciones en otros tipos de ensayos
serol6gicos (por ej., ELISAs), aumentando su reproducibilidad, sensibilidad y especificidad.
No seria adecuado dedicar aqui mucho espacio a exponer los detalles tecnicos de lo
que es un campo en nipida evoluci6n; sin embargo, recomiendo a los lectores que no
esten familiarizados con las tecnicas anteriormente mencionadas que profundicen en
estos temas mediante la lectura de uno o varios de los textos citados en la bibliografia
de este capitulo. El tiempo invertido en ello les compensara a los lectores durante la
lectura del resto de este libro.
ESTUDIOS UL. R
STR CTURALES
Los estudios ultraestructurales pueden ser considerados de tres tipos: metodos fisicos, metodos quimicos y microscopia electr6nica. Las mediciones fisicas de particulas
Principios de virologfa molecular
(a) Test de fijaci6n de complemento
(b) lnmunofluorescencia
(I)
Directa:
lndirecta:
Anticuerpo presente, complemento
«fijado>>, no hay hem61isis
(2)
I \
Anticuerpo ausente, complemento
no «fijado», si hay hemolisis
(d) Western blot
(c) ELISA
Sustrato
incoloro
Directa:
lndirecta:
Membrana de nitrocelulosa o nylon
Leyenda:
l i Antigeno vi rico
A
} - - Anticuerpo secundario
Anticuerpo primario
0
Hematies «sensibilizados»
(cubiertos de anticuerpos)
Molecula «detectora»: complemento, enzima,
is6topo radioactive o colorante fiuorescente
Figura 1.2 Es dificil no sobreestimar la importancia de las tecnicas serol6gicas en virologia. Los
cuatro ensayos ilustrados en los diagramas de esta figura se han utilizado durante muchos afios y tienen
una amplia aplicaci6n. (a) La reacci6n de fijaci6n del complemento se basa en que el complemento es
secuestrado por complejos antigeno-anticuerpo. Gl6bulos rojos «sensibilizados» recubiertos de anticuerpos, complemento a una concentraci6n conocida, antigeno virico y el suero problema se afiaden a
pocillos de una placa de microtitulaci6n. En ausencia de anticuerpos frente al antigeno virico, el complemento libre causa Ia !isis de los gl6bulos rojos sensibilizados (hem6lisis). Si, por el contrario, el
suero contiene anticuerpos frente al virus a un titulo suficientemente alto, el complemento sera «fijado»
y no quedara disponible para producir hem6lisis. Se calcula el titulo del suero problema efectuando
diluciones seriadas del mismo y midiendo cuantitativamente la cantidad de anticuerpos antivirus que
contiene. (b) La inmunojluorescencia se realiza con anticuerpos conjugados covalentemente con una
molecula fluorescente que emite una luz coloreada caracterfstica cuando se ilumina por luz de una
longitud de onda diferente, tal como la rodamina (roja) o la fluoresce ina (verde). En la inmunofluores-
(contimla)
lntroducci6n
viricas comenzaron a realizarse en la decada de 1930 con las primeras detem1inaciones
de sus proporciones mediante filtracion a traves de membranas coloidales de varios
tamafios de poro. Experimentos de este tipo condujeron a las primeras estimaciones
(bastante inexactas) del tamafio de las particulas viricas. La exactitud de estas mediciones se incremento considerablemente con estudios de las propiedades de sedimentacion de los virus en ultracentrifugas realizados en los afios 60 (Figura 1.4). La centrifugacion diferencial demostro ser de gran utilidad en la obtencion de preparaciones
purificadas y muy concentradas de muy distintos virus, libres de contaminacion con
componentes de la celula hospedadora, que pueden ser sometidas asia amilisis quimicos. La densidad relativa de particulas viricas, medidas en soluciones de sacarosa o de
CsCl, resulta tambien una caracteristica particular, proporcionando infonnacion sobre
las proporciones de acido nucleico y proteina en las particulas.
Las propiedades fisicas de los virus puede ser determinada por espectroscopia, utilizando bien luz ultravioleta para examinar el contenido en acido nucleico de la particula
o bien luz visible para determinar sus propiedades de dispersion de la luz. La electroforesis de particulas virales intactas ha proporcionado informacion limitada, sin embargo, los
analisis electroforeticos de las proteinas individuales del virion y, especialmente de los
acidos nucleicos genomicos (Capitulo 3), han resultado muy valiosos. No obstante, el
metoda mas importante, con gran diferencia, para elucidar la estructura de los virus ha
sido el uso de la difraccion de rayos X sobre formas cristalinas de virus purificados. Esta
tecnica permite dete1minar la estructura de viriones a un nivel atomico.
(continuaci6n)
cencia directa, el propio anticuerpo frente al virus esta conjugado con el marcador fluarescente, mientras que en Ia indirecta un segundo anticuerpo que reacciona con el anticuerpo antivirus es el que esta
marcado. La inmunofluorescencia se puede utilizar no s6lo para identificar celulas infectadas con virus
en poblaciones de celulas o en cortes de tejidos, sino tambien para detenninar Ia localizaci6n subcelular
de proteinas viricas concretas (par ej ., en el nucleo o en el citoplasma). (c) Los ensayos inmunoenzimaticos
(«enzyme-linked immunosorbent assays», ELISA en ingles) son metodos rapidos y sensibles para identificar y cuantificar pequefias cantidades de antigenos vfricos o de anticuerpos antivirus. Se tapiza Ia
superficie de una placa de multiples pocillos con un antigeno (cuando el ELISA sea para detectar anticuerpos) o con un anticuerpo (cuando el ELISA sea para detectar antigenos ). A continuaci6n se afiade un
anticuerpo especifico para el antigeno analizado, conjugado con una enzima (como fosfatasa alcalina o
peroxidasa de rabano p icante). Como en Ia inmunofluorescencia, el ELISA puede ser disefiado para
detectar directa o indirectamente el antfgeno. Tras una corta incubaci6n, un sustrato incoloro es convertido par Ia enzima en un producto coloreado, amplificando Ia sefial producida par muy pequeiias cantidades de antigeno. La intensidad del producto puede facilmente ser medida en un espectrofot6metro
(«lector de placas»). Los ensayos de ELISA pueden ser automatizados y par tanto sirven para analizar
rutinariamente grandes cantidades de muestras clfnicas. (d) El Western blot se utiliza para analizar una
proteina virica especifica en una mezcla compleja de antigenos. Las preparaciones que contienen antigenos
viricos (particulas, celulas infectadas o muestras clfnicas) se someten a electroforesis en un gel de poliacrilamida. Las proteinas en el gel se transfieren a una membrana de nitrocelulosa o nylon y se inmovilizan
en sus posiciones relativas en el gel. Los antigenos especificos se detectan incubando la membrana con
anticuerpos dirigidos contra el antigeno de interes. Utilizando marcadores con proteinas de tamafios
moleculares conocidos se puede detem1inar el peso molecular y Ia concentraci6n relativa de antigeno en
las muestras analizadas.
Principios de virologia molecular
lnmunizar animales con antigeno
(mezcla compleja de epitopos)
Esplenocitos
0~nea
inmortal
de celulas B
Aplicar media selectivo a las fusiones,
crecimiento de hibridomas
Analizar en los sobrenadantes
Ia especificidad de los anticuerpos
Clonar biol6gicamente las celulas
por diluci6n limite
Cultivar las celulas secretoras de anticuerpos
y aislar estos del med ia
,j
Los anticuerpos monoclonales se producen mediante inmunizaci6n de un animal con un
antigeno que generalmente contiene una mezcla compleja de epitopos. Despues se obtienen celulas B
inmaduras del bazo del animal, se fusionan con celulas de rnieloma y resulta Ia formaci6n de celulas
transfonnadas que producen continuamente anticuerpos. Una pequefia proporci6n de estas celulas fabricaran un solo tipo de anticuerpo (un anticuerpo monoclonal) contra el epitopo deseado. Recientemente
se han desarrollado tecnicas molecu1ares in vitro para agilizar Ia selecci6n de anti cuerpos monoclonales,
aunque todavia no han reemplazado Ia estrategia original aqui mostrada.
Actualmente se han determinado ya las estructuras completas de muchos virus,
representativos de muchos de los principales grupos, con una resoluci6n de unos pocos angstroms (A) (ver Capitulo 2). Este avance ha mejorado considerablemente nuestra comprensi6n sabre las funciones de las particulas viricas; sin embargo, cierto numero de virus se han mostrado resistentes a este tipo de investigaci6n, un hecho que
ilustra algunos de los problemas inherentes a esta poderosa tecnica. Otro de los problemas es que el virus tiene que estar muy purificado, de lo contrario no se puede recoger
informacion especifica sabre el. Ello presupone que se puedan producir cantidades
adecuadas del virus en cultivos celulares, u obtener de tejidos infectados o de pacientes, y que exista un metoda adecuado para purificar las particulas viricas sin perder su
integridad estructural. En un numero importante de casas, estos requerimientos des-
-
lntroducci6n
Fuerza centrifuga
~ Virus purificado
so
E'c
40
0
CD
~
Densidad
de sacarosa
rl
:g_
-- --'' --
-<'--
"'e
rl
"'
(/)
30
•0
(/)
~
"0
"'
"0
·c;;
c
20
Q)
0
--.
Absorci6n ultravioleta
-
10
Figura 1.4 Existen diferentes tecnicas de sedimentaci6n que pueden aplicarse para estudiar los virus.
En Ia centrifugaci6n zonal (mostrada aqui) las particulas viricas se colocan sobre un gradiente de densidad preformado, por ejemplo, una soluci6n de sacarosa o una soluci6n salina de densidad creciente
desde Ia porci6n superior al fondo del tubo (arriba de Ia figura). Tras un periodo de tiempo en una
ultracentrifuga, el gradiente se separa en un numero de fracciones, que se analizan buscando en ellas Ia
presencia de particulas viricas. En Ia figura, el acido nuclei co del genoma viral se detecta por su absorci6n de luz ultravioleta (abajo). Este metoda puede emplearse tanto para putificar particulas viricas o
acidos nucleicos como para determinar sus caracteristicas de sedimentaci6n. En Ia centrifugaci6n
isopicnica o en equilibria, Ia muestra se encuentra en una mezcla hom6loga que contiene una sal densa
como cloruro de cesio. Durante su centrifugaci6n, se establece un gradiente de densidad en el tuba, y Ia
muestra forma una banda en Ia fracci6n con una densidad equivalente a Ia suya propia. Este metodo
puede ser utilizado por lo tanto para determinar Ia densidad de las particulas viricas y es empleado
habitualmente para purifica.r ADN plasmidico.
cartan cualquier estudio (por ej., el virus de la hepatitis C). El virus purificado debe
producir tambien redes paracristalinas suficientemente grandes para causar una
difracci6n significativa de la fuente de radiaci6n. Para algunos virus esto es relativamente f:kil, y forman cristales suficientemente grandes para resultar visibles a simple
vista que producen una intensa difracci6n. Esto es particulamente cierto con algunos
virus de vegetales, como el virus del mosaico del tabaco (que fue cristalizado por
primera vez por Wendell Stanley en 1935) y el virus del mosaico del nabo amarillo
(VMNA) (turnip yellow mosaic virus, TYMV en ingles), cuyas estructuras fueron las
primeras en ser determinadas en los afios 50. Es significative que las estructuras de
estos dos virus representen los dos tipos fundamentales de pmiiculas viricas:
dal, en el caso del VMT, e ·
para el VMNA (ver Capitulo 2). En muchos
Principios de virologia molecular
casos, sin embargo, solo se logra preparar cristales microscopicos. Una respuesta parcial
a este problema consiste en utilizar fuentes mas potentes de radiacion que permitan obtener buenos datos de pequefios cristales. Durante las ultimas decadas se han construido
potentes fuentes sincrotron que generan intensas emisiones de radiacion que se estan
utilizando actualmente con estos propositos; sin embargo existe un limite, mas alla del
cual esta estrategia de fuerza bruta no ofrece mas beneficios. Algunos virus impmiantes
se resisten firmemente a ctistalizar; este problema es particulam1ente frecuente con los
virus de formas irregulares -por ejemplo, los que tienen una envoltura extema lipidicay hasta el momenta no se ha conseguido dilucidar la estructura atomica completa de alta
resolucion de muchos virus de este tipo (por ej., VIH). Modificaciones en las tecnicas
basicas de difraccion (tales como la dispersion de electr·ones por conjuntos de proteinas
asociadas a membranas y criomicroscopia electronica) pueden ayudar en el futuro a aportar
mas informacion, pero es improbable que estas variaciones resuelvan completamente el
problema. Una limitacion mas es que algunos de los virus mas grandes, tales como los
poxvirus, contienen cientos de proteinas diferentes y por el momenta son demasiado
complejos para ser analizados con estas tecnicas.
La resonancia magnetica nuclear (RMN) esta siendo cada vez mas utilizada para
detenninar la estructura atomica de todo tipo de moleculas, incluyendo proteinas y
acidos nucleicos. La limitacion de este metoda es que solo sirve para ana!izar moleculas relativamente pequefias, antes de que las seiiales obtenidas se vuelvan tan confusas
que resulten imposibles de descifrar con la tecnologia actual. Por el momenta, ellimite
de tamafio superior de esta tecnica restringe su uso para moleculas con un peso molecular menor de 30.000 a 40.000, Io que es un tamafio considerablemente menor al que
tienen las particulas viricas mas pequefias. No obstante, este metoda puede resultar de
utilidad en el futuro, seguramente para examinar proteinas viricas aisladas, e incluso
viriones intactos.
Los estudios quimicos pueden ser aplicados para analizar no solo Ia composicion
quimica completa de los virus y la naturaleza del acido nucleico que compone su genom a,
sino tambien Ia eshuctura de la particula y el modo en que los componentes individuales
se relacionan unos con otros en la capside. Muchos estudios clasicos sabre eshuctura
viral se han basado en la disrupcion escalonada y gradual de las particulas por una alteracion lenta del pH o por una adicion progresiva de agentes desnaturalizantes como urea,
fenol o detergentes. Bajo estas condiciones se puede obtener a veces informacion valiosa
de experimentos relativamente sencillos. Por ejemplo, cuando se afiade urea gradualmente a preparaciones de particulas purificadas de adenovirus, estas se deshacen de una
forma ordenada y escalonada, liberando agregados de proteinas viricas que revelan la
composicion de las particulas. En el caso del TMV se han llevado a cabo estudios similares sabre la organizacion de la capside, mediante renaturalizacion de las proteinas de Ia
capside bajo distintas condiciones (Figura 1.5). En terminos sencillos, los reactivos empleados para desnaturalizar las capsides de virus pueden indicar la base de las interacciones que se establecen entre sus componentes. Las proteinas que se unen por interacciones electrostaticas pueden separarse al aiiadirse sales ionicas o alterando el pH; aquellas
que se unen por interacciones hidrofobicas, no ionicas, pueden ser eluidas por reactivos
como la urea; las proteinas que interaccionan con componentes lipidicos se pueden eluir
con detergentes no ionicos o solventes organicos.
lntroducci6n
Helice
5,0
6,0
Disco
Mon6meros
7,0
8,0
Figura 1.5 La estructura y !a estabilidad de las particulas viricas pueden examinarse mediante estudios
de desnaturalizaci6n y renaturalizaci6n progresivas. A una fuerza i6nica determinada, las proteinas purificadas de !a capside del virus del mosaico del tabaco (VMT) se ensamblan espontaneamente en diferentes
estructuras, dependiendo del pH de !a soluci6n. A un pH alrededor de 6,0 las particulas formadas tienen
una estructura muy similar ala de las particulas viricas infecciosas. Cuando el pH se incrementa aproximadamente a 7,0 se ensamblan estructuras en forma de disco. A valores de pH mas elevados, los mon6meros
individuates de Ia capside no son capaces de ensamblarse en estructuras mas complejas.
Ademas de para revelar la estructura fundamental, una desnaturalizaci6n progresiva
tambien puede utilizarse para observar la alteraci6n o la perdida de sitios antigenicos en
la superficie de las particulas, y de este modo se puede obtener una imagen de su estado
fisico. Las proteinas expuestas en la superficie de los virus se pueden marcar con varios
compuestos (por ej., yodo) para indicar que partes de la proteina estan expuestas y que
porciones estan protegidas en el interior o por membranas lipidicas. Se utilizan reactivos
de entrecruzamiento o «cross-linking», tales como psolareno o reactivos sinteticos mas
nuevos con cadenas laterales de longitudes especificas, para determinar las relaciones
espaciales entre proteinas y acidos nucleicos en virus intactos.
Desde la decada de los 30, la microscopia electr6nica ha superado las limitaciones
fundamentales de la microscopia 6ptica: su incapacidad por resolver particulas virales
debido a las limitaciones fisicas causadas por la longitud de onda de la luz visible y las
6pticas de los instrumentos. La primera imagen obtenida con un microscopic electr6nico de un virus (VMT) fue publicada en 1939. Durante los afios siguientes, se desarrollaron tecnicas que permitieron Ia observaci6n directa de los virus a mas de 100.000
aumentos. Los dos tipos fundamentales de microscopies electr6nicos son el microscopio electr6nico de transmisi6n (MET) y el microscopio electr6nico de barrido (MEB)
(«scanning electron microscope, SEM» en ingles) (Figura 1.6). Aunque con este ultimo se pueden obtener imagenes tridimensiones muy bonitas, los mayores aumentos
que alcanza el microscopio electr6nico de transmisi6n lo hacen ser mas valioso para
investigar la estructura viral. Dos tipos fundamentales de informacion sobre los virus
se pueden obtener por microscopia electr6nica: el numero absoluto de particulas viricas
presentes en cualquier preparaci6n (recuento total) y el aspecto y la estructura de los
Principios de virologia molecular
Microscopic electr6nico
de transmisi6n (TEM)
Microscopic electr6nico
de barrido (SEM)
}
0
0
Lentedel
condensador
.
Pnmera
lente del
condensador
Canon
de electrones
0
__ Muestra
0
0
Lente
intermedia
Segunda
lente del
condensador
0
Imagen
final
Figura 1.6
Principios del funcionamiento de los microscopios electr6nicos de transmisi6n y de banido.
viriones (ver mas adelante). La microscopia electr6nica proporciona un metodo rapido
de detecci6n y diagn6stico, pero puede proporcionar informacion engafiosa. Muchos
componentes celulares (por ej., ribosomas) se asemejan a «particulas pseudoviricas»,
especialmente en preparaciones poco tratadas. Esta dificultad se puede superar utilizando antisueros especific os de antigenos viricos conjugados con marcadores
electrodensos tales como la felTitina, proteina que contiene hietTo, o suspensiones de
oro coloidal. Esta tecnica, altamente especifica, se conoce como imnunomicroscopia
electr6nica, y esta ganando tetTeno como metodo de diagn6stico rapido.
Algunos desatTollos de la microscopia electr6nica han permitido investigar la estructura de virus que no pueden estudiarse por cristalografia de rayos X. Estos incluyen la criomicroscopia electr6nica, en la cuallas particulas viricas se mantienen a muy
bajas temperaturas en porta-muestras refrigerados; la observaci6n de particulas incluidas en hielo vitreo que no se distorsionan por la fonnaci6n de cristales de hielo; la
microscopia electr6nica de baja i1Tadiaci6n, que reduce el bombardeo de electrones
lntroducci6n
que resultan destructivos para la muestra, y sofisticadas tecnicas de procesamiento y
de reconstrucci6n de imagenes que permiten obtener imagenes precisas y tridimensionales a partir de multiples imagenes que separadamente resultarian de muy baja calidad. La microscopia electr6nica convencional puede resolver estructuras de 50 a 70 A
de tamafio (un diametro at6mico medio es de 2-3 A,una helice alfa de proteina, 10 A;
una doble helice de ADN, 20 A). Con estas nuevas tecnicas es posible resolver estructuras de 25 a 30 A.
A finales de los afios 50, Sydney Brenner y Robert Horne (entre otros) desarrollaron tecnicas sofisticadas que les permiti6 utilizar el microscopio electr6nico para revelar muchos de los pequefios detalles de la estructura de las pa1iiculas viricas. Una de
las tecnicas mas valiosas result6 ser el uso de colorantes electrodensos tales como el
acido fosforungstico o el acetato de uranilo para observar particulas viricas por tinci6n
negativa. Los pequefios iones metalicos de tales colorantes son capaces de penetrar en
las diminutas hendiduras existentes entre las subunidades proteicas de una capside
virica para revelar su fina estructura. Utilizando este tipo de datos, Francis Crick y
James Watson (1956) fueron los primeros en sugerir que las capsides viricas estan
compuestas por numerosas subunidades proteicas identicas, organizadas con una simetria helicoidal o cubica (icosaedrica ). En 1962, Donald Caspar y Aaron Klug ampliaron estas observaciones y dedujeron los principios fundamentales de la simetria,
que permite a prot6meros repetidos conformar capsides viricas, en base al principia de
la cuasiequivalencia (ver Capitulo 2). Esta estrategia combinada, te6rica y practica,
ha resultado en nuestro conocimiento actual sobre la estructura de las particulas viricas.
«BIOLOGiA MOLECULAR»
Todas las tecnicas de investigaci6n anteriormente mencionadas son en si mismas
«biologia molecular», en el sentido original del tennino; sin embargo, el concepto de
«biologia molecular» ha tornado el significado nuevo y diferente de «ingenieria genetica» o «manipulaci6n genetica». Estas tecnicas, que permiten manipular acidos
nucleicos in vitro (es decir, fuera de celulas vivas u organismos) no constituyen una
nueva disciplina, sino que son el resultado de desanollos previos, durante los 50 afios
anteriores, de la bioquimica y de Ia biologia celular. Esta nueva y poderosa tecnologia
ha revolucionado la virologia y, en gran medida, ha desplazado el foco de atenci6n de
Ia particula virica al genom a virico. De nuevo, este libro no es ellugar para discutir en
detalle los aspectos tecnicos de estos metodos, y los lectores son remitidos a alguno de
tantos textos relevantes, tales como los citados al final de este capitulo.
La infecci6n virica ha sido usada a menudo para investigar el funcionam iento de las
celulas «normales» (es decir, no infectadas); por ejemplo, para analizar Ia sintesis de
macromoleculas. Esto se cumple, por ejemplo, con las aplicaciones de los bacteriOfagos en genetica bacteriana yen muchos casos en los que el estudio de los virus eucariotas
ha revelado informacion fundamental sobre la biologia celular y la organizaci6n
gen6mica de organismos superiores. En 1970, John Kates observ6 por vez primera que
los ARN mensajeros (ARNm) del virus vacuna estaban poliadenilados en sus extremos 3 '.
Principios de virologfa molecular
En el mismo afio, Howard Temin y David Baltimore identificaron conjuntamente la enzima transcriptasa inversa (ADN polimerasa ARN dependiente) en celulas infectadas por
retrovirus. Este hallazgo desmonto el llamado «dogma central» de la biologia de que
existe un flujo en un solo sentido de la informacion desde el ADN a traves del ARN a la
proteina y revelo la plasticidad del genoma eucariota. Como consecuencia, la purificacion de esta enzima de particulas de retrovirus permitio clonar ADNc, que acelero intensamente el estudio de los virus con genomas ARN; un buen ejemplo de la naturaleza
catalitica de los avances cientificos. En 1977, Richard Roberts y Phillip Sharp, independientemente, reconocieron que los ARNs mensajeros de adenovirus sufren cortes y empalmes («splicing», en ingles) para eliminar secuencias intermedias, lo que indica la
existencia de similaridades entre genomas virales y celulares.
Inicialmente al menos, el efecto de esta nueva tecnologia consistio en trasladar el
enfasis de la investigacion de las proteinas a los acidos nucleicos. Conforme se desarrollaba la capacidad de las tecnicas, pronto resulto posible determinar las secuencias
nucleotidicas de genomas virales completos, comenzando por los mas pequefios bacteriOfagos a mediados de los 70 y continuando por los mayores genomas virales, los
de los herpesvirus y los poxvirus, muchos de los cuales ya estan hoy secuenciados.
Esta tecnologia centrada en los acidos nucleicos, ademas de sus ultimos logros de
secuenciacion genomica y manipulacion artificial de los genomas virales, tambien ofrecio avances significativos en la deteccion de vims e infecciones viricas mediante tecnicas de hibridacion de acidos nucleicos. Existen muchas variaciones de esta idea basica,
pero, esencialmente consiste en hacer reaccionar una sonda de hibridacion, marcada de
alglin modo para facilitar su deteccion, con una mezcla compleja de acidos nucleicos. La
interaccion especifica de la secuencia de la sonda con secuencias complementarias del
genoma del vims, a las que se une por formaci on de puentes de hidrogeno entre los pares
de bases complementarias, revela la presencia de material genetico virico (Figura 1.7).
Esta estrategia se ha elevado a un nivel superior mediante ei desarrollo de procedimientos de amplificacion de acidos nucleicos in vitro, tal como la reaccion en cadena de la
polimerasa (<<polymerase chain reaction», PCR en ingles), que es una tecnica aun mas
sensible, capaz de detectar una sola molecula de acido nucleico viral (Figura 1.8).
Mas recientemente se ha renovado tambien el interes por las proteinas viricas, fundamentado en una nueva biologia que depende de la manipulacion in vitro de los acidos nucleicos y de los avances en la deteccion de protefnas derivados de la inmunologia.
Se han desarrollado rapidamente metodos para la sintesis y expresion in vitro de proteinas a partir de ADN clonado, y estan disponibles ya muchas tecnicas analiticas nuevas. Los estudios de las interacciones proteina-acido nucleico estan resultando especialmente valiosos para comprender la estructura viral y la expresion genica. Los avances en electroforesis han hecho posible estudiar simultaneamente todas las proteinas
de una celula infectada por un virus, el llamado proteoma de la celula (por analogia
con el genoma).
Los biologos moleculares se han sacado un truco mas de la manga. Debido a la
naturaleza repetitiva y digitalizada de las secuencias nucleotidicas, los ordenadores
resultan el medio ideal para guardar y procesar esta cantidad de informacion.
«Bioinformatica» es un termino amplio acufiado en los afios 80 para incluir en el cual-
lntroducci6n
Hibridaci6n en fase liquida
)~~
(b) Anadir Ia sonda marcada
y permitir su hibridaci6n
con Ia secuencia diana
(a) Mezcla compleja
de acidos nucleicos
en soluci6n
/
Hibridaci6n en fase s61ida
(c) Eliminar Ia sonda
no hibridada
y analizar Ia cantidad
de marcador ligado
I
>-:-c? )iiiJjjj___. >.,_
(a) acidos
Mezclanucleicos
complejafijados \
de
a membrana
de nitrocelulosa o nylon
(b) Anadir Ia sonda marcada
y permitir su hibridaci6n
con Ia secuencia diana
~
--=----
I
(c) Eliminar Ia sonda
no hibridada
y analizar Ia cantidad
de marcador ligado
/\
>:-C?~>..----=-----,
Figura 1.7 La hibridaci6n de acidos nucleicos se basa en la especificidad del emparejamiento de
bases, que permite a una sonda de acidos nucleicos encontrar una secuencia diana complementaria en
una mezcla compleja de secuencias presentes en una muestra. El marcador utilizado para detectar !a
sonda puede ser un is6topo radioactivo o un marcador no radioactivo, tal como una enzima o un sistema
quimioluminiscente. La hibridaci6n puede hacerse con !a sonda y Ia secuencia diana en una fase liquida
(parte superior de !a figura) o con ]a secuencia diana unida a una fase s6lida, habitualmente una membrana de nitrocelulosa o nylon (parte inferior). Ambos metodos pueden usarse para cuantificar !a cantidad
de secuencia diana presente, pero !a hibridaci6n en fase s6lida se emplea tambien para localizar !a
posicion de las secuencias inmovilizadas sabre !a membrana. La bibridaci6n de calvas o de colonias se
utiliza para localizar moleculas recombinantes directamente a partir de una mezcla de calvas de bacteriOfagos o de colonias bacterianas sabre una placa de agar. Las tecnicas de Northern blot y de Southern
blot se emplean para detectar ARN y ADN, respectivamente, despues de transferir estas moleculas desde
geles, tras su separaci6n por electroforesis (ver Western blot, Figura 1.2).
quier aplicaci6n de los ordenadores a !a biologia. Esto puede incluir cualquier cosa
desde la inteligencia artificial y Ia rob6tica hasta el analisis gen6mico. Mas especificamente, el tennino alude al procesamiento por ordenador de datos de secuencias biol6gicas, incluyendo el analisis estructural de proteinas. La bioinf01matica permite inferir
la funci6n a partir de la secuencia lineal, y esto es aplicable a todas las areas de Ia
biologia. Debido a la avalancha de informacion sobre nuevas secuencias, los ordenadores cada vez se utilizan mas para hacer predicciones sobre secuencias nucleotidicas
Principios de virologfa molecu lar
Primer ciclo
(1) Calentar el ADN para desnaturalizar
(separar) las cadenas
;§ebadore~
(2) Enfriar para permitir que
los cebadores se acoplen
a las secuencias diana
(3) lncubar para que Ia polimerasa
extienda los cebadores
=
Segundo ciclo
(4) Calentar el ADN para desnaturalizar
de nuevo las cadenas
(5) Enfriar para permitir que los
cebadores se acoplen
a las secuencias diana
y se extiendan de nuevo
Tercer ciclo (etc.)
I
Figura 1.8 La reacci6n en cadena de la polimerasa (PCR) se fundamenta en Ia especificidad del acoplamiento de bases entre unos cebadores constituidos por oligonucle6tidos sinteticos cortos y las secuencias complementarias presentes en una mezcla complej a de acidos nucleicos, para promover Ia
sintesis de ADN utilizando una ADN polimerasa termoestable. Se efecruan multiples ciclos de acoplamiento de cebadores, extension y desnaturalizaci6n termica en un proceso automatico, que da como
resultado Ia amplificaci6n masiva (un incremento de 2n veces tras n ciclos de amplificaci6n) de la
secuencia diana situada entre los dos cebadores.
(Figura 1.9). Ello incluye detectar pautas de lectura abiertas («open reading frames»,
ORFs en ingles), las secuencias de aminoacidos de las proteinas codificadas por ellas,
regiones de control de genes, como promotores y sefiales de corte y empalme, y las
estructuras secundarias de proteinas y de acidos nucleicos. Sin embargo, especialmente en el caso del ARN, la estructura secundaria adoptada por las moleculas es casi tan
importante como la secuencia nucleotidica primaria para determinar las reacciones
biol6gicas que esa molecula puede experimentar. Es necesario tener precauci6n en
interpretar esta informacion predecida mas que real, y la validez de tales predicciones
no deberia ser aceptada sin dudar, a no ser que sea confirmada por datos bioquimicos
lntroducci6n
Virus de Ia inmunodeficiencia humana tipo 1
!'
Total de bases secuenciadas: 9.719 pb
l l l j l l i i l l i i l j l l 11 l l i l l j l l l l l l 11 l j l l l l l l l l l j l i l l l l l 11 jl 11 1 1 ' ' ' ' 1 ' ' ' ' 1 111111111 1 111111111 1 1 1111
=
poliproteina gag
•
LTR
region repetida
') 9.719
=
proteina sor 23K
proteina 27K
poliproteina pol
proteina R o
proteina trs
proteina tat o - - - - - - - poliproteina env
ex6n o
ex6n D
LTR*
ex6n
ex6n
• regi6n repetida
c::=======:::J
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ARNm
transcrito
primario
HXB2
gen6mico
intr6n
Leyenda:
=
secuencia
codificante/intr6n/ex6n
setial poli-A
intr6n
=ARN
-
otras caracteristicas
rrmrrrrrl - 1.000-2.000 nt
* LTR = long tenninal repeat= secuencia terminallarga y repetida.
Figura 1.9 Un ejernplo del empleo de un ordenador para almacenar y procesar infmmaci6n digitalizada
de una secuencia de acido nucleico. Esta figura muestra un analisis de todas las pautas de lectura abiertas (open reading frames, ORFs en ingles) presentes en un provirus de VIH-1. Se muestran los ORFs
presentes en los tres genes principales de los retrovirus, gag, pol y env. Este complejo ana!isis dur6
solamente unos segundos con un ordenador personal corriente. De forma manual, este trabajo habria
costado varios dias.
y/o geneticos. No obstante, cuando la estructura de una proteina haya sido detem1inada por cristalografia de rayos X o RMN, su forma puede ser modelada y explorada en
tres dimensiones en computadores (Figura 1.1 0).
Figura 1.10 Estmctura tridimensional del dominio de union al ADN del antigeno T de SV40 reconstruido utilizando un ordenador a partir de datos obtenidos por resonancia magnetica nuclear (RMN).
Principios de virologfa molecular
Organismo
Virus de la hepatitis B
SV40
Virus herpes simplex
Mimivirus
Escherichia coli
Levadura
Caenorhabditis elegans
Drosophila
Arabidopsis
Raton
Hombre
Numero de genes
Porcentaje (%)de genes
con funcion conocida o deducida
4
6
80
900
4.288
6.600
19.000
14.000
25.000
100.000
100.000
75
100
95
10
60
40
40
25
40
10
10
Mientras que el genoma consiste en el acido nucleico que comprende la informacion
genetica completa de un organismo, por extension, «genomica» es el estudio de la composicion y funcion del material genetico de un organismo. La genomica de virus comenzo con la secuencia completa de un genoma viral (el bacteri6fago <j>Xl74 en 1977). Se
han recopilado enormes bases de datos con informacion de secuencias de nucleotidos y
de proteinas, y se puede acceder rapidamente a elias para comparar secuencias nuevas
con aquellas cuyas funciones han sido estudiadas con gran detalle. En el momento de
esta publicacion, se han publicado las secuencias completas de los genomas de al menos
1.500 virus diferentes, apareciendo mas casi cada semana (Tabla 1.1 ).
Hemos llegado, en cierto sentido, a recorrer un circulo completo en nuestras investigaciones sobre virus - de las particulas a los genomas y de vuelta a las proteinas- y
hemos tem1inado con un conocimiento mas profundo de estos organismos; sin embargo, el ritmo actual de la investigacion en virologia nos dice que hay mucho mas que
necesitamos saber.
BIBLIOGRAFiA
Alberts, B., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and
Walter, P. (2003). Essential Cell Biology. Garland Science, New York. ISBN
0815334818.
Cann, A.J. (1999). Virus Culture: A Practical Approach. Oxford University Press,
Oxford. ISBN 0199637148.
Hendrix, R.W. (2003) . Bacteriophage genornics. Current Opinion in Microbiology, 6:
506-511.
Kuby,J., Goldsby, R., Kindt, TJ., and Osborne, B. (2003). Immunology. W.H. Freeman,
NewYork. ISBN 0716749475.
lntroducci6n
Lesk, A.M. (2002). Introduction to Bioinformatics. Oxford University Press, Oxford.
ISBN 0199251967.
Lio, P. and Goldman, N. (2004). Phylogenornics and bioinformatics of SARS-CoV.
Trends in Microbiology, 12: 106-111.
Primrose, S.B., Twyman, R.M., and Old, R.W (2001). Principles of Gene Manipulation. Blackwell Scientific, London. ISBN 0632059540.
Rohwer, F and Edwards, R. (2002). The Phage Proteornic Tree: a genome-based
taxonomy for phage. Journal cf Bacteriology, 184: 4529-4535.
CAPiTULO
2
PARTiCULAS
Objetivos del aprendizaje
Tras completar este capitulo, ellector debeni ser capaz de:
• Comprender las razones por las que los virus codifican proteinas para construir
particulas.
• Identificar los principales tipos estructurales de particulas.
• Explicar por que las capsides viricas interaccionan tanto con la celula hospedadora
como con el genoma viral durante su replicaci6n.
FUNCION Y FORMACION DE LAS PARTiCULAS ViRICAS
Gran parte de la informacion sobre las estructuras viricas es fundamentalmente de
naturaleza visual y resulta dificil representarla impresa adecuadamente. En la Figura 2.1
se representan de manera aproximada las formas y los tamafios de diferentes familias de
VlfUS.
l,Por que molestarse en formar particulas viricas para contener el genoma? De hecho,
algunos agentes infecciosos, como los viroides, nolo hacen (ver Capitulo 8); sin embargo, el hecho de que los virus pugnen por la carga genetica y bioquimica necesaria para
codificar y ensamblar los componentes de las particulas, indica que esta estrategia debe
aportar algun beneficio. A un nivel muy simple, la funci6n de las capas mas superficiales
de una particula virica es proteger al fragil acido nucleico gen6mico de cualquier dafio
fisico, quirnico o enzimatico. Tras abandonar la celula hospedadora, el virus se encuentra
en un ambiente hostil, que facilmente podria inactivar un genoma desprotegido. Los
acidos nucleicos son susceptibles a los dafios fisicos, como roturas por fuerzas mecanicas, y a modificaciones por la luz ultravioleta (la luz solar). El medio ambiente natural
esta repleto de nucleasas derivadas de celulas muertas o lesionadas, o deliberadamente
El
Principios de virologia molecular
VirusADN
·
~J 0
,.:;,
-~
\~
.,. --
~
~-
Poxviridae
Papovaviridae
Asfarviridae
Parvoviridae
Herpesviridae
Adenoviridae
Virus con transcripci6n
inversa
Circoviridae
0
Hepadnaviridae
Retroviridae
Virus ARN
~
Reoviridae
Birnaviridae
Paramyxoviridae
Rhabdoviridae
(
Bornaviridae
)
Fi/oviridae
0
Orthomyxoviridae
Arteriviridae
Bunyaviridae
Picornaviridae
•
•
Arenaviridae
Caliciviridae
(Coronavirus)
(Torovirus)
Coronaviridae
Astroviridae
Togaviridae
Pie de figura
Flaviviridae
Partfculas
secretadas por vertebrados como defensa contra la infeccion. En los virus con genomas
de una sola cadena, la rotura de un simple enlace fosfodiester o la modificacion quimica
de un solo nucleotido es suficiente para inactivar esa particula virica, haciendo imposible
la replicacion de su genoma. (,Como se consigue la proteccion frente a todo esto? Las
subunidades proteicas de una capside virica son multiples y redundantes (es decir, existen muchas copias por particula). El dafio ocasionado a una o mas subunidades puede
afectar a su funcion, pero rara vez un dafio restringido destruye la infectividad de la
particula virica completa. Esto convierte a la capside en una barrera eficaz.
Las capas de proteina que rodean a la particula virica son muy resistentes, tan fuertes
como un plastico duro, como el Perspex® o el Plexiglas®, aunque, por supuesto son
solamente una milmillonesima parte de un metro mas o menos de diametro; sin embargo,
tambien son ellisticas y capaces de deformarse hasta un tercio sin romperse. Esta combinacion de fuerza, flexibilidad y tamafio pequefio significa que fisicamente es dificil (aunque no imposible) romper particulas viricas mediante presion fisica.
La superficie extema de un virus es tambien responsable del reconocimiento y la
primera interaccion con la celula hospedadora. Inicialmente, esto consiste en la union
especifica de una proteina virica de adhesion a una molecula receptora de la celula.
Sin embargo, la capside juega tambien un papel iniciando la infeccion al entregar el
genoma de una forma en que puede interaccionar con la celula hospedadora. En algunos
casos este es un proceso simple que consiste en descargar el genoma dentro del citoplasma de la celula. En otros casos, esta etapa es mucho mas compleja; por ejemplo, los
retrovirus llevan a cabo intensas modificaciones del genoma viral cuando todavia esta
dentro de la particula virica, convirtiendo dos moleculas de ARN de simple cadena en
una molecula de ADN de doble cadena, antes de conducirlo al nucleo celular. Por tanto,
el papel de la capside es vital para que los virus puedan establecer una infeccion.
Para conseguir formar particulas infecciosas, los virus deben superar dos problemas
fundamentales. Primero, tienen que ensamblar la particula utilizando la informacion disponible en los propios componentes que forman la particula. Segundo, las particulas
adquieren formas geometricas regulares, a pesar de que las proteinas de las que estan
fabricadas tienen formas irregulares. (,Como resuelven estos organismos tan simples estas dificultades? La solucion a ambos problemas radica en las leyes de la simetria.
SIMETRiA DE LA CAPSIDE Y ARQUITECTURA DE VIRUS
Es posible imaginar una particula virica cuya cubierta extema (la capside) consistiera en una sola proteina hueca, que al plegarse para adquirir su conformacion madura
Figura 2.1 Diagrama ilustrando las formas y tamaiios de virus de familias que incluyen pat6genos de
animales y de humanos. Los viriones estan dibujados a escala, aunque se han permitido licencias artisticas a! representar sus estructuras. En algunos se muestran las secciones de capside y envoltura, con la
representaci6n del genoma. Para los virus muy pequefios solo se representan los tamaiios y los tipos de
simetria. (Cortesia de F.A. Murphy, Facultad de Veterinaria, Universidad de California, Davis).
Principios de virologia molecular
atrapase el genoma virico en su interior. Esta soluci6n no puede suceder en la pnictica
por la siguiente raz6n. El hecho de que el c6digo genetico se exprese en tripletes significa que tres nucle6tidos (o pares de bases, en el caso de los virus con genomas de doble
cadena) son necesarios para codificar un aminoacido. Los virus no pueden, por supuesto,
utilizar un c6digo genetico altemativo mas econ6mico, porque no podria ser descifrado
por la celula hospedadora. Debido a que el peso molecular aproximado de un triplete de
nucleotidos es 1.000 y que el peso molecular medio de un solo aminoacido es 150, un
acido nucleico puede codificar solo una proteina que sea como mucho un 15% de su
propio peso; por lo tanto, las capsides viricas deben estar hechas de mllltiples moleculas
proteicas (constmccion con subunidades), y los virus tienen que resolver el problema de
como se organizan estas subunidades.
En 1957, Fraenkel-Conrat y Williams demostraron que, cuando se incuban juntas
mezclas de ARN purificado del vims del mosaico del tabaco (VMT) y proteina de la
capside, se forman particulas viricas. El descubrimiento de que las particulas viricas se
pueden formar espontaneamente a partir de subunidades pmificadas sin ninguna informacion extema indicaba que la particula se encontraba en un estado de energia libre
minima y que era por tanto la estmctura mas favorable para sus componentes. La estabilidad es una caracteristica importante de la particula virica. Aunque algunos vims son
muy fragiles y no pueden sobrevivir fuera de su celula hospedadora protectora, muchos
son capaces de persistir durante largos periodos, en algunos casos durante afios.
Las fuerzas que dirigen el ensamblaje de las particulas viricas son interacciones
hidrofobicas y electrostaticas; solo raramente intervienen enlaces covalentes en mantener unidas las multiples subunidades. En terminos biologicos, esto significa que se producen interacciones proteina-proteina, proteina-acido nucleico y proteina-lipido. Seria
honesto decir que los detalles de estas interacciones no se conocen bien en la mayoria de
las estmcturas viricas, pero ahora tenemos una buena comprensi6n de los principios
generales y de los motivos estructurales repetidos que parecen gobemar la construccion
de virus diversos y no relacionados. Estos se comentan a continuacion para las dos clases
principales de estructuras viricas: la simetria helicoidal y la icosaedrica.
Capsides helicoidales
El virus del mosaico del tabaco es el representante de una de las dos principales
clases estructurales que se observan en los virus, los de simetria helicoidal. La forma mas
simple de ordenar multiples subunidades proteicas identicas es utilizando la simetria
rotacional y ordenar las proteinas con formas irregulares alrededor de la circunferencia
de un circulo para formar un disco. Multiples discos pueden ser ap ilados uno encima del
otro para formar un cilindro, con el genoma virico recubierto por la cubierta proteica o
contenido en el centro hueco del cilindro. Los estudios de desnaturalizacion y de transicion de fase del VMT sugieren que esta es la forma que adquiere esta particula (ver
Capitulo 1).
Un examen mas detallado de la particula del VMT por cristalografia de rayos X revela que la estmctura de la c:ipside realmente consiste en una helice mas que en una pila de
Partfculas
discos. Una helice puede defmirse matematicamente por dos parametros: su amplitud
(diametro) y su inclinaci6n (la distancia recorrida por cada vuelta completa de la helice)
(Figura 2.2). Las helices son estructuras bastante simples que estan formadas por un
apilamiento de componentes repetidos con una relaci6n constante (amplitud e inclinaci6n) unos con otros. Debe tenerse en cuenta que si estas simples condiciones se rompen,
se forma una espiral en vez de una helice, y esta espiral es bastante poco adecuada para
contener un genoma virico. En terminos de subunidades proteicas individuates, las helices se describen por el numero de subunidades por giro de la he lice, f.l, y por el incremento axial por subunidad, p; por tanto, la inclinaci6n de una he! ice, P, es igual a:
P = f.l Xp
Para el VMT, f.l = 16,3; es decir, existen 16,3 moleculas de cubierta proteica por
giro de la helice, y p = 0,14 nm. Por lo tanto, la inclinaci6n de la heiice del VMT es
16,3 x 0,14 = 2,28 nm.
Las particulas del VMT son estructuras rigidas en forma de varilla, pero algunos virus
helicoidales muestran una flexibilidad considerable, y las particulas viricas helicoidales
mas largas a menudo estan curvadas o dobladas. Flexibilidad es probablemente un atri-
Inclinaci6n de la belice
P =2,28 nm
11 =16,3
(subunidades/vuelta de helice)
- - -.- p=0,14 nm
-J- ·Incremento
axiaVsubunidad
Figura 2.2 El virus del mosaico del tabaco (VMT) tiene una capside que consiste en muchas moleculas de una proteina ordenada en una sola capa manteniendo una relaci6n constante, formando una helice
con una inclinaci6n de 2,28 A.
Principios de virologia molecu lar
buto importante. Las particulas helicoidales largas estan probablemente sometidas a fuerzas
de ciza11amiento, y su habilidad por doblarse reduce la probabilidad de rotura o dafio.
Que la simetria helicoidal es una forma eficaz de crear una particula a partir del
ordenamiento de una sola subunidad proteica se ve confirmado por el hecho de que un
gran numero de diferentes tipos de virus ha evolucionado con este tipo de organizaci6n
de la capside. Entre las capsides helicoidales mas sencillas se encuentran las de los conocidos bacteriOfagos de la familia lnoviridae, como M13 y fd . Estos fagos tienen unos
900 nm de longitud y 9 nm de diametro, y las particulas contienen cinco proteinas (Figura 2.3). La principal proteina de la cubierta es un producto del gen fagico 8 (g8p) y
existen de 2.700 a 3.000 copias de esta proteina por particula,junto con aproximadamente 5 copias de cada una de las cuatro proteinas minoritarias de la capside (g3p, g6p, g7p
y g9p) localizadas en los extremos de la particula filamentosa. La estructura primaria de
la proteina principal de la cubierta g8p explica muchas de las propiedades de la particula.
Las moleculas maduras de g8p consisten en unos 50 aminoacidos (una secuencia sefial
de 23 aminoacidos es escindida de una proteina precursora durante su translocaci6n a la
membrana extema de la bacteria hospedadora) y su estructura es casi completamente en
g6p
g3p (proteina de adhesi6n al pilus F)
Figura 2.3 Representaci6n esquematica de una particula del fago Ml3 de Enterobacterias (Inoviridae).
La proteina principal de la cubierta g8p se ordena helicoidalmente, con las subunidades solapandose
como las escamas de un pez. Otras proteinas de Ia capside requeridas para Ia actividad biol6gica del
virion se loca1izan en ambos extremos de .la particula. El inserto muestra las interacciones hidrof6bicas
entre los mon6meros de g8p (region sombreada).
Partlculas
a -helice, de manera que la molecula forma una corta varilla. Existen tres dominios
distintos en esta varilla. Una region cargada negativamente en el extremo amino-terminal que contiene aminoacidos acidos forma la superficie hidrofilica de la particula
virica, y una region basica, cargada positivamente, en el extremo carboxi-terminal reviste el interior del cilindro proteico adyacente al ADN genomico, cargado negativamente. Entre estas dos regiones existe una region hidrofobica que es responsable de
las interacciones entre las subunidades g8p que permiten la formacion de la particula
fagica y la estabilizan (Figura 2.3). Las particulas de inovirus se mantienen unidas por
las interacciones hidrofobicas entre las subunidades proteicas de Ia cubierta, como se
demostro por el hecho de que las particulas se deshacen en presencia de cloroformo, a
pesar de que no contienen ningun componente lipidico. Las subunidades g8p en las
sucesivas vueltas de la helice se entrelazan con las subunidades de las vueltas inferiores y se inclinan en un angulo de aproximadamente 208° respecto al eje longitudinal de
Ia particula, solapandose unas con otras como las escamas de un pez. El valor de f..l
(subunidades proteicas por vuelta completa de la Mlice) es 4,5 y p (incremento axial
por subunidad) = 1,5 nm.
Debido a que el ADN del fago se empaqueta en el interior de la particula helicoidal,
la longitud de la particula depende de la longitud del genoma. En todas las preparaciones de inovirus se encuentranpo/ifagos (que contienen mas de una longitud de genoma
de ADN), minifagos (formas abortivas que contienen 0,2-0,5 longitudes de genoma de
ADN) y maxifagos (formas geneticamente defectivas que contienen mas de una longitud
de genoma de ADN). La plasticidad de estas particulas filamentosas ha sido aprovechada
por los biologos moleculares para convertir el genoma del fago M13 en un vector de
clonacion. La insercion de un ADN extrafio en este genoma resulta en particulas fagicas
recombinantes que son mas largas que los filamentos silvestres. A diferencia de la mayoria de los virus, no existe un limite estricto en la longitud del genoma de ADN que puede
ser empaquetado en la particula; sin embargo, conforme el tamafio del genoma de M13
aumenta, su eficacia de replicacion disminuye. Mientras que los genomas de fagos recombinantes 1 a 10% mas largos que el tipo silvestre no muestran desventajas significativas, los que tienen 10 a 50% mas longitud que el tipo Silvestre replican significativamente mas despacio. Con incrementos superiores al 50% del genoma normal se hace
progresivamente mas dificil aislar fagos recombinantes.
La estructura de Ia capside de inovirus explica tambien los sucesos que ocurren despues de la infeccion de celulas bacterianas hospedadoras adecuadas. Los fagos inovirus
son especificos de celulas masculinas (es decir, requieren la presencia del pilus F en la
superficie de Escherichia coli para poder infectar). El primer evento en la infecci6n es la
interacci6n entre g3p localizado en un extremo del filamento junto con g6p y el extremo
del pilus F. Esta interacci6n provoca un cambio confmmacional en g8p. Inicialmente su
estruchrra cambia de ser 100% a -Mlice a 85% a-helice, causando un acortamiento del
filamento. El extremo de la parti cula adherido al pilus F se abre, exponiendo el ADN del
fago. Posteriormente un segundo cambio conformacional en las subunidades g8p reduce
su contenido de a -helice del 85% al 50%, provocando que la pmiicula fagica forme un
hueco esferoidal de unos 40 nm de diametro y expeliendo el ADN fagico, iniciando la
infeccion en la celula hospedadora.
Principios de virologia molecular
Muchos virus de plantas muestran simetria helicoidal (Apendice 2). Estas particulas
oscilan desde aproximadamente 100 nm (tobravirus) hasta unos 1.000 nm (closterovirus)
de longitud. El ejemplo mejor estudiado, como ya se ha indicado anteriormente, es el
VMT del grupo tobamovirus. No esta claro por que tantos miembros de este grupo han
adoptado esta estructura, pero podria estar relacionado bien con la biologia de la celula
vegetal hospedadora o bien con la forma en que se transmiten de unos huespedes a otros.
No existen virus animales helicoidales desnudos (es decir, no envueltos). De nuevo,
este hecho posiblemente refleje aspectos de la biologia de la celula hospedadora 0 de la
transmisi6n de los virus, pero las razones no estan claras. Un gran numero de virus animales se basan en la simetria helicoidal, pero todos constan de una envoltura lipidica
externa (ver mas adelante). Existen demasiados virus con esta estructura para ser citados
individualmente, pero esta categoria incluye muchos de los pat6genos humanos mas
conocidos, como los virus gripales (Orthomyxoviridae), virus de la parotiditis y virus del
sarampi6n (Paramyxoviridae) y virus de la rabia (Rhabdoviridae). Todos ellos poseen
genomas de ARN se una sola cadena, de polaridad negativa (ver Capitulo 3). El disefio
molecular de todos estos virus es similar. El acido nucleico viral y una proteina basica
con afinidad por el acido nuclei co se condensan juntos en la celula infectada para formar
una nucleocapside helicoidal. Este complejo ARN-proteina sirve para proteger al fragil
genoma viral de dafios quimicos y fisicos, y en algunos casos provee tambien otras funciones asociadas con la replicaci6n viral. La envuelta y sus proteinas asociadas derivan
de membranas de la celula hospedadora y se afiaden a la nucleocapside del virus durante
la replicaci6n (ver Capitulo 4).
Algunos de estos virus animales, helicoidales y envueltos, son relativamente simples
en su estructura; por ejemplo el virus de la rabia y el muy similar virus de la estomatitis
vesicular (VSV) (Figura 2.4). Estos virus estan construidos alrededor del ARN genomico
de polaridad negativa, que en los rhabdovirus tiene unos 11.000 nucle6tidos (11 kilobases
[kb]) de longitud. El genoma de ARN y la proteina basica de la nucleoproteina (N) interaccionan para formar una estructura helicoidal con una inclinaci6n de aproximadamente 5 nm, que, junto con otras dos proteinas, L y NS (que constituyen la ARN polimerasa;
ver Capitulo 4), conforman el nucleoide o core de la particula virica. Existen de 30 a 35
vueltas de la helice de la nucleoproteina en el core, que mide unos 180 nm de longitud y
80 nm de diametro. Los mon6meros individuales de la proteina N tienen aproximadamente 9 x 5 x 3 nm, y cada uno cubre unos nueve nucle6tidos del ARN gen6mico. Como
en el caso de las particulas de fagos filamentosos descritas anteriormente, el papel de la
proteina N es estabilizar el ARN gen6mico y protegerlo de dafios fisicos, quimicos y
enzimaticos. Igual que en la mayoria de los virus envueltos, la nucleocapside esta rodeada de una capa amorfa que interacciona tanto con el core como con la envuelta lipidica,
estableciendo un nexo entre ambos. Esta capa se denomina matriz. La proteina matriz
(M) es usualmente lamas abundante de la particula virica; por ejemplo, existen aproximadamente 1.800 capias de la proteina My unas 1.250 capias de la proteina N en las
particulas de VSV. La envuelta lipidica y sus proteinas asociadas seran comentadas mas
adelante con mas detalle.
Es evidente que muchos virus de diferentes grupos han evolucionado en torno a la
simetria helicoidal. Virus simples con pequefios genomas utilizan esta arquitectura para
Partfculas
___ Proteina de nucleocapside (N)
-~
Proteina matriz (M)
Figura 2.4 Las particulas de rabdovirus, como el virus de Ia estomatitis vesicular, tienen una
nucleocapside helicoidal intema rodeada de una envuelta lipidica extema y sus proteinas asociadas.
ofrecer proteccion a sus genomas sin necesidad de codificar multiples proteinas de capside.
Particulas viricas mas complejas utilizan esta estructura como la base de la particula,
para elaborar sabre ella capas adicionales de proteina y lipido.
Capsides icosaedricas (isometricas)
Una forma altemativa de construir una capside virica es organizar las subunidades
proteicas en forma de una estructura hueca cuasiesferica, encerrando el genoma en ella.
Este criteria de ordenar las subunidades en la superficie de un cuerpo solido es un poco
mas complejo que construir una helice. En teoria, se pueden construir diversos cuerpos
solidos con subunidades repetidas; par ejemplo, un tetraedro (cuatro caras triangulares),
un cuba (seis caras cuadradas), un octaedro (ocho caras triangulares), un dodecaedro
(dace caras pentagonales), y un icosaedro, un cuerpo solido constituido par 20 caras
triangulares organizadas alrededor de la superficie de una esfera (Figura 2.5).
A comienzos de los 60, el examen directo al microscopic electronico de pequefios
virus «esfericos» revelo que en realidad tenian simetria icosaedrica. A primera vista, no
resulta obvio por que este patron fue escogido por distintos grupos de virus; no obstante,
aunque en teoria es posible construir virus con capsides basadas en organizaciones si-
Principios de virolog fa molecular
metricas mas sencillas, como tetraedros o cubos, existen razones practicas por las que
esto no ocurre. Como se explico antes, es mas economico en terminos de capacidad
genetica disefiar una capside basada en muchas subunidades proteicas identicas y repetidas que en pocas subunidades grandes. Es improbable que un simple tetraedro constituido por cuatro moleculas proteicas identicas sea lo suficientemente grande como para
incluso contener al mas pequefio genoma viral. AU.n si lo fuese, es probable que los
huecos entre las subunidades fuesen tan grandes, que la particula resultase agujereada y
fracasase en su principal funcion de proteger al genoma viral.
Con el objeto de construir una capside con subunidades repetidas, un virus debe «saber» las reglas que establecen como deben organizarse estas. Para un icosaedro , las
reglas se basan en la simetria rotacional de un solido, conocida como simetria 2-3-5, que
tiene las siguientes caracteristicas (Figura 2.5):
•
•
•
Un eje de simetria rotacional doble a traves del centro de cada arista.
Un eje de simetria rotacional triple a traves del centro de cada cara.
Un eje de simetria rotacional quintuple a traves del centro de cada vertice.
Debido a que las moleculas proteicas tienen formas inegulares y no son tri{mgulos
equilateros regulares, la capside helicoidal mas simple se construye utilizando tres subunidades identicas para formar cada cara triangular. Esto significa que son necesarias 60
Ejes dobles
de rotaci6n
~:::::-:;/---\\-:::,.....
Ejes triples
de rotaci6n
Ejes quintuples
de rotaci6n
{=1
f=2
f=3
Figura 2.5 Ilustraci6n de la simetria 2-3-5 de un icosaedro. Icosaedros mas complejos (de rangos
superiores) pueden definirse por el numero de triangulaci6n de la estructura, T= f 2 x P. Los icosaedros
regulares tienen caras constituidas por triangulos equilateros y se forman cuando el valor de Pes 1 6 3.
Todos los demas valores de P dan Iugar a estructuras mas complejas con una distorsi6n hacia Ia izquierda o hacia Ia derecha.
Particulas
subunidades identicas para construir una capside completa. Unos pocos virus sencillos
se construyen de este modo; por ejemplo, bacteriOfagos de la familia Microviridae,
como <j>X174. Durante el ensamblaje de este bacteri6fago se forma una particula precursora vacia llamada procapside. El ensamblaje de la procapside requiere la presencia de
dos proteinas andamio (<<Scaffolding proteins») que son componentes estructurales de la
procapside, pero que no se encuentran en el virion maduro.
En la mayoria de los casas, el analisis revela que las capsides icosaedricas viricas contienen mas de 60 subunidades, por las razones de economia genetica antes comentadas.
Esto representa una dificultad. Un icosaedro regular, compuesto de 60 subunidades identicas, es una estructura muy estable, porque todas las subunidades estan unidas de una
forma equivalente (es decir, muestran la misma distancia relativa unas respecto a otras y
cada una ocupa un estado de minima energia libre). Con mas de 60 subunidades es imposible que todas esten ordenadas de una forma totalmente sirnetrica, con uniones equivalentes
con todas las subunidades vecinas, ya que un icosaedro regular verdadero consta s6lo de 20
subunidades. Para resolver este problema Caspar y Klug propusieron en 1962 la idea de la
cuasiequivalencia. Su idea fue que las subunidades en casi el mismo ambiente local establecen enlaces casi equivalentes con sus vecinas, permitiendo el autoensamblado de
capsides icosaedricas a partir de multiples subunidades. En el caso de estos icosaedros de
rango superior, la simetria de la particula viene definida por el numero de triangulacion
del icosaedro (Figura 2.5). El numero de triangulaci6n, T, se define por la ecuaci6n:
donde f es el numero de subdivisiones de cada lado de la cara triangular, y j 2 es el nlimero
de subtriangulos en cada cara; P = h2 + hk + JC2, donde h y k son numeros enteros cualquiera, no negativos y distintos. Esto significa que los valores de T corresponden ala serie 1, 3,
4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 25, 27, 28, etc. Cuando P = 1 6 3, se forma un icosaedro regular.
Todos los demas valores de P dan lugar a icosaedros de la clase «distorsionada», en los que
los subtriangulos que forman el icosaedro no estan simetricamente ordenados con respecto
allado de cada cara (Figura 2.6). Se han deterrninado las estructuras detalladas de particulas viricas icosaedricas con T = 1 (Microviridae; por ej., <j>X174), T = 3 (muchos virus
ARN de animales, plantas e insectos; ver mas adelante), T = 4 (Togaviridae ), T = 7 (las
cabezas de bacteriOfagos con cola como A.). Las particulas viricas con numero~ de triangulaci6n aun mayores usan diferentes clases de ensamblajes de subunidades para las
caras y los vertices del icosaedro y tienen proteinas de andamiaje intemas que acruan de
armaz6n. Estas dirigen el ensamblaje de la capside, tipicamente uniendo subensamblajes
preformados de proteinas (ver la discusi6n sabre <j>X174). Variaciones en el tema de la
simetria icosaedrica se producen constantemente en las particulas viricas. Por ejemplo,
las particulas de geminivirus consisten en un par fusionado de icosaedros T = 1, unidos
donde un pentamero esta ausente de cada icosaedro (de ahi su nombre, de los gemelos de
la mitologia griega Castor y Pollux). Las particulas de geminivirus constan de 110 subunidades proteicas y de una molecula de ADN monocatenario de sentido positivo de ~2,7
kb (Capitulo 3). Se observan frecuentemente elementos con simetria icosaedrica como
componentes de mayores ensamblajes de proteinas (ver Estructuras complejas).
Prin cipios de virolog ia molecular
T
Figura 2.6
=
1 (h,k)
=
(1,0)
T
=
3 (h,k)
=
(1,1)
T
=
4 (h,k)
=
(2,0)
Icosaedros con numeros de triangulaci6n 1, 3 y 4.
Las ca_psides de picornavirus (Picornaviridae) proporcionan un buen ejemplo de la
construcci6n de particulas viricas icosaedricas. En los ultimos afios se ha determinado la
estructura at6mica de las ca.psides de diferentes picornavirus, como los tipos 1 y 3 de
poliovirus (PV1 y PV3), el virus de la fiebre aftosa y el rinovirus humano 14 (RVH-14),
entre otros. De hecho, la estructura de estos virus es marcadamente similar a la de otros
virus no relacionados, como los virus de insectos de la familia Nodaviridae y los virus de
plantas del grupo comovirus. Todos ellos tienen capsides icosaedricas de aproximadamente 30 nm de diametro con un mimero de triangulacion T= 3 (Figura 2. 7). La cap side
Figura 2.7 Las particulas de picornavirus son estructuras icosaedricas con nfunero de triangulaci6n
T = 3. Tres proteinas viricas (VPl, 2 y 3) constituyen la superficie de Ia particula. Una cuarta proteina,
VP4, no esta expuesta en la superficie del virion, pero esta presente en cada una de las 60 unidades
repetidas que integran la capside.
Particulas
se compone de 60 subensamblajes repetidos de proteina, cada uno conteniendo a su vez
tres subunidades, VP 1, VP2 y VP3. Esto significa que existen 60 x 3 = 180 monomeros
en la superficie de una particula de picornavirus. Las tres proteinas se basan en una
estructura similar, consistente en 150 a 200 aminoacidos en lo que se ha descrito como
«un barril~ de ocho cadenas antiparalelas» (Figura 2.8). Esta subunidad estructural se ha
encontrado en todas las capsides de virus ARN con un T = 3 que se han analizado hasta
ahora (por ej., picornavirus, comovirus, nepovirus), lo que posiblemente sea reflejo de
una relacion evolutiva entre distintas familias de virus.
El conocimiento de la estructura de capsides T = 3 tambien revela informacion sobre
la forma en que se han ensamblado y la funcion de la capside madura. Las capsides de
picornavirus contienen cuatro proteinas estructurales. Ademas de las tres proteinas principales VPl-3 antes mencionadas, existe una cuarta proteina pequefia, VP4. Esta se localiza predominantemente en el interior de la capside, y no queda expuesta en la superficie
de la particula. El modo en que se procesan las cuatro proteinas de la capside a partir de
la poliproteina inicial (ver Capitulo 5) se conoce hace tiempo de los estudios bioquimicos con celulas infectadas por picornavirus (Figura 2.9). VP4 resulta de la digestion de la
VPO precursora en VP2 + VP4 en la fase ultima del ensamblaje, y sufre una miristilacion
en su extremo amino-terminal (es decir, es modificada tras la traduccion por el enlace
covalente de acido miristico, un acido graso insaturado de 14 atomos de carbono). Cinco
monomeros de VP4 forman un micelio hidrofobico que dirige el ensamblaje de un conjunto pentamerico. Existe la evidencia bioquimica de que estos pentameros, que fonnan
los vertices de la capside madura, son un precursor importante en el ensamblaje de la
particula; por ello, la quimica, la estructura y la simetria de las proteinas que conforman
la capside de picornavirus revelan como se lleva a cabo el ensamblaje.
Debido a las importantes enfermedades que producen en el ser humano, los
picornavirus han sido estudiados intensamente por los virologos. Este interes ha originado un flujo de conocimientos sobre estos virus de estructura sencilla. El conocimiento
detallado sobre la estructura y la geometria de la superficie de los rinovirus ha revelado
Superficie externa de Ia particula vi rica
~
~====dlo=""
a = Mlice
==t>
~=lamina
Figura 2.8 Subunidad estructural en «barril
capsides incosaedricas T = 3 de virus ARN.
Pde ocho cadenas antiparalelas» encontrada en todas las
Principios de virologia molecular
!
Pl
!
Poliprotefna naciente
Escisi6n autocatalitica
I
Prot6mero
Proteasa (3CO)
Virion maduro
(1558, antfgeno M)
©
~
~
!
Proteasa (3CD)
~
~
Promotor-i
(antfgeno 58)
Figura 2.9
Pentamero
(antfgeno 148)
Proviri6n
(antfgeno N)
Procesamiento proteolitico de las proteinas de capside de picomavirus.
mucho acerca de su interaccion con las celulas hospedadoras y con el sistema inmunitario. En los ultimos afios se ha aprendido mucho, no solo sobre estos virus, sino tambien
sobre la identidad de su receptor celular, ICAM-1 (ver mas adelante y Capitulo 4). Ademas, se ha dilucidado la estructura inrnunologica de varias particulas de picornavirus. Se
han publicado varios estudios que han aplicado anticuerpos monoclonales para mapear
sitios antigenicos en la secuencia aminoacidica primaria del virus, estudiando su reactividad con virus mutantes o empleando peptidos sinteticos para bloquear su union. La
informacion obtenida de estos experimentos se ha utilizado para identificar diversos sitios de neutralizacion por anticuerpos en la superficie de la particula virica. Algunos de
ellos conesponden a regiones lineales contiguas de la secuencia primaria de aminoacidos de las proteinas de la capside; otros, conocidos como sitios conformacionales, resultan de tramos separados de aminoacidos que se aproximan en el virion maduro. Con la
resolucion detallada de las estructuras de la capside de picornavirus, estas regiones han
sido identificadas fisicamente en la superficie de la particula. Conesponden sobre todo a
bucles hidrofilicos expuestos de secuencias de aminoacidos, facilmente accesibles para
la union con anticuerpos y que estan repetidos en cada subensamblaje pentamerico de la
capside. Ahora que se conocen los requerimientos fisicos de estos sitios antigenicos, esta
informacion esta siendo utilizada para manipularla artificialmente, incluso para construir
«quimeras antigenicas» con las propiedades estructurales de un virus pero expresando
sitios antigenicos cruciales de otro. Con la aplicacion de las henamientas actuales de
disefio asistidas por ordenador, es probable que mejore la eficacia en el disefio y la construccion de este tipo de quimeras. De hecho, es probable que estos virus compuestos se
conviertan en las vacunas del futuro.
Particulas
VIRUS ENVUELTOS
Basta ahora, este capitulo se ha centrado en la estructura de pmticulas viricas «desnudas», es decir, aquellas en las que las proteinas de la capside estan expuestas al ambiente
exterior. Estos virus se producen en celulas infectadas al fmal del ciclo replicativo, cuando
las celulas mueren, se lisan y liberan los viriones que se han construido en su interior. Esta
simple estrategia tiene inconvenientes. En algunas circunstancias, es poco econ6mica, provocando la muerte prematura de la celula, y reduce las posibilidades de desarrollar infecciones persistentes o latentes; por ello, muchos virus han ideado estrategias para llevar a
cabo su salida de la celula infectada sin causar su destrucci6n total. La dificultad que esto
presenta radica en el hecho de que todas las celulas vivas estan cubiertas por una membrana compuesta por una bicapa lipidica. La viabilidad de la celula depende de la integridad de
esta membrana. Los virus que abandonen la celula deben, por tanto, permitir que siga
intacta. Esto se consigue mediante la salida de las particulas por (gemacion) a traves de la
membrana, proceso durante el cual seven rodeadas de una envuelta lipidica derivada de la
membrana de la celula hospedadora y con una composici6n similar a ella (Figura 2.10).
Los virus han convertido tambien esta necesidad en una ventaja. La estructura subyacente bajo la envuelta puede basarse en simetria helicoidal o icosaedrica y puede estar
fonnada antes o formarse mientras el virus abandona la celula. En la mayoria de los
casos, los virus envueltos utilizan las membranas celulares como ubicaciones en las que
dirigir su ensamblaje. Para muchos virus, la formaci6n de las particulas dentro de Ia
celula, su maduracion y liberacion supone un proceso constante. No todos utilizan Ia
membrana citoplasmatica; muchos emplean otras membranas celulares como el aparato
de Golgi; otros, como los herpesvirus, que replican en el nucleo, pueden utilizar la membrana nuclear. En estos casos, el virus es transportado a alglin tipo de vacuola, en la cual
es transportado a la superficie celular y posterimmente liberado. Estos aspectos se comentan con mas detalle en el Capitulo 4.
Si la particula virica fuese recubierta por una bicapa lipidica lisa e intacta, esto seria su
perdici6n. Tal cobe1tura seria efectivamente inerte, y, aunque eficaz como capa protectora
evitando la desecaci6n o dafios enzimaticos a la pruticula, no permitiria el reconocimiento
de moleculas receptoras en la celula hospedadora. Por lo tanto, los virus alteran las envueltas lipidicas mediante la sintesis de diversas clases de proteinas que se asocian por una
de tres vias ala envuelta (Figura 2.11). Estas pueden resumirse de la siguiente forma:
•
•
Proteinas matriz. Son proteinas intemas del virion cuya funci6n es enlazar eficazmente el conjunto de la nucleocapside intema con la envuelta. Tales proteinas no
estim generalmente glicosiladas y a menudo son muy abundantes; por ejemplo, en los
retrovirus constituyen aproximadamente el 30% del peso total del virion. Algunas
proteinas maniz contienen dominios de anclaje transmembrana, otras se asocian con
la membrana a traves de parches hidrof6bicos en su superficie o por interacciones
proteina-proteina con glicoproteinas de la envuelta.
Glicoproteinas. Estas proteinas transmembrana estan ancladas a la membrana por un
dominio hidrof6bico y pueden subdividirse en dos tipos seglin su funci6n. Las
glicoproteinas extemas estan ancladas a la envuelta por un solo dominio transmem-
Principios de virolog ia molecular
Envuelta
.
~~'\
m
.: ) .~YD
~-
Nucleocapside
I
~~
Proteinas de Ia
celula hospedadora
Glicoproteinas
virales
Matriz
~
MADURACION
~
LIBERAC ION
1
GEMACION
Membrana celular
Proteina de
nucleocapside
viral
matriz
Figura 2.10 Las particu las viricas envueltas se forman por gemaci6n a traves de una membrana de la
celula hospedadora, proceso durante el que se ven rodeadas de una bicapa lipidica derivada de la membrana celular. En algunos virus, el ensamblaje y la gemaci6n ocurren simult{meamente, mientras que en
otros un core preformado empuja a traves de la membrana.
brana. La mayoria de la estructura de la proteina esta en el exterior de la membrana,
con un cola interna relativamente corta. A menudo, los mon6meros individuates se
asocian para formar las «espiculas» que resultan visibles al microscopic electr6nico
en la superficie de muchos virus envueltos . Dichas proteinas son los principales
antigenos de los virus envueltos. La glicosilaci6n puede ser bien N-o bien O-glicosilaci6n, y muchas de estas proteinas estan intensamente glicosiladas; basta un 75% del
peso de la proteina pueden ser grupos carbohidrato afiadidos post-traduccionalmente.
Particu las
~ Canal transportador
Envuelta lipidica
Proteinas matriz
Glicoproteina (<<espicula>> de trimero)
/
Nucleocapside
Puentes disulfuro
<<Colas>> internas interaccionan con proteinas matriz
\:~, / Proteina transmembrana
Glicoproteina externa
b
Figura 2.11 Varias clases de proteinas se asocian con las envueltas viricas. Proteinas matriz relacionan la envuelta con el core de Ia particula. Las glicoproteinas codificadas por el virus que se insertan en
Ia envuelta tienen diversas funciones. Las glicoprotefnas extemas son responsables del reconocimiento
del receptor y de su union a el, mientras que las proteinas transmembrana act:Uan como canales transportadores a traves de Ia envuelta. A veces tam bien se encuentran proteinas derivadas de Ia celula hospedadora
asociadas con !a envuelta, generalmente en peque5as cantidades.
Estas proteinas son a menudo los principales antigenos de los virus envueltos y proporcionan puntas de contacto con el ambiente extemo, desempefiando frecuentemente diversas funciones importantes; por ejemplo, la hemaglutinina de los virus gripales
es necesaria para union al receptor, fusion de membranas y hemaglutinacion. Las
proteinas de canales de transporte contienen numerosos dominios transmembrana
hidrofobicos que forman un canal recubierto de proteinas a traves de Ia envuelta. Esto
permite al virus alterar la permeabilidad de la membrana (por ej., canales ionicos).
Estas proteinas son importantes pues modifican el ambiente intemo del virion, permitiendo o incluso dirigiendo cambios necesarios para la maduracion de la particula
y el desarrollo de infectividad (por ej., proteina M2 de virus influenza).
Mientras que existen muchos virus envueltos de vertebrados, solo unos pocos virus de
plantas tienen envueltas Jipidicas. La mayoria de ellos pertenecen ala farniliaRhabdoviridae,
cuya estructura ha sido ya comentada (ver Simetria helicoidal). Ademas de los rhabdovirus
de plantas, solo unos pocos bunyavirus que infectan plantas y miembros del genero
Tospovirus tienen envueltas lipidicas. La relativa escasez de virus envueltos en los vegetales probablemente refleje aspectos de la biologia de la celula hospedadora, en particular los
referentes a los mecanismos de Iiberacion de los virus de las celulas infectadas, que re-
Principios de virologfa molecular
quieren una brecha en la rigida pared celular. Esta restricci6n no se aplica a los virus de
organismos procariotas, en los que existen varias familias de virus envueltos (por ej.,
Cystoviridae, Fuselloviridae, Lipothrixviridae y Plasmaviridae).
VIRUS DE ESTRUCTURA COMPLEJA
La mayoria de los virus pueden encuadrarse en una de las tres clases estructurales
antes resumidas (es decir, aquellos con simetria helicoidal, simetria icosaedrica o virus
envueltos); sin embargo, existen muchos virus cuya estructura es mas compleja. En estos casos, aunque a menudo se emplean los principios generales de simetria ya descritos
para construir prute de la cubierta del virus (este termino resulta aqui apropiado pues
estos virus a menu do tienen varias capas de proteinas y lipidos ), los virus mas g1·andes y
complejos no pueden ser definidos simplemente por una ecuaci6n matematica, como una
sencilla helice o un icosaedro. Debido ala complejidad de algunos de estos virus, han
desafiado los intentos por determinar sus estructuras at6micas detalladas utilizando las
tecnicas descritas en el Capitulo 1.
Un ejemplo de ellos son los Poxviridae. Estos virus son particulas ovales o «en forma
de ladrillo» de 200 a 400 nm de longitud. De hecho, estas particulas son tan grandes que
fueron observadas por vez primera en 1886 en linfa vacunal, utilizando microscopios
6pticos de alta resoluci6n, y fueron considerados en aquel momento esporas de micrococos.
La superficie extema del virion esta marcada con lineas paralelas, a veces ordenadas en
forma helicoidal. Estas particulas son muy complejas y se ha visto que contienen mas de
100 proteinas diferentes (Figura 2.12). Durante su replicaci6n se observan dos formas de
particulas: extracelulares que contienen dos membranas y particulas intracelulares que
s6lo tienen una membrana intema. Los poxvirus y otros virus con estructura compleja
(como el virus de la fiebre porcina africana) obtienen sus membranas de forma diferente
.
Envuelta externa
Tubulos en superficie ~---
"-...
- -e
Cuerpo lateral
\ .
/ •
Capa en empalizada
•
•
•
•
• •
Envuelta del
core
•
•
Figura 2.12 Las particulas de Poxvirus son los virus mas complejos conocidos y contienen mas de
100 proteinas de codificaci6n virica, organizadas en una variedad de estructuras intemas y extemas.
Particulas
a los virus envueltos «simples» como los retrovirus o virus influenza. En vez de salir por
gemaci6n en la superficie celular o en un compartimento intracelular, adquiriendo asi
una sola membrana, estos virus complejos son envueltos por el reticulo endoplasmatico,
adquiriendo dos capas de membrana (Figura 2.13).
Observadas bajo el microscopio electr6nico las fmas secciones de poxvirus revelan
que la superficie extema del virion se compone de lipidos y proteinas. Esta capa rodea al
core o nucleoide, que es bic6ncavo (en forma de pesas), y a dos «cuerpos laterales» cuya
func i6n es desconocida. El core se compone de una nucleoproteina fuertemente comprimida y del genoma de ADN bicatenario que esta enrollado a su alrededor. Antigenicamente
los poxvirus son muy complejos, induciendo tanto anticuerpos especificos como productores de reacciones cruzadas, de ahi que sea posible vacunar contra una enfermedad con
otro virus (por ej ., el uso del virus vacuna para inrnunizar contra Ia viruela). Los poxvims
y cierto numero de otros virus complejos tambien enfatizan Ia verdadera complejidad de
algunos virus; existen al menos diez enzimas presentes en las particulas de poxvims, la
mayoria implicadas en el metabolismo del acido nucleico y en la replicaci6n del genoma.
Los poxvims constituyen las particulas mas complejas conocidas, y a pesar de que ya
se ha determinado la secuencia nucleotidica completa de varios representantes de esta
familia (ver Capitulo 3), no se ha logrado aun elucidar completamente la estmctura de
estas particulas. Este es un caso extremo en virologia, incluido aqui como contrapunto a
la descripci6n de algunos de los virus mas sencillos ofrecida antes. En otros casos, la
estmctura de la particula de virus complejos se ha investigado mucho mas completamen-
(a)
•
•
•
•
(b)
Figura 2.13 (a) Los virus envueltos simples adquieren su envuelta de una sola capa a! sa!ir por gemaci6n a traves de la superficie celular o en el interior de compartimentos intracelulares. (b) Los virus
envueltos comp!ejos adquieren multiples capas al verse envueltos por el reticulo endoplasmatico o por
otras membranas celulares.
Principios de virologia molecu lar
te. Uno de los principales ejemplos de tales virus son los fagos con cola de enterobacterias. El orden Caudovirales comprende las familias Myoviridae, Siphoviridae y
Podoviridae, ha sido intensamente estudiado por razones excelentes; estos virus se propagan facilmente en bacterias, se pueden obtener en titulos elevados y se purifican con
facilidad, permitiendo los estudios bioquimicos y estructurales. La cabeza de las particulas consiste esencialmente en una cubierta icosaedrica con una simetria T = 7 que se une
a traves de un collar a una cola helicoidal reh·actil. En el extrema de la cola hay un disco
que interviene en la adhesion a la celula bacteriana y tambien en la penetracion a traves
de la pared celular bacteriana por medio de enzimas del tipo de lisozima asociadas con el
disco. Ademas de estas estructuras, unas finas fibras protei cas se unen al disco y, junto
con este, participan en la union a receptores en la pared de la celula huesped. La
estructura de estos fagos es realmente bastante mas compleja que esta simple descripcion; por ejemplo, en la cabeza existen varias proteinas intemas y poliaminas asociadas con el ADN genomico y hay una estructura intema en forma de tubo en el interior
de la vaina extema de la cola helicoidal. En la celula bacteriana infectada hay vias
separadas de ensamblaje de la cabeza y de la cola de la particula, que se unen en un
estadio tardio para construir los viriones (Figura 2.14). Estos virus son un ejemplo de
como se pueden construir particulas complejas a partir de los principios sencillos antes
comentados. Un ejemplo aim mas claro de este fenomeno lo proporciona la estructura
de las particulas de geminivirus, que consisten en dos icosaedros gemelos T = 1. A
cada icosaedro le falta una subunidad morfol6gica, y los icosaedros se unen en un
punto tal que la particula madura contiene 110 proteinas monomericas organizadas en
22 subunidades morfol6gicas.
Los miembros de la familia Reoviridae tienen capsides icosaed1icas T = 13, desnudas, compuestas por una doble capa de proteinas con una estructura compleja (Figura
2.15). Se ha establecido la estructura del core transcripcionalmente activo del virus de la
lengua azul, la cual constituye la mayor estructura determinada hasta el momenta a una
resolucion atomica (3,5 A). La capside extema de este virus tiene aproximadamente 80 nm
de diametro y la capside intema o core mide unos 60 nm. La estructura de la capside
extema es compleja y no se ha determinado todavia con una resolucion atomica, pero ha
sido analizada a un resolucion menor de 3 nm por tecnicas altemativas de investigacion
estructural como la criomicroscopia electronica y procesamiento de imagenes. Aunque
estos metodos proporcionan una resolucion estructural que es unas diez veces menor que
la de la difraccion de rayos X, estas tecnicas son utiles para estudiar estructuras complejas o fragiles que no pueden ser cristalizadas. El genoma del virus de ARN de doble
cadena esta empaquetado dentro del core, rodeado de complejos transcripcionales en los
vertices de la particula. Estos segmentos genomicos mantienen un orden durante la transcripcion. Doce espiculas sobresalen del core a traves de la capside extema. Las particulas de Reoviridae son muy estables en el medio ambiente; esto es especialmente cierto en
el caso de los rotavirus, que se diseminan a menudo a traves del agua de bebida contaminada. Las particulas de rotavirus en material fecal conservado a temperatura ambiente
son capaces de mantener su infectividad durante 7 meses y no son muy susceptibles a los
desinfectantes que contienen cloro, lo que demuestra la eficacia con la que estas complejas particulas protegen a su fragil genoma de ARN.
Particulas
Clavija
• • • Cuiia
t
,.----...
Pre-cabeza I (solo
core, sin ADN)
""
•
•
Tuba
t
Pre-cabeza Ill (50% ADN)
Placa base
t
..____..,
t
Pre-cabeza II (sin ADN)
~ ···
t
~
~
t
Cabeza madura (100% ADN)
Tubo y vaina
@
t
t
Collar aiiadido
·~~.
"-....
/
!
eor,
I
- : - \ Fibras de Ia cola
Fago T4 complete
\
I
Figura 2.14 Version simplificada del ensamblaje de las patticu las del fago de enterobacterias T4
(Myo viridae). Las secciones de Ia cabeza y de Ia cola se ensamblan separadamente y son unidas en una
fase relativamente tardia. Este complejo proceso fue desatTollado laboriosamente mediante el aislamiento de fagos mutantes en cada uno de los genes viricos implicados. Ademas de las principales proteinas estructurales, un nllinero menor de proteinas de «andamiaje» estan implicadas en !a configuraci6n
de tan compleja particula virica.
El ultimo ejemplo de estructura virica compleja en ser considerado es el de la familia
Baculoviridae (Figura 2.16). En los ultimos afios estos virus han despertado gran interes
por diversas razones. Son pat6genos naturales de artr6podos y, tanto los baculovirus
naturales como los manipulados geneticamente, son motivo de investigaci6n como agentes biol6gicos para el control de plagas de insectos. Ademas, los baculovirus ocluidos
(ver mas adelante) estan siendo utilizados cada vez mas como vectores de expresi6n para
producir grandes cantidades de proteinas recombinantes. Estos virus complejos tienen
de 12 a 30 proteinas estructurales y consisten en nucleocapsides en forma de bast6n (de
ahi «biculo»), con un diametro de 30 a 90 nm y una longitud de 200 a 450 nm, que
contienen un genoma de ADN bicatenario de 90 a 230 kpb. La nucleocapside esta rodeada por una envoltura, fuera de la cual puede haber o no una matriz proteica cristalina. Si
esta presente esta cubierta externa, el conjunto completo se denomina «cuerpo de inclusion» y el virus se dice que esta ocluido (Figura 2.17). Existen dos generos de baculovirus
Principios de virologia molecular
VP6(Hel}
~
VPl(Pol)
VP4(Cap)
1
1
Complejo
transcriptasa
VP3(T2)
Segmentos gen6micos
50nm
Figura 2.15 Las particulas de reovirus constan de proteinas organizadas como una doble capside
icosaedrica rodeando un core. Este diagrama representa Ia informacion conocida sobre Ia estructnra de
una particula del virus de Ia lengua azul. (Basado en datos suministrados por Peter Mertens, Instituto de
Salud Animal, Reina Unido).
con cuerpos de inclusion: el genero Nucleopolyhedrovirus, con inclusiones poliedricas
de 1.000 a 15.000 nm de diametro y que pueden contener multiples nucleocapsides en su
envoltura (por ej ., virus de Ia polihedrosis nuclear de Autographa californica) y el genero Granulovirus, con inclusiones elipsoidales de 200 a 500 nm de diametro (por ej.,
granulovirus de Cydia pomonella). La funcion de estos enormes cuerpos de inclusion es
conferir resistencia frente a las condiciones medioambientales adversas y pennitir al
virus persistir en el suelo o en material vegetal durante largos periodos de tiempo, esperando a ser ingeridos por el nuevo hospedador.
La eficacia de esta estrategia es tal que puede considerarse que estos virus estan literalmente protegidos por una armadura. Resulta interesante constatar que esta estrategia
de producir particulas en cuerpos de inclusion parece haber evolucionado independientemente en al menos tres grupos de virus de insectos. Ademas de los baculovirus, los
reovirus de insectos (virus de la poliedrosis citoplasmatica) y poxvirus (entomopoxvirus)
tambien producen particulas incluidas; sin embargo, esta cubierta resistente seria la perdicion del virus si no fuese eliminada en el momento adecuado para permitir que la
replicacion tenga lugar. Esto se consigue por el hecho de que el cuerpo de inclusion es
alcalino-labil y se disuelve en el ambiente a pH elevado del intestino medio del insecto,
liberando la nucleocapside y permitiendo que esta infecte al hospedador. Aunque no se
ha detetminado totalmente la estructura de la particula completa, se sabe que el cuerpo
de inclusion se compone de multiples copias de una sola proteina de aproximadamente
245 aminoacidos, la poliedrina. Para forrnar el cuerpo de inclusion, este producto genico
es sobreexpresado tardiamente en el ciclo infectivo por un promotor transcripcional
Particulas
Persistencia
en el medio
ambiente
Peplomeros
(envuelta con glicoproteinas)
Poliedrina
----
--
..:.....---- Virus ADN
Virion
_ , . - Proteinas de capsid
~-Proteinas de union
aADN
Particula virica por gemacion:
replicacion y diseminacion
de celula a celula en el insecto
Particula virica ocluida:
Producida en Ia infeccion tardia;
liberacion al ambiente cuando
el insecto muere
Figura 2.16 Algunas particulas de baculovirus existen en dos fmmas: una relativamente simple de
pmticula producida por gemaci6n, que se encuentra en el interior del insecta hospedador y otra forma
crista! ina, incluida en proteina, responsable de Ia resistencia en el media ambiente.
muy potente. Se pueden expresar genes foraneos clonados bajo el control del promotor de
la poliedrina; por tanto, los baculovirus han sido convertidos en vectores de expresi6n.
INTERACCIONES PROTEiNA-ACIDO NUCLEICO
Y EMPAQUETAMIENTO DEL GENOMA
La funci6n primaria de la pariicula virica es contener y proteger al genoma antes de
que sea transportado a la celula hospedadora apropiada; por tanto, esta claro que las
proteinas de la capside tienen que interaccionar con el acido nucleico gen6mico. Una
vez mas, las restricciones a! incorporar una molecula de acido nucleico relativamente
grande en una capside relativamente pequefia presentan considerables problemas que
deben ser solucionados. En la mayoria de los casos, cuando se estira en una soluci6n, el
genoma virico lineal es al menos un arden de magnitud mas largo que el diametro de la
capside. La simple acci6n de plegar el genoma en un espacio tan pequefio es por si
misma toda una proeza topol6gica, pero el problema se com plica por la repulsion inducida por cargas electrostaticas negativas de los grupos fosfato del esqueleto de nucle6tidos, que hacen que el genoma se resista a ser empaquetado en un espacio tan reducido.
Principios de virologia molecular
Los virus superan esta dificultad empaquetando, junto con el genoma, algunas moleculas
cargadas positivamente para neutralizar esta repulsion de la carga negativa. Estas moleculas incluyen pequefios iones cargados positivamente (Na, Mg, K, etc.), poliaminas, y varias
proteinas que se unen a acidos nucleicos. Algunas de estas ultimas son de codificacion
virica y contienen aminoacidos con cadenas laterales basicas, como arginina y lisina, que
interaccionan con el genoma. Hay muchos ejemplos de tales proteinas: por ejemplo, las
proteinas NC de retrovirus, N (nucleocapside) de rabdovirus y NP (nucleoproteina) de
virus influenza. Muchos virus con genomas de ADN bicatenario tienen proteinas basicas
tipo histonas estrechamente asociadas al acido nucleico. De nuevo, algunas de estas son de
codificaci6n virica (par ej ., el polipeptido VII de adenovirus). En otros casos, sin embargo,
el virus puede usar proteinas celulares; por ejemplo el genoma de poliomavirus adopta una
estructura parecida ala cromatina constituida por cuatro proteinas histonas celulares (H2A,
H2B, H3 y H4), de forma similar al genoma de la celula hospedadora.
· El segundo problema que tienen que resolver los virus es como lograr la especificidad requerida para seleccionar y encapsidar el genoma viral distinguiendolo de los acidos nucleicos celulares. En la mayoria de los casos, durante las ultimas etapas de la
infecci6n virica, cuando se produce el ensamblaje de las particulas viricas (ver Capitulo
4), la transcripci6n de los genes celulares se ha reducido y se ha acumulado un gran
numero de genomas virales. Esta sobreproducci6n de genomas facilita, pero no elimina,
el problema del empaquetamiento del genoma especifico. Por lo tanto, se requiere una
proteina de capside o nucleocapside codificada por el virus para lograr este extremo, y
muchos virus, incluso aquellos con genomas cortos y compactos, como los retrovirus y
rabdovirus, codifican este tipo de proteina.
Los virus con genom as segmentados (ver proximo capitulo) encaran un problema anadido: no solamente tienen que encapsidar solo acidos nucleicos viricos y excluir moleculas
de la celula hospedadora, sino que tienen ademas que empaquetar uno de cada segmento
gen6mico requerido. Es importante asumir que durante el ensamblaje los virus frecuentemente cometen errores. Estos pueden cuantificarse midiendo las proporciones particula/
infectividad; la proporci6n entre el nlimero total de particulas viricas (contadas por microscopia electronica) en una preparaci6n virica y el numero de particulas capaces de generar
una progenie infecciosa (medida por ensayos de plaqueo o por diluci6n limite). Este valor
resulta ser en algunos casos varios miles de particulas por cada virion infeccioso, y s6lo
rara vez se aproxima a una raz6n 1/ 1; no obstante, los calculos demuestran que virus tales
como influenza presentan unas proporciones particula/infectividad mucho mas bajas de las
que se lograrian empaquetando al azar ocho segmentos gen6micos distintos. Actualmente
se cree que cada particula de virus influenza contiene mas de ocho segmentos gen6micos,
posiblemente 9 a 11. Esta redundancia puede ser suficiente para asegurar que una proporcion razonable de particulas viricas en la poblaci6n contendra al menos uno de cada ocho
segmentos requeridos y sera por tanto infeccioso. Sin embargo, no es seguro que esto sea
asi, y es posible que los virus influenza tengan un mecanismo todavia no descubierto (por
ej ., incorporacion de complejos de ribonucleoproteina durante la morfogenesis) que asegure una dotacion genetica completa en la mayoria de las particulas.
El otro miembro de la ecuaci6n de empaquetamiento lo constituyen las secuencias
nucleotidicas especificas (la sefial de empaquetamiento) que permiten al virus selec-
Particulas
cionar acidos nucleicos genomicos vfricos entre el conjunto de origen celular. Se han
identificado las sefiales de empaquetamiento de varios genomas virales. Como ejemplos
encontramos la sefial x (psi) en los genomas de retrovirus murinos, que se han utilizado
para empaquetar genomas de vectores de retrovirus sinteticos en particulas viricas, y las
secuencias responsables de empaquetar los genomas de varios virus ADN (algunos adenovirus y herpesvirus), que han sido definidas claramente y de modo inequivoco. No
obstante, a partir de diversos estudios resulta evidente que un empaquetamiento preciso
y eficaz del genoma requiere informacion no solo de la secuencia nucleotidica lineal,
sino tambien de regiones de la eshuctura secundaria formadas por el plegamiento del
acido nucleico genomico en formas complejas. En muchos casos han fracaso los intentos
por encontrar una secuencia sefial de empaquetamiento Unica, lineal. La razon probable
es que en la mayoria de los virus la clave para la especificidad del empaquetamiento del
genoma radica en la estructura secundaria del genoma.
Como ocurre con otros muchos aspectos del ensamblaje de los virus, en muchos
casos no sabemos la forma en que se controla el empaquetamiento; no obstante, la
clave debe estar en interacciones moleculares especificas entre el genoma y la capside.
Hasta hace poco, apenas se habia estudiado la estructura fisica de los genomas virales
en el interior de las particulas viricas, aunque en los ultimos afios se ha investigado
intensamente la genetica del empaquetamiento. Esto es una pena, porque sin esta infonnacion dificilmente seremos capaces de entender completamente este importante
aspecto de la replicacion virica; pero es comprensible, pues las tecnicas que habitualmente se emplean para deterrninar la estructura de las capsides viricas (por ej ., difraccion
de rayos X) rara vez proporcionan informacion sobre el estado del genoma dentro de
su cubierta proteica. De todas formas, en algunos casos existe ya disponible un detallado conocimiento sobre el mecanismo y la especificidad de la encapsidacion del genoma.
Esto se refiere tanto a virus con simetria helicoidal como a algunos con simetria
icosaedrica.
Indudablemente el mecanismo de empaquetamiento mejor conocido es el del VMT,
un virus vegetal ARN helicoidal de polaridad +. Ello se debe a Ia relativa simplicidad de
este virus, que tiene solamente una proteina principal de cubierta y que se ensambla in
vitro espontaneamente a partir de sus componentes purificados, ARN y proteina. En el
caso del VMT, el ensamblaje de las particulas se inicia por la asociacion de agregados
preformados de moleculas de proteina de capside («discos») con los residuos 5. 444-5.518
en el genoma de ARN de 6,4 kb, conocidos como la «secuencia de origen de ensamblaje
(«origin of assembly sequence», OAS) (Figura 2.17). Los discos pianos tienen 17 subunidades por anillo, cerca de las 16,34 subunidades por vuelta que se encuentran en el
virion maduro. De hecho, los discos no son completamente simetricos, ya que tienen una
marcada polaridad. El ensamblaje comienza cuando un disco interacciona con el OAS
en el ARN genomico. Esto conviet1e a los discos en «arandelas de cierre» con estructura
helicoidal, cada una de elias conteniendo en 3' subunidades protei cas de capside. Mas
discos se afiaden a esta estructura, convirtiendose en la confonnacion en «arandela de
cierre». El ARN es anastrado al interior de la estructura en construccion como lo que se
conoce como un «bucle viajero», lo que le da este nombre a este procedimento de formacion de particulas. El ARN viral (ARNv) es atrapado y queda por tanto enterrado en la
Principios de virologia molecu lar
Disco
«Arandela de cierre>>
3'
5'
El ARN se une al disco
3'
Figura 2.17
<<Bucle viajero»
r
3'
\
\
5'
5'
Ensamblaje de particulas de virus del mosaico del tabaco (VMT).
mitad del disco confonne la helice va creciendo. La extension de la estructura helicoidal
se produce en ambas direcciones pero a velocidades diferentes. El crecimiento en la
direccion 5' es nipido, porque puede afiadirse un disco directamente al filamento de
proteina y el bucle viajero de ARN se forma a su traves. El crecimiento en direccion 3' es
mas Iento, porque el ARN tiene que ser enhebrado a traves del disco antes de que pueda
afiadirse a Ia estructura.
El fago Ml3 de enterobacterias es otro virus helicoidal en el que las interacciones
proteina-acido nucleico son relativamente faciles de comprender (Figura 2.3). La secuencia primaria de Ia molecula g8p determina la orientacion de la proteina en la capside.
En tetminos sencillos, la superficie intema de la capside del fago en forma de varilla esta
cargada positivamente e interacciona con el genoma cargado negativamente, mientras
que la superficie extema de la capside cilindrica esta cm·gada negativamente. Sin embargo, la forma en que son reunidas las proteinas de la capside y el genoma es un poco mas
complicada que todo esto. Durante la replicacion, el ADN genomico se asocia con una
protefna no estructural de union al ADN, g5p. Esta es la mas abundante de todas las
protefnas vfricas en la celula de E. coli infectada, y recubre el ADN fagico de simple
cadena recien replicado, formando una estructura intracelular en forma de varilla similar
a particulas fagicas maduras, pero algo mas largas y gruesas (1.100 x 16 nm). La funcion
de esta proteina es proteger al genoma de las proteasas de la celula hospedadora e interrumpir la replicacion del genoma, secuestrando las cadenas recien sintetizadas para
sustratos de encapsidacion. Los monomeros de proteina de la capside g8p de nueva sintesis se asocian con la porcion interna de la membrana (citoplasmatica) de la celula, yes
en este Iugar donde se produce el ensamblaje de Ia particula virica. La cubierta de g5p se
desprende conforme la particula pasa a traves de la membrana y es permutada por una
Particulas
cubierta madura de g8p (junto con las proteinas accesorias). Las fuerzas que dirigen este
proceso no se comprenden totalmente, pero las interacciones proteina-acido nucleico
que ocurren parecen ser bastante simples e incluyen fuerzas electrostaticas contrarias y
la union de bases de ADN con cadenas laterales de proteinas. Esto se confirma por la
plasticidad del genoma de Ml3 y su capacidad de encapsidar libremente material genetico
extra.
Las interacciones proteina-acido nucleico en otros virus helicoidales, tales como los
rabdovirus, son bastante mas complejas. En la mayoria de los virus helicoidales envueltos, primero se forma un core de nucleoproteina que despues se ve rodeado por proteinas
matriz, Ia envuelta y sus glicoproteinas asociadas (Figura 2.4). Nose ha determinado la
estructura detallada del core, pero parece tener estriaciones cruzadas separadas por 4,5 a
5,0 nm, cada una probablemente equiparable a una vuelta del complejo proteina-ARN
(bastante similar al VMT). La proteina matriz muestra un patron aparentemente hexagonal,
y no esta claro si esto esta relacionado con la estructura de la nucleocapside subyacente
o c6mo se forma el extrema redondeado de la particula virica.
Bastante menos se sabe de como se organiza el genoma dentro de particulas viricas
con sirnetria icosaedrica. Existen, sin embargo, algunas excepciones a esta afirmacion.
Estas son los virus ARN icosaedricos T= 3, cuyas subunidades son en su mayor parte los
motivos estructurales denominados <run barrilj3 de ocho cadenas antiparalelas», comentado anteriormente. En el virus del moteado de la vaina de la judia (VMVJ) («bean pod
mottle virus», BPMV), un comovirus T = 3 con un genoma bipmtito, Ia c1istalografia de
rayos X ha demostrado que el ARN esta plegado de tal manera que adopta una simetrfa
icosaedrica, equivalente a Ia de Ia capside que lo rodea. Las regiones que contactan con
proteinas de la capside son de simple cadena y parece que interaccionan por fuerzas
electrostaticas mas que mediante enlaces covalentes. La estructura at6mica de <jlX174
tambien muestra que una porcion del genoma de ADN interacciona con residuos de
arginina expuestos a la superficie interna de la capside, de forma similar que en VMVJ.
Parece que se esta produciendo un consenso respecto al estado fisico de los acidos
nucleicos en el interior de capsides viricas icosaedricas. De forma similar a como las
capsides icosaedricas de muchos virus no relacionados geneticamente se basan en monomeros con un motivo estructural comlin en «barrilj3 de ocho cadenas antiparalelas», los
genomas en su interior tambien parecen mostrar una simetria icosaedrica, cuyos vertices
interaccionan con aminoacidos basicos en la superficie interna de Ia capside. De esta
manera, estos motivos estructurales comunes pueden con el tiempo explicar como los
virus empaquetan selectivamente los acidos nucleicos genomicos necesarios, e incluso
podrian Ilegar a ofrecer la posibilidad de disefiar drogas especificas que inhiban estas
interacciones.
RECEPTORES ViRICOS: RECONOCIMIENTO Y UNION
Actualmente estan identificadas las moleculas que utilizan diversos virus de grupos
taxonomicos diferentes como receptores celulares. La interaccion de la superficie externa de un virus con un receptor celular es un acontecimiento importante, que determina
Principios de virologia molecular
los sucesos posteriores en la replicacion y el resultado de las infecciones. Esta union es la
que activa a las particulas viricas inertes extracelulannente e inicia el ciclo replicativo.
La union al receptor se considera en detalle en el Capitulo 4.
0TRAS INTERACCIONES DE LA CAPSIDE ViRICA
CON LA CELULA HOSPEDADORA
Tal como se afi.nno al principio de este capitulo, la funcion de la dipside virica no es
solamente proteger al genoma sino tambien entregarlo ala celula hospedadora adecuada
y, mas especificamente, al compartimento celular mas apropiado de la celula (en el caso
de celulas eucariotas) para pennitir que la replicacion tenga Iugar. Un ejemplo lo constituyen las proteinas de la nucleocapside de virus que replican en el nucleo celular. Estas
moleculas contienen en su secuencia aminoacidica primaria «sefiales de localizacion
nuclear» que son las responsables de Ia migracion de los genomas virales con sus proteinas asociadas al nucleo, donde se produce la replicacion. De nuevo, estos acontecimientos se comentan en el Capitulo 4.
Los viriones no son estructuras inertes. Muchas particulas viricas contienen una o
mas actividades enzimaticas, aunque en la mayoria de los casos estas no son activas
fuera del ambiente bioquimico de la celula hospedadora. Todos los virus con genomas
de ARN de polaridad negativa deben contener una ARN polimerasa ARN-dependiente,
porque la mayoria de las celulas eucariOticas no disponen de mecanismos para la polimerizacion ARN-dependiente de ARN, de manera que la replicacion no podria llevarse a
cabo si esta enzima no estuviese incluida en la pmiicula virica. La transcripcion inversa
de los genomas de retrovirus ocurre en un complejo particulado, y no libre en solucion.
Los virus ADN mas complejos (por ej., herpesvirus y poxvirus) contienen muchas enzimas, la mayoria de elias relacionadas con algunos aspectos del metabolismo de los acidos nucleicos.
RESUMEN
Este capitulo no intenta ser una lista completa de todas las estructuras viricas que se
conocen actualmente, sino que intenta ilustrar con ejemplos algunos de los principios
que controlan el ensamblaje de virus y las dificultades del estudio de estas diminutas
estructuras. Los lectores deberan consultar articulos cientificos y bases de datos para
conocer los detalles de las estructuras viricas conocidas y de muchas que continuamente
aparecen. No obstante, existe una serie de motivos estructurales repetidos que se encuentran en muchos grupos diferentes de virus. Lo mas obvio es considerar la division de
muchas estructuras viricas en aquellas basadas en simetrias helicoidal e icosaedrica.
Mas sutilmente, estructuras proteicas comunes como el motivo estructural en «barril ~ de
ocho cadenas antiparalelas» encontrado en muchas capsides icosaedricas T = 3 y el plegamiento icosaedrico del ARN genomico presente en el interior de algunos de estos
virus empiezan a conocerse. Las particulas viricas no son inertes. Muchas estan dotadas
Partfculas
de una variedad de enzimas que desempei'ian un abanico de reacciones complejas, con
frecuencia involucradas en la replicaci6n del genoma.
BIBLIOGRAFiA
Chiu, Wand Burnett, R.M. (Eds.) (1997). Structural Biology ofVirnses. Oxford University Press, Oxford. ISBN 0195118502.
Chiu,W andJohnson,J.E. (Eds.) (2003). Virns Strncture,Vol. 64,Advances in Protein
Chemistry. Academic Press, San Diego, CA. ISBN 0120342642
Dokland, T. et al. (1999). The role of scaffolding proteins in the assembly of the
small, single-stranded DNA virus <j)X174. journal of Molecular Biology, 288:
595-608.
Gouet, P. et al. (1999). The highly ordered double-stranded RNA genome of bluetongue virus revealed by crystallography. Cell, 97: 481-490.
Grimes,J.M. et al. (1998). The atomic structure of the bluetongue virus core. Nature,
395: 470-478.
lvanovska, I.L. et al. (2004). Bacteriophage capsids: tough nanoshells with complex
elastic properties. Proceedings of the National Academy of Science USA, 101:
7600-7605.
Maurer-Stroh, S. and Eisenhaber, E (2004). Myristoylation of viral and bacterial proteins. Trends in Microbiology, 12: 178-185.
McKenna, R. et al. (1992). Atomic structure of single-stranded DNA bac't'eriophage
<j)X174 and its functional implications. Nature, 355: 137-143.
Mertens, P.P. and Diprose,]. (2004). The bluetongue virus core: a nano-scale transcription machine. Virns Research, 101: 29-43.
Rasched, I. and Oberer, E. (1986). Ff coliphages: structural and functional relationships. Microbiology Review, 50: 401-427.
CAPiTULO
3
GENOMAS
Objetivos del aprendizaje
Tras completar este capitulo, ellector debeni ser capaz de:
• Reconocer las posibles estructuras y composiciones que comprenden la diversidad de genomas viricos.
• Entender los principales mecanismos geneticos que afectan a los virus.
• Describir varios representantes de genomas virales.
ESTRUCTURA Y COMPLEJIDAD DE LOS GENOMAS VIRALES
La composici6n y la estructura de los genomas virales es mucho mas variada que la
de cualquiera de las observadas en los reinos bacteriano, vegetal y animal. Los acidos
nucleicos que constituyen el genoma pueden ser de una sola cadena o de doble cadena,
y pueden tener una configuraci6n lineal, circular o segmentada. Los genomas viricos
monocatenarios pueden ser de polaridad positiva (+) (es decir, de la misma polaridad,
o secuencia nucleotidica, que el AR~m), de polaridad negativa (- ), o ambisentido
(una mezcla de los dos sentidos). Los tamafios de los genomas viricos oscilan entre
unos 3.500 nucle6tidos (nt) (par ej., bacteriOfagos de la familia Leviviridae, como
MS2 y Qf)) y aproximadamente 1,2 millones de pb (2.400.000 nt), como los recien
descubiertos Mimivirus, mas grandes que los mas pequefios genomas bacterianos (por
ej., Mycoplasmas). A diferencia de los genomas celulares, que se componen de ADN,
los genomas viricos pueden contener la informacion genetica codificada en ADN o en
ARN.
Sea cual sea la composici6n de un genoma viral, todos tienen que cumplir una
condici6n. Como los virus son parasitos intracelulares estrictos capaces de replicar
solamente en el interior de las celulas hospedadoras adecuadas, su genoma debe conte-
-
Principios de virologia molecular
ner la informacion genetica en una forma que pueda ser reconocida y descifrada por ese
tipo particular de celula parasitada. El c6digo genetico utilizado por el virus debe coincidir o al menos ser reconocido por el organismo hospedador. De forma similar, las sefiales
de control que dirigen la expresion de los genes virales deben ser apropiadas para el
hospedador. En el Capitulo 4 se describen los metodos de replicaci6n de los genomas
virales y el Capitulo 5 trata con mas detalle de los mecanismos que regulan Ia expresion
de la informacion genetica virica. El proposito de este capitulo es describir la diversidad
de los genomas virales y examinar como y por que se han producido estas variaciones.
Aunque la biologia molecular ha desanollado un gran numero de tecnicas para
manipular proteinas, el poder de esta tecnologia se ha centrado por lo general en acidos nucleicos. Ha existido una relacion intensa y sinergica entre los avances en virologia
dependientes de esta nueva tecnologia y las oportunidades que los virus mismos han
proporcionado al desarrollo de nuevas tecnicas de investigacion. Asi, el primer genoma
completo que fue secuenciado (en 1977) fue el de un virus, el bacteri6fago <j>Xl74. Se
escogi6 este virus por diversas razones. Primero, posee uno de los genomas mas pequefios (5.386 nt). Segundo, es posible propagar grandes cantidades del fago en Escherichia coli, purificarlo facilmente y extraer el ADN gen6mico. Tercero, el genoma
de este fago consta de ADN monocatenario que pudo secuenciarse directamente por
los metodos de terminacion de cadena. Aunque en aquellos momentos se estaban desanollando tambien metodos de secuenciacion de ADN bicatenario, <j>X174 demostr6 la
utili dad de los bacteri6fagos con genomas de simple cadena como vectores de clonaci6n
para secuenciacion de ADN, y algunos fagos como M13 se han aplicado posteriormente con este prop6sito.
En los ultimos afios se han estudiado intensamente las estructuras de los genomas
virales y las secuencias nucleotidicas porque el potencial de la tecnologia del ADN
recombinante ha centrado su atencion en esta area. Seria err6neo presentar la biologia
molecular como el unico medio de solucionar los problemas sin resolver en virologia,
pero seria tambien una insensatez ignorar las oportunidades que ofrece y la explosion
de conocimiento que ha originado en las ultimas decadas.
Algunos de los bacteri6fagos mas sencillos se han citado anteriormente como ejemplos de los genomas mas pequefios y menos complejos. En el otro extremo de la escala,
los genomas de los virus mas gran des con ADN bicatenario, como los herpesvirus y los
poxvirus, son suficientemente complicados como para haber escapado hasta la fecha
de un analisis funcional completo (a pesar de que se conocen las secuencias nucleotidicas completas de los genomas de un elevado numero de ellos). Muchos de los virus
ADN de eucariotas se parecen estrechamente a sus hospedadores en cuanto a la biologia de sus genomas.
Algunos genomas de virus ADN forman complejos con histonas celulares para formar una estructura similar a la cromatina dentro de la particula virica. Una vez dentro
del nucleo de la celula hospedadora, estos genomas se comportan como cromosomas en
miniatura satelites, siguiendo los dictados de las enzimas celulares y el ciclo celular:
•
Kates descubri6 en 1970 que los RNAs mensajeros del virus vacuna estan poliadenilados en sus extremos 3' la primera observaci6n de este hecho.
Genomas
• Roberts y Sharp descubrieron por vez primera en 1977 la escision de genes conteniendo intrones no codificantes y ex ones codificantes de proteinas, asi como RNAs
mensajeros empalmados.
• Los intrones en procariotas se descubrieron primero en el genoma del bacteriofago
T4 en 1984. Varios ejemplos de este fenomeno se han descubierto ya en T4 yen
otros fagos. Todos son similares, de la clase I con autoempalmes («self-splicing»);
sin embargo, esta observacion plantea un punto importante. La impresion convencional es que los genomas procariotas son mas pequefios y replican mas velozmente que los de los eucariotas y de ahi que puedan ser considerados «aerodinamicos».
El genoma del fago T4 consta de 160 kpb de ADN de doble cadena y esta muy
condensado; por ejemplo, los promotores y las secuencias de control de la traduccion estan anidadas dentro de regiones codificantes de genes superpuestos. La presencia de intrones en genomas de bacteriOfagos, que estan bajo una implacable y
constante presion para excluir «secuencias basura», indica que estos elementos
geneticos deben haber desarrollado mecanismos para escapar o neutralizar esta presion y para persistir como parasitos dentro de parasitos.
Todos los genomas viricos experimentan una presion para minimizar su tamafio.
Por ejemplo, los virus con hospedadores procariotas deben ser capaces de replicar lo
suficientemente rapido para mantenerse al ritmo de sus celulas hospedadoras, y esto se
refleja en la naturaleza compacta de muchos bacteri6fagos (pero no de todos). Los
genes superpuestos son frecuentes y la maxima capacidad genetica se comprime al
minimo tamafio genomico. En los virus con hospedadores eucariotas existe tambien
presion sobre el tamafio del genoma. Aqui, sin embargo, la presion incide principalmente sobre el tamafio del genoma empaquetado en la particula virica, es decir, la
cantidad de acido nucleico que es incorporada dentro del virion. En consecuencia,
estos virus muestran habitualmente una compresion enorme de la informacion genetica si se comparan con la baja densidad de informacion contenida en los genomas de las
celulas eucariotas.
Como se afirmo anteriormente, existen excepciones a esta sencilla regla. Algunos
bacteriofagos (por ej., la familia Myoviridae, como T4) tienen genomas relativamente
grandes, de hasta 170 kpb. El mayor genoma virico actualmente conocido es el de
Mimivirus con aproximadamente 1,2 Mpb, que contiene alrededor de 1.200 marcos
abiertos de lectura, de los que solo un 10% muestran alguna similitud con proteinas de
funcion conocida. Entre los virus de eucariotas, herpesvirus y poxvirus tambien tienen
genomas relativamente grandes, de hasta 235 kpb. Es significativo que estos genomas
viricos contienen muchos genes implicados en su propia replicacion, particularmente
enzimas dedicadas al metabolismo de los acidos nucleicos, por tanto, estos virus escapan parcialmente a las restricciones de la bioquimica de la celula hospedadora codificando un aparato bioquimico adicional. El castigo es que tienen que codificar toda la
informacion necesaria para que una particula compleja y grande empaquete el genoma,
tambien una presion en sentido ascendente sobre el tamafio del genoma. Las ultimas
secciones de este capitulo contienen descripciones detalladas tanto de genomas pequefios y compactos como de grandes y comp1ejos.
Principios de virologia molecular
GENETICA MOLECULAR
Como se afirmo anteriormente, las nuevas tecnicas de biologia molecular han tenido una gran influencia en centrar mucha atencion en el genoma viral. Esta fuera de los
objetivos de este libro dar cuenta detallada de esta tecnologia. De hecho, se asume que
los lectores tienen ya unos solidos conocimientos en los principios que sustentan estas
tecnicas, asi como del vocabulario empleado. No obstante, quiza merezca la pena invertir un poco de tiempo en ilustrar como algunas de estas tecnicas han sido aplicadas
a la virologia, observando que estas tecnicas nuevas son complementarias y no reemplazan a las tecnicas virologicas clasicas . Inicialmente, cualquier investigacion sobre
un genoma viral generalmente incluira preguntas sobre:
•
•
•
•
•
•
Composicion; ADN o ARN, monocatenario o bicatenario, lineal o circular.
Tamafio y nfunero de segmentos.
Estructuras terminales.
Secuencia de nucleotidos.
Capacidad codificante; marcos abiertos de lectura.
Sefiales de regulacion; activadores de la transcripcion, promotores y terminadores.
Es posible diferenciar dos tipos de estrategias para el analisis molecular de los
genomas viricos: el analisis ffsico de la estructura y la secuencia nucleotidica, esencialmente realizada in vitro, y un enfoque mas biologico, examinando las relaciones
estructura-funcion de genoma vfricos intactos y de elementos geneticos individuales,
implicando generalmente un analisis in vivo del fenotipo viral.
El punto habitual de inicio para el analisis ffsico de los genomas virales ha sido el
aislamiento de acidos nucleicos con diversos grados de pureza a partir de preparaciones de virus. En cierto sentido, esto es todavia verdad para la biologia molecular, annque ha disminuido el enfasis en la purificacion conforme las tecnicas de clonacion
molecular se han hecho mas avanzadas. Los genomas viricos de ADN pueden analizarse directamente por digestion con endonucleasas de restriccion sin recurrir a la clonacion
molecular, y este enfoque fue logrado por primera vez en 1971 con el ADN de SV40.
Los primeros fragmentos de ADN que fueron clonados molecularmente fueron fragmentos de restriccion del ADN del bacteri6fago A, que se clonaron en el ADN genomico
de SV40 por Berg y colaboradores en 1972. Por lo tanto, ifueron genomas viricos
tanto los primeros vectores de clonacion como los acidos nucleicos que primero se
analizaron por estas tecnicas! Como se comento antes, el genoma de <j)X174 fue el
primer replicon secuenciado completamente.
Posteriormente, genomas de fagos como el de M13 fueron intensamente modificados para ser aplicados como vectores para secuenciacion de ADN. La enzimologfa de
nucleasas ARN-especificas estaba comparativamente bastante avanzada en ese momento, de forma que se pudo emplear un abanico de enzimas con sitios de corte especificos para analizar e incluso determinar la secuencia de genomas de virus ARN (la
primera secuencia nucleotidica corta de ARNs de transferencia - ARNt- fue determinada a mediados de los afios 60). No obstante, el analisis directo de ARN por estos
metodos era laborioso y notablemente diffcil. El analisis de secuencias de ARN no
Genomas
comenz6 a avanzar nipidamente hasta la generalizaci6n del uso de la transcriptasa
inversa (aislada del virus de la mieloblastosis aviar) para convertir el ARN en ADNc
en los afios 70. Desde la decada de los 80 la reacci6n en cadena de la polimerasa (PCR)
ha acelerado mas la investigaci6n de los genomas viricos (Capitulo 1).
Ademas de la clonaci6n molecular, otras tecnicas de analisis molecular han resultado tambien de gran valor en virologia. El analisis directo par microscopia electr6nica,
cuando se calibra con patrones conocidos, puede ser empleado para estimar el tamafio
de moleculas de acidos nucleicos. Quiza la tecnica individualmente mas importante
haya sido la electroforesis en gel (Figura 3.1). Las primeras matrices de gel aplicadas
para separar moleculas se basaban en almid6n y ofrecian una resoluci6n relativamente
pobre. Ahara es mucho mas habitual utilizar geles de agarosa para separar grandes
moleculas de acidos nucleicos, que pueden ser realmente muy grandes: varias megabases
(millones de pares de bases) en el caso de la electroforesis en gel en campo pulsado
(PFGE en ingles) y la electroforesis en gel de po liacrilamida (PAGE en ingles) para
separar pequefios fragmentos (hasta tamafios de unos pocos nucle6tidos). Sin contar
. .
Mezcla de acidos
nucleicos
Carga en Ia matriz del gel
(agarosa o acrilamida)
~i6o dewlffije
Las moleculas se desplazan
a !raves del gel hacia el anodo
(terminal posit iva) y son
separadas par Ia matriz del gel
en funci6n de su tamaiio
Figura 3.1 En Ia electroforesis en gel se coloca una mezcla de acidos nucleicos (ode proteinas) en el
gel, que se desplaza a traves de Ia matriz del gel cuando se le aplica un campo electrico. La carga
negativa neta debida a los grupos fosfato de las moleculas de acido nucleico se traduce en un movimiento desde el catodo hacia el anodo. Las mo!eculas mas pequeii.as son capaces de trasladarse a traves de Ia
matriz del gel mucho mas rapidamente, y por tanto migran mas lejos que las molecu!as mas grandes, que
se retrasan, causando una separaci6n clara de las moleculas basada en sus tamaii.os.
Principios de virologia molecular
con el hecho de que la secuenciaci6n depende de la habilidad de separar moleculas que
se diferencian en un solo nucle6tido de longitud, la electroforesis en gel ha resultado
de gran valor para analizar genomas viricos intactos, particularmente los de virus con
genomas segmentados (ver la discusi6n mas adelante). La hibridaci6n de secuencias
nucleotidicas complementarias puede utilizarse tambien de distintos modos para analizar los genomas viricos (Capitulo 1).
El analisis fenotipico de poblaciones de virus ha sido desde hace mucho tiempo
una tecnica comun en virologia. El examen de variantes virales y de mutantes de
aparici6n espontanea ha constituido un metodo habitual para determinar la funci6n
de los genes virales. La biologia molecular ha afiadido a esto la capacidad de disefiar
y crear mutaciones especificas, deleciones y recombinaciones in vitro; es realmente
una henamienta muy poderosa. Aunque la capacidad codificante y basta cierto punto
las propiedades de las proteinas pueden determinarse in vitro mediante el empleo de
extractos libres de celulas para traducir el ARNm, los analisis funcionales completos de los genomas viricos s6lo pueden llevarse acabo con virus intactos. Afortunadamente, la relativa sencillez de los genomas viricos (comparados con la celula mas
simple) resulta una gran ventaja, ya que es posible rescatar virus infectivo a partir de
acidos nucleicos purificados o clonados. La infecci6n de celulas por solo acido
nucleico se denomina transfeccion .
Los genomas viricos que constan de ARN de sentido positivo (ARN+) son infectivos
cuando se introducen en celulas en ausencia de proteinas viricas. Esto es posible porque los ARNs viricos (ARNv) de sentido positivo son esencialmente ARNm, y el primer evento que se produce en una celula normalmente infectada es la traducci6n del
ARNv para fabricar las proteinas viricas responsables de la replicaci6n del genoma.
En este caso, la introducci6n directa de ARN en las celulas sortea los primeros estadios
del ciclo replicativo (Capitulo 4). Los genomas viricos compuestos por ADN de doble
cadena tambien son infecciosos. Los acontecimientos que se producen en este caso son
algo mas complicados, ya que el genoma virico tiene primero que ser transcrito por
polimerasas celulares para producir ARNm. Esto es algo relativamente sencillo para
genomas de fagos introducidos en procariotas, pero para virus que replican en el nilcleo de celulas eucariotas, como los herpesvirus, el ADN primero tiene que encontrar
el camino basta el compartimento celular apropiado. La mayor parte del ADN que se
introduce por transfecci6n en celulas es degradado por nucleasas celulares; no obstante, independientemente de su secuencia, una pequefia proporci6n del ADN introducido
en la celula encuentra la via basta el interior del nucleo, donde se transcribe por
polimerasas celulares.
lnesperadamente, tambien son infecciosos ADNc clonados de genomas de virus
ARN (+) (por ej., picornavirus), aunque menos eficientemente que el ARNv. Esto sucede porque presumiblemente el ADNc es transcrito a ARN por enzimas celulares; el
ARN transcrito in vitro a partir de ADNc del genoma es mas eficiente en iniciar la
infecci6n. Utilizando estas tecnicas se pueden rescatar virus de genomas clonados,
incluso de aquellos manipulados in vitro.
Hasta hace poco, esta estrategia no era posible para analizar virus con genomas de
polaridad negativa. Esto es debido a que todos estos virus contienen una polimerasa
Genomas
especifica del virus. El primer hecho que se produce cuando estos genomas viricos
penetran en la celula es que son copiados por la polimerasa, produciendo bien transcritos
de polaridad positiva que son utilizados directamente como ARNm, o moleculas de
doble cadena, conocidas como intermediarios replicativos (IR) o formas replicativas
(FR), las cuales sirven como moldes para mas rondas de sintesis de ARNm. Por lo
tanto, como los ARN(- ) purificados no pueden ser traducidos directamente y no se
replican en ausencia de la polimerasa viral, estos genomas son intrinsecamente no
infecciosos. Recientemente se han desarrollado sistemas que permiten rescatar virus
con genomas de polaridad negativa de acidos nucleicos clonados o purificados. Tales
experimentos son frecuentemente calificados como «genetica reversa»; es decir, la
manipulaci6n de un genoma de ARN(- ) a traves de su intermediario de ADN. Todos
estos sistemas dependen de un complejo de ribonucleoproteina que puede servir como
un molde para la replicaci6n del genoma por una ARN polimerasa ARN-dependiente,
pero pueden consistir en uno de dos enfoques:
• Formaci6n del complejo in vitro: se mezclan proteinas viricas purificadas de celulas infectadas con ARN transcrito de ADNc clonado para formar complejos que se
introducen despues en celulas susceptibles para iniciar la infecci6n. Este metodo ha
sido usado con paramixovirus, rabdovirus y bunyavirus.
• Formaci6n del complejo in vivo : complejos de ribonucleoproteina formados in vitro
se introducen en celulas infectadas con una cepa de virus auxiliar. Este metodo se
ha utilizado con virus influenza, bunyavirus y virus ARN de doble cadena como
reovirus y bimavirus.
Estas estrategias abren posibilidades para la investigaci6n genetica de virus con
ARN de polaridad negativa y de doble cadena que antes no existian.
GENETICA ViRICA
Aunque la secuenciaci6n nucleotidica domina actualmente los analisis de los
genomas viricos, los estudios de genetica funcional de virus animales se basan ampliamente en el aislamiento y analisis de mutantes, generalmente logrado por purificaci6n
de calvas ( «clonaci6n biol6gica»). Para aquellos virus en los que este sistema no existe
(porque no son citopaticos o porque no replican en cultivos celulares) el analisis genetico
antes del desarrollo de la genetica molecular ha sido escaso; no obstante, algunos trucos han hecho posible ampliar las tecnicas de genetica clasica a virus no citopaticos:
• Amllisis bioquimicos: el uso de inhibidores metab61icos para construir «mapas»
geneticos; el empleo de inhibidores de la traducci6n (como puromicina y
cicloheximida) y de la transcripci6n (actinomicina D) para descifrar mecanismos
geneticos reguladores.
• Inmunoensayos focales: replicaci6n de virus no citopaticos revelada por tinciones
inmunol6gicas para producir focos visibles (por ej ., virus de la inmunodeficiencia
humana).
Principios de virologia molecular
• Biologia molecular: (por ej ., secuenciacion de nucleotidos).
• Amilisis fisicos: el uso de electroforesis de alta reso lucion para identificar
polimorfismos geneticos de proteinas 0 acidos nucleicos viricos.
• Focos transformados: produccion de focos de celulas transformadas por virus no
citopaticos formadores de focos (por ej., virus tumorales ADN yARN).
Se pueden derivar varios tipos de mapas geneticos:
Mapas de recombinacion: estos son una secuencia ordenada de mutaciones derivada de la probabilidad de recombinaciones entre dos marcadores geneticos, la
cual es proporcional a la distancia entre ambos: una tecnica genetica clasica. Este
metoda funciona con virus con genomas no segmentados, tanto de ADN como de
ARN.
• Mapas de reordenamiento (o grupos): en virus con genomas segmentados, la
asignacion de mutaciones a un segmento genomico particular permite la identificacion de grupos de reordenamiento relacionados geneticamente, equivalentes a segmentos genomicos individuales.
•
Otros tipos de mapas que pueden construirse son los siguientes:
Mapas fisicos: mutaciones u otros rasgos pueden ser asignados a una localizacion
fisica en un genoma virico utilizando el metoda de rescate de genomas mutantes
por pequefios fragmentos del genoma silvestre (par ej., formacion de heteroduplex
entre ADN mutante y silvestre) tras transfeccion de celulas susceptibles. Altemativamente, las celulas pueden ser co-transfectadas con el genoma mutante mas fragmentos de restriccion individuales para localizar la mutacion. De forma similar,
varios polimorfismos (como la movilidad electroforetica de proteinas) puede emplearse para determinar la estructura genetica de un virus.
• Mapas de restriccion: la digestion del ADN especifica de sitio por endonucleasas
de restriccion puede utilizarse para determinar la estructura de los genomas viricos.
Los genomas de ARN pueden analizarse de esta forma tras ser clonados como ADNc.
• Mapas de transcripcion: mapas de regiones codificantes de varios ARNm pueden
determinarse por hibridacion de especies de ARNm con fragmentos genomicos especificos (por ej., fragmentos de restriccion). El inicio y -final exactos de los ARNm
pueden determinarse por digestion de sondas marcadas con radioisotopos con
nucleasas especificas de moleculas monocatenarias. Las proteinas codificadas por
cada RNAm individual puede determinarse mediante su traduccion in vitro. La irradiacion con luz ultravioleta (UV) de genomas de virus ARN puede tambien ser
utilizada para determinar la posicion de marcos abiertos de lectura, ya que aquellos
situados mas alejados del inicio de la traduccion son los que probablemente se
expresaran menos por la traduccion in vitro tras la degradacion parcial del ARN
viral por la luz UV.
• Mapas de traduccion: la pactamicina (que inhibe el inicio de la traduccion) ha
sido utilizada para mapear las regiones codificantes de proteinas en enterovirus. El
marcaje por pulsos resulta en la incorporacion de radioactividad solo en proteinas
iniciadas antes de la adicion de la droga. Las proteinas mas proximas al extrema 3'
•
Genomas
del genoma son las mas intensamente marcadas, las cercanas al extrema 5' del
genoma, las que menos.
MUTANTES ViRICOS
«Mutante», «cepa», «tipo», «variante» e incluso «aislado» son terminos todos ellos
utilizados bastante alegremente por los vir6logos para diferenciar virus particulares
unos de otros y respecto al original virus «parental», «Silvestre» o «de calle». Mas
exactamente, estos terminos se aplican generalmente asi:
•
Cepa: diferentes lineas o aislados del mismo virus (por ej., de distintas localizaciones geograficas o pacientes).
• Tipo: diferentes serotipos de un mismo virus (por ej., varios fenotipos de neutralizaci6n por anticuerpos).
• Variante: un virus cuyo fenotipo difiere de la cepa silvestre original, pero del que
no se conoce la base genetica que explique esa diferencia.
El origen de virus mutantes
Mutaciones espontaneas
En algunos virus, las tasas de mutaci6n pueden ser tan elevadas como 1o-3 a 10-4
por nucle6tido incorporado (por ej., en retrovirus, como el virus de la inmunodeficiencia humana o VIH), mientras que en otros pueden ser tan bajas como I0-8 a I0- 11 (por
ej., en herpesvirus), lo que es semejante a las tasas de mutaci6n en el ADN celular.
Estas diferencias se deben a los mecanismos de la replicaci6n gen6mica, con tasas de
error generalmente superiores para las ARN polimerasas ARN-dependientes que para
las ADN polimerasas ADN-dependientes. Algunas polimerasas de virus ARN tienen
funci6n de correcci6n de errores, pero por lo general las tasas de mutaci6n son considerablemente mas elevadas en los virus ARN que en los virus ADN. Para un virus, una
mutaci6n es una bendici6n contradictoria.
La capacidad de generar variantes antigenicas que puedan escapar de la respuesta
inmunitaria es una ventaja clara, pero las mutaciones tambien originan muchas particulas defectivas, pues la mayoria de las mutaciones son deletereas. En los casos mas
extremos (por ej., VIH), la tasa de error es de 10-3 a I0-4 por nucle6tido incorporado.
El genoma de VIH tiene aproximadamente 9,7 kb, por lo que habra de 0,9 a 9,7 mutaciones en cada genoma copiado. Por tanto, en este caso, el virus silvestre realmente
consta de un tipo mayoritario y pasajero que domina el equilibria dinamico (esto es,
una poblaci6n de genomas) presente en todos los cultivos del virus. Estas mezclas de
variantes moleculares se conocen como cuasiespecies y tambien ocurren en otros virus ARN (por ej., picornavirus). Sin embargo, la mayoria de los tipos virales que integran una cuasiespecie no seran infectivos o tendran serias desventajas y por tanto seran
rapidamente eliminados de la poblaci6n replicante. Este mecanismo es una fuerza importante en la evoluci6n de los virus (ver Evoluci6n y Epidemiologia).
Principios de virologia molecular
Mutaciones inducidas
Historicamente, la mayor parte de los amilisis geneticos de virus se han realizado
con virus mutantes aislados de poblaciones tratadas con mutagenos. Los mutagenos se
pueden dividir en dos tipos:
• Los mutagenos in vitro que modifican quimicamente los acidos nucleicos y no requieren replicacion para ser activos. Ejemplos de ellos incluyen el acido nitroso, la
hidroxilamina y los agentes alquilantes (por ej., nitrosoguanidina).
• Los mutagenos in vivo requieren acidos nuclei cos metab6licamente activos (es decir, replicando) para ejercer su actividad. Estos compuestos se incorporan en los
acidos nucleicos de nueva sintesis y causan mutaciones que se introducen durante
las sucesivas rondas de replicaci6n. Ejemplos de ellos son los analogos de nucle6sidos como el 5-bromouracilo que produce emparejamientos eiToneos de pares de
bases; agentes intercalantes (por ej., colm·antes de acridina) que se intercalan entre
las bases causando inserciones y deleciones, y la radiaci6n UV, que causa la formacion de dimeros de pirimidina que son escindidos del ADN por mecanismos de
reparacion que son mucho mas proclives a introducir eiTores que las enzimas habitualmente utilizadas en la replicacion del ADN.
Los experimentos que implican mutagenos quimicos adolecen de los siguientes
inconvenientes:
La seguridad es importante, pues los mutagenos son carcin6genos y son frecuentemente muy t6xicos. Es desagradable trabajar con estos compuestos .
• Es necesario ajustar cuidadosamente la dosis utilizada de mutageno para producir
un promedio de 0,1 mutaciones por genoma, de lo contt·ario los virus resultantes
contendran numerosas mutaciones que pueden complicar la interpretacion del
fenotipo . Por tanto, muchos de los virus que resulten no contendran ninguna mutacion, y el cribado de mutantes puede resultar muy laborioso.
• No hay control de d6nde se producen las mutaciones, y a veces es dificil o imposible aislar mutaciones en un gen particular o en una region de interes.
•
Por estas razones, los metodos biologicos moleculares especificos de sitio, como la
mutagenesis dirigida por oligonucleotidos o basada en PCR, son ahora mucho mas
frecuentemente utilizados. Junto con las tecnicas como la digestion enzimatica (para
crear deleciones) y el «linker scanning» (para crear inserciones), actualmente es posible introducir casi cualquier tipo de mutaci6n con precision y seguridad en cualquier
sitio especifico de un genoma virico.
pos Cle mutantes viricos
El fenotipo de un mutante virico depende del tipo de mutacion(es) que tiene y tambien de su localizacion en el genoma. Cada una de las clases de mutaciones que se
citan a continuacion pueden ocuiTir de forma natural o ser inducidas artificialmente en
v1rus:
Genomas
• Marcadores bioquimicos: esta categoria incluye mutaciones de resistencia a drogas; mutaciones especificas que originan alteracion de la virulencia; polimorfismos
que resultan en movilidad electroforetica alterada de proteinas o de acidos nucleicos,
y sensibilidad alterada a agentes inactivantes.
• Deleciones: estas son similares en cierto modo a los mutantes sin sentido (ver a
continuacion) pero pueden incluir uno o mas genes viricos y afectan a regiones no
codificantes del genoma (promotores, etc.). Los mutantes por delecion espontanea
a menudo se acumulan en las poblaciones viricas como particulas defectivas interfirientes. Se considera que estos genomas deficientes en propagacion, pero no necesariamente inertes, pueden ser importantes estableciendo el curso y la patogenesis de algunas infecciones viricas (ver Capitulo 6). Las deleciones geneticas solo
pueden revertir al tipo silvestre por recombinacion, lo que generalmente sucede a
frecuencias comparativamente bajas. Los mutantes de delecion son muy utiles para
asignar relaciones de estructura-funcion a los genomas viricos, ya que se mapean
facilmente por analisis fisico.
• Rango de huesped: este termino puede aplicarse tanto al hospedador animal como
al tipo celular permisivo in vitro. Mutantes condicionales de esta clase han sido
aislados utilizando celulas supresoras ambar (sobre todo con fagos, pero tambien
con virus animales utilizando sistemas in vitro).
• Sin sentido: estas resultan de alteraciones de las secuencias codificantes de una
proteina que generan uno de los tres codones de parada de la traduccion (UAG,
ambar; UAA, ocre; UGA, opalo). La traduccion se termina, resultando la produccion de un fragmento amino-terminal de la proteina. El fenotipo de estas mutaciones puede ser suprimido mediante la propagacion del virus en una celula (bacteriana o, mas recientemente, animal) con ARNt supresores alterados. Las mutaciones
sin senti do tienen rara vez «filtraciones» (es decir, la funcion normal de la proteina
esta completamente eliminada) y solo pueden revertir al tipo silvestre en el sitio
original (ver mas adelante). Por lo tanto, generalmente muestran una baja frecuencia de reversiones.
• Morfologia de placa (o calva): los mutantes de este tipo pueden ser mutantes de
placa grande, que replican mas rapidamente que el tipo Silvestre, 0 mutantes de
placa pequefia, que son lo contrario. El tamafio de placa esta a menudo relacionado
con un fenotipo sensible a la temperatura (s.t.) (ver despues). Estos mutantes son
con frecuencia utiles como marcadores no seleccionados en cruces multifactoriales.
• Sensibilidad a temperatura (s.t.): este tipo de mutacion es muy util, ya que permite aislar mutantes letales condicionales, un modo potente de examinar genes virales
que son esenciales para la replicacion y cuya funcion no puede ser interrumpida de
otro modo. Las mutaciones s.t. a menudo resultan de mutaciones de cambio de
sentido en proteinas (por ej., sustituciones de aminoacidos), produciendo proteinas
de tamafio completo con sutiles alteraciones en su conformacion que pueden funcionar a bajas (permisivas) temperaturas, pero no a altas (no permisivas). Generalmente las proteinas mutantes estan inmunologicamente sin alterar, lo que con frecuencia es un atributo util. Estas mutaciones tienen a menudo «filtraciones», es
Principios de virologfa molecular
decir, algo de Ia actividad normal se mantiene, incluso a temperaturas no permisivas.
Por el contrario, la funcion de la proteina esta a menudo afectada, incluso a temperaturas permisivas; por lo tanto, un problema con este tipo de mutaci6n es su alta
frecuencia de reversion, porque los virus silvestres replican mas rapidamente que
los mutantes. En algunos virus (por ej., reovirus, virus influenza), muchos mutantes
s.t. se han derivado a lo largo de los afios de cada uno de los genes virales, lo que
permitio un analisis genetico completo de estos genomas antes del advenimiento de
Ia biologia molecular.
• Sensibilidad al frio (s.f.): estos mutantes son lo contrario de los mutantes s.t. y son
muy utiles con bacteri6fagos y virus de plantas cuyas celulas hospedadoras pueden
propagarse a bajas temperaturas, pero son menos utiles con virus animales porque
sus celulas hospedadoras generalmente no crecen a temperaturas inferiores a Ia
normal.
• Revertientes: una mutacion reversa es un tipo valido de mutaci6n por propio derecho. La mayoria de las clases anteriores pueden sufrir una mutacion reversa, que
pueden ser simplemente «mutaciones de retroceso» (es decir, correctoras de Ia mutacion original) o «mutaciones compensatorias», que pueden estar fisicamente distantes de Ia mutacion original, e incluso no necesariamente en el mismo gen de la
mutacion original.
SUPRESION
Supresion es la inhibicion de un fenotipo mutante por una segunda mutacion
supresora, que puede estar bien en el genoma virico, bien en el de Ia celula hospedadora.
Es importante sefialar que este mecanismo de supresion no es el mismo que el de Ia
supresi6n de mutaciones ambar terminadoras de cadena por RNAt supresores codificados por el hospedador (ver comentarios anteriores), que podria ser denominada «supresi6n infmmacional». La supresion genetica resulta en un fenotipo aparentemente
silvestre en un virus que aun es geneticamente mutante; una pseudorreversion . Este
fen6meno ha sido mejor caracterizado en sistemas procariotas. Mas recientemente se
han descubierto algunos ejemplos en virus animales - reovirus, vacuna, influenza-,
donde Ia supresi6n se ha observado en una vacuna atenuada, produciendo un virus
aparentemente virulento, una observacion que podria ser medicamente impmiante. La
supresion puede ser tambien biologicamente importante a! permitir a un virus superar
el efecto deletereo de mutaciones y ser por tanto positivamente seleccionado. Los virus
mutantes pueden revertir a su fenotipo miginal por tres vias :
1. Mutaci6n de regreso sobre la mutacion original, que da Iugar a un genotipo/fenotipo
silvestre (verdadera reversion).
2. Una segunda mutacion compensatoria que ocurra en el mismo gen que Ia mutacion
original, por tanto corrigiendola; por ejemplo, una segunda mutaci6n que provoque
un corrimiento del marco de lectura y restaure Ia pauta de lectura original (supresi6n intragenica).
Genom as
3. Una mutacion supresora en un gen virico diferente o en un gen del hospedador
(supresion extragenica).
INTERACCIONES GENETICAS ENTRE VIRUS
Las interacciones geneticas entre virus a menudo ocurren naturalmente, pues los
organismos hospedadores frecuentemente son infectados por mas de un virus; sin embargo, estas situaciones son generalmente demasiado complicadas para ser analizadas
con exito. Experimentalmente se pueden analizar las interacciones geneticas en infecciones mixtas (superinfecciones) de celulas en cultivo. De este tipo de experimentos
se pueden obtener dos tipos de informacion:
•
•
La asignacion de mutantes a dos grupos funcionales conocidos como grupos de
complementacion .
El ordenamiento de mutantes en un mapa genetico lineal mediante analisis de frecuencias de recombinacion .
La complementacion resulta de la interaccion de productos de genes viricos durante la superinfeccion, que causa un incremento de produccion de uno o ambos virus
parentales, mientras que ambos virus se mantienen sin modificar geneticamente. En
esta situacion, uno de los virus en una infeccion mixta provee de un producto de un
gen funcional para otro virus que es defectivo en dicha funcion (Figura 3.2). Si dos
mutantes son defectivos en la misma funcion, no se produce el incremento en la
replicacion y se dice que ambos estan en el mismo grupo de complementacion. La importancia de esta prueba radica en que permite un analisis funcional de mutaciones
desconocidas cuando se conoce la base bioquimica de cualquiera de las mutaciones de
un grupo de complementacion particular. En teoria, el numero de grupos de
complementacion es igual al numero de genes en un genoma virico. En la practica
existen generalmente menos grupos de complementacion que genes, ya que las mutaciones en algunos genes son siempre letales y en otros son no esenciales y por tanto no
pueden puntuar en este tipo de test. Hay dos tipos posibles de complementacion:
•
Complementacion alelica (intragenica), que ocurre cuando diferentes mutantes tienen defectos complementarios en la misma proteina (es decir, en diferentes dominios funcionales) o en distintas subunidades de una proteina multimerica (aunque
esto es raro ).
• Complementacion no alelica (intergenica), que resulta de mutantes con defectos en
diferentes genes, y es el tipo mas comun.
La complementacion puede ser asimetrica; esto es, solo uno de los virus parentales
(mutantes) replicara. Puede tratarse de una restriccion parcial o absoluta. Cuando la
complementacion ocurre naturalmente, lo habitual es que un virus silvestre competente en replicacion rescate a un mutante defectivo en replicacion. En estos casos el tipo
silvestre se denomina un «virus auxiliar», como en el caso de los retrovirus transformantes defectivos que contienen oncogenes (ver Figura 3.3 y Capitulo 7).
Principios de virologfa molecular
GrupoA:
Todos los virus en el grupo
contienen mutaciones en el:
Gen 2
GrupoB:
Gen 1
GrupoC:
Gen 6
Figura 3.2 Los grupos de complementaci6n de virus influenza (u otro) contienen todos una mutaci6n
en el rnismo gen virico, hacienda imposible el rescate de otro genoma virico mutante del mismo grupo
de complementaci6n.
La recombinacion es la interacci6n fisica entre genomas viricos durante una
superinfecci6n, que da origen a una combinaci6n de genes no presente en ninguno de
los parentales. Existen tres mecanismos por los cuales esto puede ocurrir, dependiendo
de la organizaci6n del genoma virico:
• Recombinacion intramolecular por rotura de cadenas y religamento: este proceso ocurre en todos los virus ADN y virus ARN que replican a traves de un intermediario de ADN. Se piensa que es mediado por enzimas celulares, ya que no se
han aislado virus mutantes con defectos especificos en recombinaci6n.
• Recombinacion intramolecular por «seleccion de copia»: este proceso sucede
en virus ARN (se conoce en picornavirus desde los aiios 60, pero se ha descrito
tambien recientemente en otros grupos de virus, como coronavirus), probablemente por un mecanismo en el que la polimerasa virica cambia de cadena molde durante la sintesis del genoma. Los detalles moleculares de este proceso no se conocen
bien. Existen enzimas celulares que podrian estar involucradas (por ej., enzimas de
«splicing» ode corte y empalme), pero es poco probable, y se piensa que el proceso sucede basicamente al azar. A menudo se generan de este modo particulas
defectivas interfirientes (D.I.) en infecciones por virus ARN (ver Capitulo 6).
Genomas
Virus tipo silvestre
(competente en replicaci6n)
A
c
B
D~===============:::JD - - -
Virus mutante
{d:ectivo en repli~ci6n)
0
Gen delecionado
/
D~============D
lnfecci6n mixta
D
D
+
D
D
@
Figura 3.3 Los virus auxiliares son virus competentes en replicaci6n. que son capaces de rescatar
genomas defectivos en replicaci6n en una infecci6n mixta, permitiendo su multiplicaci6n y diseminaci6n.
• Reordenamiento: En virus con genomas segmentados, los segmentos gen6micos
pueden ser barajados al azar durante una superinfeccion. Los virus progenie reciben al menos uno de cada uno de los segmentos gen6micos, pero probablemente no
solo de un virus parental. Por ejemplo, el virus influenza tiene ocho segmentos
gen6micos; por tanto, en una infecci6n mixta se podrian producir 28 = 256 virus
progenie posibles. Nose comprenden bien los mecanismos de empaquetamiento en
estos virus (ver Capitulo 2), pero pueden estar involucrados en la generaci6n de
virus con reordenamientos.
En las recombinaciones intramoleculares, la probabilidad de que se produzca una
rotura-reuni6n o un salto de cadena entre dos marcadores (resultando una recombinaci6n) es proporcional a la distancia fisica entre ellos; por tanto, los pares de marcadores pueden ser ordenados a lo largo de un mapa genetico lineal, con distancias medidas
en «unidades de mapa» es decir, porcentaje de frecuencia de recombinaci6n). En los
reordenamientos, la frecuencia de recombinaci6n entre dos marcadores es, o muy elevada (indicando que los marcadores estan en dos segmentos gen6micos diferentes) o
comparativamente baja (lo que significa que estan en el mismo segmento). Esto es asi
porque la frecuencia de reordenamiento generalmente sobrepasa la frecuencia mas baja
de las recombinaciones intermoleculares entre cadenas.
La reactivaci6n es la producci6n de pro genie infecciosa (recombinante) a partir de
genomas viricos parentales no infecciosos. Este proceso ha sido demostrado in vitro y
Principios de virologia molecular
puede ser importante in vivo. Por ejemplo, se ha sugerido que el rescate de provirus
defectivos, largo tiempo latentes, de VIH durante el prolongado curso clfnico del sindrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), puede ser origen de un incremento en
la diversidad antigenica y contribuir a la patogenesis de la enfermedad. La recombinacion ocurre frecuentemente en la naturaleza; por ejemplo, los reordenamientos en los
genomas de los virus influenza han causado epidemias de afectacion mundial
(pandemias) que han matado a millones de personas (Capitulo 6). Esto convierte a
estas interacciones geneticas en asuntos de considerable interes pnictico y no simplemente un tema academico esteril.
INTERACCIONES NO GENETICAS ENTRE VIRUS
Se producen diversas interacciones no geneticas entre virus que pueden afectar al
producto y a la interpretacion de los resultados de los cruces geneticos. Las celulas
eucariotas tienen un genoma diploide con dos capias de cada cromosoma, cada uno
de ellos conteniendo su propio alelo del mismo gen. Los dos cromosomas pueden diferir en marcadores alelicos en muchos loci. En el caso de los virus, solo los retrovirus
son verdaderamente diploides, con dos copias completas del genoma entero, pero algunos virus ADN, como los herpesvirus, contienen secuencias repetidas y son por lo
tanto parcialmente heterocigoticos. En unos pocos virus (principalmente envueltos),
el empaquetamiento aberrante de multiples genomas puede generar ocasionalmente
particulas multiploides, que son heterocigoticas (por ej., hasta un 10% de las particulas
del virus de la enfermedad de Newcastle). Este proceso se conoce como heterocigosis
y puede contribuir ala complejidad genetica de una poblacion virica.
Otra interaccion no genetica que se ve comunmente entre los virus es la interferencia. Este proceso es el resultado de !a resistencia ala superinfecci6n por parte de un
virus que se observa en celulas ya infectadas par otro virus. La interferencia homologa
(es decir, contra el mismo virus) a menudo es el resultado de Ia presencia de particulas
D.I. que compiten por componentes celulares esenciales y bloquean la replicacion. Sin
embargo, la interferencia puede tambien resultar de otros tipos de mutacion (por ej. ,
mutaciones dominantes s.t.) o por secuestro de receptores virales debido ala produccion de protein as viricas de adhesion por virus ya presentes en el interior de la celula
(par ej., en el caso de retrovirus aviares).
Las mezclas fenotipicas pueden oscilar des de casas extremos, en los que el genoma
de uno de los virus esta completamente contenido en la capside o envuelta de otro
(pseudotipo), hasta casas mas sutiles, en los que Ia capside/envuelta de la progenie
contiene una mezcla de proteinas de ambos virus. Esta mezcla confiere a los virus
progenie unas propiedades fenotipicas (por ej ., el tropismo celular) dependientes de
las proteinas incorporadas en las particulas, sin ningun cambio genetico. Las generaciones posteriores de virus heredan y muestran los fenotipos parentales originales.
Este proceso puede ocurrir fac ilmente en virus con capsides desnudas (no envueltas)
que esten estrechamente relacionados (par ej ., diferentes cepas de enterovirus) o en
virus envueltos que no necesitan estar relacionados uno con el otro (Figura 3.4). En
Genomas
Virus A:
GenomaA
CapsideA
Virus B:
Genoma B
Capside B
®
®
lnfecci6n mixta
®
~
,....
Virus A
~
~
~
i®
~
® ~®
Virus B
Virus A
Progenie de viriones
mezclados
fenotipicamente
Segundo pase:
el fenotipo
lo determina
el genoma viral
Virus B
Figura 3.4 La mezcla fenotipica se produce en infecciones mixtas, originando particulas viricas geneticamente sin modificar que tienen ciertas propiedades del otro tipo parental.
este ultimo caso, el fen6meno se debe ala incorporaci6n de diferentes glicoproteinas
viricas ala envuelta, originando un nuevo fenotipo. El rescate de retrovirus defectivos
en replicaci6n por un virus auxiliar es una forma de pseudotipado. La mezcla fenotipica
ha demostrado ser una herramienta eficaz para examinar las propiedades biol6gicas
de los virus. El virus de la estomatitis vesicular (VSV) nipidamente forma pseudotipos
conteniendo glicoproteinas de envuelta de retrovirus, resultando un virus formador
de placas con las propiedades del VSV, pero con el tropismo celular de un retrovirus.
Este truco se ha utilizado para estudiar el tropismo celular de VIH y de otros retrovirus.
GENOMAS «GRANDES» DE ADN
Varios grupos de virus tienen genomas de ADN de doble cadena de considerable
tamafio y complejidad. En muchos aspectos, estos virus son geneticamente muy similares a las celulas hospedadoras a las que infectan. Dos ejemplos son los miembros de
las familias Adenoviridae y Herpesviridae. Herpesviridae es una gran familia que contiene mas de 100 miembros diferentes, al menos uno para la mayoria de especies animales que se han examinado basta el momento. Existen ocho herpesvirus humanos,
todos los cuales comparten una estructura gen6mica com(m, pero que difieren en deta-
Principios de virologia molecu lar
lies pequefios de su organizaci6n gen6mica y a nivel de la secuencia nucleotidica. La
familia se divide en tres subfamilias en funcion de la secuencia nucleotidica y de sus
propiedades biol6gicas (Tabla 3.1).
Los virus herpes tienen genomas muy gran des, de hasta 235 kpb de ADN bicatenario,
lineal, que consisten en particulas viricas grandes y complejas, con unos 35 polipeptidos
por virion. Todos estos virus codifican una variedad de enzimas implicadas en el metabolismo de los acidos nucleicos, la sintesis de ADN y el procesamiento de proteinas
(por ej., proteina kinasas). Los diferentes miembros de la familia estan ampliamente
separados en terminos de secuencia genomica y de protefnas, pero todos ellos son
similares en terminos de estructura y de organizaci6n gen6mica (Figura 3.5a). Algunos
genomas de herpesvirus, pero no todos, consisten en dos secciones covalentemente
unidas, una region l'mica larga (UL) y otra {mica corta (Us), cada una flanqueda por
repeticiones invertidas. Las repeticiones permiten reorganizaciones estructurales de
las regiones {micas; por tanto, estos genomas existen como mezclas de cuatro is6meros,
todos ellos funcionalmente equivalentes (Figura 3.5b). Los genomas de los virus herpes tambien contienen multiples secuencias repetidas y, dependiendo del numero de
estas, el tamafio de los genomas de distintos aislados de un virus particular puede
variar en hasta 10 kpb.
El miembro prototipo de la familia es el virus herpes simplex (VHS), cuyo genoma
consiste aproximadamente en 152 kpb de ADN bicatenario, y su secuencia nucleotfdica
completa ya ha sido determinada. Este virus contiene unos 80 genes, densamente empaquetados y con marcos de lectura solapados; no obstante, cada gen se expresa controlado por su propio promotor (ver discusi6n sobre adenovirus, mas adelante). La
mayor patie. de los ocho genomas de herpesvirus humanos ya ha sido completamente
Alphaherpesviriuae
lnfecciones latentes en ganglios sensitivos; tamafw del genoma de 120 a 180 kpb
Simplexvirus
Virus herpes humanos 1 y 2 (VHS-1, VHS-2)
Varicellovirus
Virus herpes humano 3 0/VZ)
Betaherpesvirinae
Rango de hospedador restringido; tamafzo del genoma de 140 a 235 kpb
Cytomegalovirus
Virus herpes humano 5 (CMVH)
Muromegalovirus
Citomegalovirus murino 1
Roseolovims
Virus herpes humanos 6 y 7 (VHH-6 y VHH-7)
Gammaherpesvirinae
lnfectan celulas de estirpe linfoblastica; tamaiio del genoma de 105 a 175 kpb
Lymphocryptovirus
Virus herpes humano 4 (VEB)
R11adinovirus
Virus herpes humano 8 (VHH-8)
Genomas
(a)
0
50
100
152
kbp
Figura 3.5 (a) Genomas de algunos virus herpes (por ej ., virus herpes simplex) en dos secciones
covalentemente unidas, UL y Us, cada una de ellas flanqueda por repeticiones invertidas. (b) Esta organizaci6n permite la formaci6n de cuatro formas isomericas diferentes del genoma.
secuenciada. Las secuencias nucleotidicas estan siendo utilizadas cada vez mas como
un criterio principal en la clasificaci6n de los virus herpes; por ejemplo, en el caso del
recientemente descubierto virus herpes humano 8 (VHH-8; ver Capitulo 8). Antes del
desarrollo de la secuenciaci6n de nucle6tidos, el genoma de VHS ya habia sido intensamente mapeado por ana.Iisis genetico convencional, incluido el estudio de un amplio
nttmero de mutantes s.t. El genoma de VHS es probablemente el genoma virico complejo mas intensamente estudiado.
En contraste con los virus herpes, los genomas de los adenovirus consisten en
ADN bicatenario lineal de 30 a 38 kpb, variando el tamafio exacto de unos grupos a
otros. Estos genomas viricos contienen de 30 a 40 genes (Figura 3.6). La secuencia
terminal de cada cadena de ADN es una repetici6n invertida de 100 a 140 pb; por
tanto, las cadenas simples desnaturalizadas pueden constituir estructuras en forma
de bucle de cadena sencilla selladas por extremos de cadena doble. Estas estructuras
son importantes para Ia replicaci6n del ADN, ya que existe una proteina de 55 kDa
conocida como proteina terminal, que esta unida covalentemente al extremo 5' de
cada cadena. Durante la replicaci6n del genoma, esta proteina actlla como cebador,
iniciando Ia sintesis de las nuevas cadenas de ADN. Aunque los genomas de adenovirus son considerablemente mas pequefios que los de los herpesvirus, Ia expresi6n
de su informacion genetica es bastante mas compleja. La expresi6n de grupos de
genes es controlada por unnumero limitado de promotores compartidos. Se generan
multiples ARNm por mecanismos de «corte y empalme» («splicing») y patrones
altemativos de este proceso se utilizan para expresar una diversidad de polipeptidos
de cada promotor (ver Capitulo 5).
Principios de virologia molecular
Genes precoces
inmediatos
Proteina
terminal \
5'
Genes tardios
If
) -- - - - - - - - - - - - - - - - - - --
3'
3'---------------------~
t_____j
Genes precoces
0
5
10
Genes precoces
15
20
25
5
\
Genes precoces
30
cadena derecha
, cadena izquierda
Proteina
terminal
35 36-39
kbp
Figura 3.6
Organizaci6n del genoma de adenovirus.
GENOMAS «PEQUENOS» DE ADN
El fago Ml3 de enterobacterias fue ya mencionado en el Capitulo 2. El genoma de
este fago consta de 6,4 kb de ADN monocatenario, de sentido (+), circular, que contiene diez genes. A diferencia de Ia mayoria de los viriones icosaedricos, las capsides
filamentosas de M13 pueden expandirse mediante Ia adicion de mas subunidades proteicas. En consecuencia, el tamaiio de su genoma tambien puede aumentarse mediante
Ia adicion de secuencias extras en Ia region intergenica no codificante, sin que resulte
incapaz de ser empaquetado en Ia capside. En otros bacteri6fagos, los limites de empaquetamiento son mucho mas estrictos; por ej emplo, en el fago A, solo ADN entre aproximadamente 95 y 110% (46-54 kpb) del tamaiio normal del genoma (49 kpb) puede ser
empaquetado en Ia particula virica. No todos los bacteri6fagos tienen genomas tan
simples como M13; por ejemplo, el genoma del fago A tiene aproximadamente 49 kpb
y el fago T4 consta de 160 kpb de ADN bicatenario. Estos dos ultimos bacteri6fagos
tambien ilustran una caracteristica comlin de los genomas viricos lineales; Ia importancia de las secuencias presentes en los extremos del genoma.
En el caso del fago A, el sustrato empaquetado en los cabezas del fago durante el
ensamblaje consisten en largos concatemeros de ADN fagico que se producen durante
las ultimas etapas de la replicacion vegetativa. El ADN es aparentemente enrollado
dentro de Ia cabeza del fago, y cuando se ha incorporado una secuencia genomica
completa, el ADN es digerido a nivel de secuencias especificas por una endonucleasa
codificada por el fago (Figura 3.7). Esta enzima deja un extremo 5' protuberante de
12 pb en cada final de las cadenas digeridas, conocido como el sitio cos. La formacion
de puentes de hidrogeno entre estos «extremos cohesivos» puede originar Ia formacion
de una molecula circular. En una celula nueva infectada, los huecos a cada !ado del
sitio cos son cerrados por una ADN ligasa, y es este ADN circular el que experimenta
una replicacion vegetativa o una integracion en el cromosoma bacteriano.
El fago T4 de enterobacterias ilustra otro aspecto molecular de ciertos genomas
viricos lineales: Ia redundancia terminal. La replicacion del genoma de T4 tambien
Genomas
Digesti6n por endonucleasa
de concatemeros gen6micos
1
lntegraci6n en el
genoma celular
Figura 3.7 Los extremos cohesivos de los sitios cos en el genoma del bacteri6fago A son unidos entre
si en las celulas nuevamente infectadas para formar una molecula circular. La integraci6n de esta forma
circular en el cromosoma de Escherichia coli ocurre por un reconocimiento especifico y digestion a
nivel del sitio att en el genoma del fago.
produce largos concatemeros de ADN. Estos son digeridos por una endonucleasa especifica, pero a diferencia del fago A., las longitudes de los ADNs incorporados en la
particula son algo mas largos que el genoma completo (Figura 3.8); por lo tanto, algunos genes estan repetidos en cada extremo del genoma y el ADN empaquetado en la
particula fagica contiene informacion repetida. jLos genomas de bacteri6fagos no son
necesariamente tan pequefios ni tan simples!
Como otros ejemplos de genomas pequefios de ADN consideraremos dos grupos de
virus animales: los parvovims y los poliomavirus. Los genomas de parvovirus son de
ADN lineal, no segmentado, monocatenario, de unas 5 kb. La mayoria de las heb~as de
ADN empaquetadas en los viriones son de polaridad (- ), pero algunos parvovirus
empaquetan cantidades iguales de cadenas (+) y (- ), y parece ser que todos empaquetan al menos una proporci6n de cadenas de polaridad (+). Estos son genomas muy
Principios de virologia molecular
A'YB
...
A
B
c
c
D
E A
B'YC
D
E A
B C'YD
E A
B
D
E A
B
c
D
E A
B
c
E A
B
...
...
j
B
A
B
c
c
D
E A B
D
E A
D
c
c
D
E
D
E
Digestion por endonucleasa
de concatemeros gen6micos
B
c
c
D
E A
B
D
E A
B
c
Reparaci6n de extremos cortados
y generaci6n de redundancia terminal
A
B
A
B
c
c
D
E A B
D
E A
B
B
~·
c
c
D
E A
B
D
E A
B
c
c
ADN gen6mico
Figura 3.8 La redundancia terminal en el genoma del bacteri6fago T4 origina la repetici6n de cierta
informacion genetica.
pequefios, e incluso los parvovirus competentes en replicacion contienen solo dos genes:
rep, que codifica proteinas implicadas en la transcripcion, y cap, que codifica las proteinas de la capside. No obstante, la expresion de estos genes es bastante compleja,
pareciendose al patron visto en los adenovirus, con multiples fenomenos de «splicing»
en cada gen (Capitulo 5). Los extremos del genoma tienen secuencias palindromicas
de unos 115 nt, que forman horquillas (Figura 3.9). Estas estructuras son esenciales
para la iniciacion de la replicacion del genoma, de nuevo enfatizando la importancia
de las secuencias en los extremos del genoma.
Los genomas de los poliomavirus consisten en moleculas de ADN bicatenario y circular de aproximadamente 5 kpb. La arquitectura del genoma de poliomavirus (es decir,
el numero y ordenamiento de los genes y la funcion de las sefiales y sistemas reguladores) ha sido estudiado con gran detalle a nivel molecular. Dentro de las particulas, el
ADN virico adopta una forma superenrollada y esta asociado con cuatro histonas celulares: ];I2A, H2B, H3 y H4 (ver Capitulo 2). La organizacion genomica de estos virus ha
evolucionado para empaquetar la maxima informacion (seis genes) en el minima espacio
(5 kpb). Esto se ha logrado utilizando ambas cadenas del ADN genomico y genes
solapantes (Figura 3.10). VPI esta codificada por un marco abierto de lectura (ORF)
Genomas
T
TT
C-G- 50
C-G
A- T
G- C
C- G
G-C
G- C 40
G-C
20
I
I
C- GGCCTCAGTGAGCGAGCGAGCGCGCAGAGAGGGAGTGGCCAA3'
T I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
G- CCGGAGTCACTCGCTCGCTCGCG CGTCTCTCCCTCACCGGTTGAGGTAGTGA TCCCCAAGGAS'
C-G
I
I
G-C
100
120
G- C
G-G- 80
C-G
C-G
C- G
G- C
A A
A
Figura 3.9 Las secuencias palindr6rnicas en los extremos de los genomas de parvovirus generan estructuras en horquilla implicadas en la iniciaci6n de Ia replicaci6n.
exclusivo, pero los genes VP2 y VP3 se superponen de manera que VP3 esta contenido
dentro de VP2. El origen de replicaci6n esta rodeado de regiones no codificantes que
controlan la transcripci6n. Los poliomavirus tambien codifican antigenos T, que son proteinas que pueden ser detectadas por sueros de animates con tumores inducidos por
poliomavirus. Estas proteinas se unen al origen de replicaci6n y muestran actividades
Origen de
replicaci6n
Figura 3.10 La organizaci6n compleja del genoma de los poliomavirus permite Ia compresi6n de
mucha informacion genetica en una secuencia relativamente corta.
Principios de virologfa molecular
complejas, en las que estan comprendidas tanto la replicaci6n del ADN como la transcripci6n de los genes virales. Este tema se expone mas ampliamente en el Capitulo 7.
VIRUS ARN DE CADENA POSITIVA
El tamafio maximo de los genomas viricos de ARN monocatenario esta limitado
por la fragilidad del ARN y la tendencia de las cadenas largas a romperse. Ademas, los
genomas de ARN tienden a tener tasas de mutaciones superiores que los de ADN,
porque son copiados con menos precision. Esta tendencia ha dirigido a los virus ARN
hacia genomas pequeiios. Los genomas de ARN monocatenarios oscilan en tamaiios
que van desde los de los coronavirus, que tienen aproximadamente 30 kb de longitud,
hasta los de los bacteri6fagos como MS2 y Qj3, de unos 3,5 kb. Aunque miembros de
distintas familias, Ia mayoria de los virus ARN de vertebrados comparten aspectos
comunes referentes a la biologia de sus genomas. En concreto, el ARN virico de polaridad (+) purificado es directamente infectivo cuando se aplica a celulas hospedadoras
susceptibles en ausencia de cualquier proteina virica (aunque es aproximadamente un
mi116n de veces menos infectivo que Ia particula virica). Al examinar las propiedades
de estas familias, se observa que aunque los detalles de Ia organizaci6n gen6mica varian, se repiten siempre algunos moti vos (Figura 3.11 ).
Picornavirus
5,
5' UTR Proteinas
estructurales
®-1
Proteinas
3' UTR
no estructurales / 3'
j
j j-poli (A)
Togavirus
5
,
5' UTR Proteinas
I no estructurales
Proteinas
estructurales
@-1_._1_______,__
3' UTR
/ ,
3
_,.""'--""'-""-"''-=-'~-='-"--':Jl,.,._,j-poli (A)
Flavivirus
,
5' UTR Proteinas
I estructurales
@--11
5
[
3' UTR
Proteinas
no estructurales
1
/
3'
I
Coronavirus
5'
Proteinas
no estructurales
@--1~~============~======================~~--J : __ _ __ _ __
___J_ __ _ _ __ _ _ _ __ _ _----'
Proteinas
estructurales
Figura 3.11
Organizaci6n gen6mica de virus ARN de cadena positiva.
3' (A)
-poli
Genom as
Picornavirus
El genoma de los picornavirus consiste en una molecula de ARN monocatenario, de
polaridad (+),con una longitud entre 7,2 kb en los rinovirus humanos (RVH) a 8,5 kb en
el virus de la fiebre aftosa o glosopeda («foot-and-mouth disease virus» en ingles), que
posee una serie de propiedades conservadas en todos los picornavirus:
• Existe una region no traducida larga («untranslated region», UTR, en ingles)
( 600-1.200 nt) en el extrema 5' que es importante en la traduccion, virulencia y
posiblemente encapsidaci6n, asi como una region no traducida mas corta en 3'
(50-100 nt), que es necesaria para la sintesis de la cadena (-)durante la replicacion.
• La UTR en 5' contiene una estructura secundaria en forma de hoja de trebol conocida como sitio internode union al ribosoma («in ternal ribosomal entry site», IRES
en ingles) (Capitulo 5).
• El res to del genom a codifica una sola poliproteina de entre 2.100 y 2.400 aminoacidos.
• Ambos extremos del genoma estan modificados; el extrema 5' tiene unida covalentemente una proteina basica, VPg (23 aminoacidos) y el extrema 3' esta poliadenilado.
Togavirus
El genoma de togavirus esta compuesto por ARN monocatenario, no segmentado,
de polaridad (+),de aproximadamente 11 ,7 kb. Tiene las siguientes caracteristicas:
•
•
Se asemeja a unARNm celular en que tiene el extrema 5' con una caperuza («cap»)
metilada y secuencias 3' poli(A).
La expresi6n se logra mediante dos rondas de traducci6n, produciendo primero las
proteinas no estructurales, codificadas en la porci6n 5' del genoma, y despues las
proteinas estructurales, en la porci6n 3 '.
Flavivirus
El genoma de flavivims esta constituido por ARN de una sola cadena, de polaridad
(+), de unos 10,5 kb, con las siguientes propiedades:
Tiene una caperuza («cap») en 5' metilada, pero en la mayoria de los casas el ARN
no esta poliadenilado en su extrema 3 ' .
• La organizacion gen6mica difiere de lade los togavirus (ver antes) en que las proteinas estmcturales son codificadas en la porcion 5' del genoma, y las no estructurales en la porcion 3 '.
• La expresi6n es similar a la de los picornavirus, incluyendo la producci6n de una
poliproteina .
•
Principios de virolog fa molecular
Coronavirus
El genoma de coronavims consiste en un ARN monocatenario de polaridad (+),no
segmentado, con una longitud aproximada de 27 a 30 kb, la mas larga de cualquier
genoma virico de ARN. Tiene tambien las siguientes caracteristicas:
• Tiene un «cap» metilado en 5' y poli(A) en 3', y el ARNv funciona directamente
como un ARNm.
• El segmento 5' de 20 kb se traduce primero para producir una polimerasa viral, que
despues sintetiza una cadena completa de polaridad (-). Esta es utilizada despues
como molde para dar lugar a varios ARNm, como un conjunto anidado de transcritos,
todos ellos con una secuencia lider 5' no traducida identica de 72 nt y extremos
coincidentes 3' poliadenilados.
• CadaARNm es monocistronico, siendo traducidos los genes del extrema 5' ARNm
mas largo, y asi sucesivamente. Estas estructuras citoplasmaticas inusuales son producidas por la polimerasa durante la transcripci6n, y no por fen6menos de «splicing»
(modificaci6n post-transcripcional).
Virus de plantas ARN de polaridad (+)
La mayoria (pero no todas) las familias de vims de plantas tienen genomas ARN de
polaridad (+). El genom a de tobamovims vims del mosaico del tabaco (VMT) es un
ejemplo bien estudiado (Figura 3.12):
• El genoma del VMT es una molecula de ARN de 6,4 kb que codifica cuatro genes.
• Existe un «cap» metilado en 5 ', y el extrema 3' del genoma contiene extensas estmcturas secundarias, pero no secuencias poli(A) .
2
0
5'
I
Cap-
I
PoUmem" [
I
3
5
6
,
~
183k
126k
t
4
:
3'
-ARNthis
I
lectura a traves
30k
I
I
126k
I
183k
5'
Proteina de movimiento
3'
I
30k
5'
Proteina de capside
Figura 3.12
6,4 kb
I
o:z:m
Organizaci6n del genoma del virus del mosaico del tabaco (VMT).
3'
Genomas
•
La expresi6n es en cierto modo reminiscente de la de los togavirus, produciendo
proteinas no estructurales por traducci6n directa del ORF existente en la porci6n 5'
del genoma, y la proteina de la cubierta del virus y otras proteinas no estructurales
de dos ARNs subgen6micos codificados por la porci6n 3 '.
Las similitudes y diferencias entre genomas en esta clase senin consideradas mas
ampliamente al discutir sobre evoluci6n viral mas adelante yen el Capitulo 5.
VIRUS ARN DE POLARIDAD NEGATIVA
Los virus con genomas de ARN de sentido negativo tienen algo mas de diversidad
que los virus de polaridad positiva ya comentados. Posiblemente a causa de las dificultades en la expresi6n, tienden a tener genomas mas grandes codificando mas informacion genetica. Debido a ello, la segmentaci6n es una caracteristica frecuente, aunque
no general, de estos virus (Figura 3.13). Ninguno de estos genomas es infeccioso como
ARN purificado. Aunque recientemente se ha encontrado en algunas celulas eucari6ticas un gen que codifica una ARN polimerasa ARN dependiente, la mayoria de las
celulas no infectadas no contienen suficiente actividad de esta enzima para permitir
una infecci6n virica, y, debido a que un genoma de polaridad negativa no puede ser
traducido como un ARN mensajero sin la polimerasa virica empaquetada en cada particula, estos geriomas son efectivamente inertes. Algunos de los virus descritos en esta
secci6n no tienen estrictamente polaridad negativa, sino que tienen genomas con ambas polaridades o ambisense, con una porci6n de sentido (+) y otra de sentido (-).
Estrategias de codificaci6n en ambos sentidos se encuentran tanto en virus de plantas
(por ej ., el genero Tospovirus de los bunyavirus, y los tenuivirus como el virus del
rayado del arroz (rice stripe virus)) como en virus animales (el genero Phlebovirus de
los bunyavirus y los arenavirus).
Bunyavirus
Los miembros de la familia Bunyaviridae tienen ARN monocatenario, segmentado,
de polaridad (- ). El genoma tiene las siguientes propiedades:
• E.l genoma consta de tres moleculas: L (8,5 kb), M (5,7 kb) y S (0,9 kb).
• Las tres especies de ARN son lineales, pero en el virion aparecen circulares porque
sus extremos se mantienen unidos por emparejamientos de bases. Los tres segmentos
no se encuentran presentes en las preparaciones de virus en cantidades equimolares.
• Tienen en comun con todos los ARNs de polaridad (-) que los extremos 5' no
tienen caperuza y que los extremos 3' no estan poliadenilados.
• Los miembros de los generos Phlebovirus y Tospovirus difieren de los otros tres
generos en la familia (Bunyavirus, Nairovirus y Hantavirus) en que el segmento S
es bastante mayor y su organizaci6n gen6mica es diferente; ambisense, es decir, el
extremo 5' de cada segmento es de sentido (+), pero el extremo 3' es de sentido (- ). El
Principios de virologfa molecular
Bunyavirus
L
5'
L 3' L-------------~------------~
-N
M 3' i
G1
Is'
G2
5
3' 0
5'
3' [ [ ] 5'
0
-N
--+N55
z
~
5'
5
N55
--
Is'
3' 1
L
GP
Orthomyxovirus
,--------.
PB1
Gen 1
PB,
Gen2
Gen4
I
HA
Gen 5
[B[J
Gen 7
c:::::::J
Gen 8
D
M,IM1
Gen 3
PA
Gen6
c:ED
N5,1N5,
Paramyxovirus
3'11
II
NP
;>
F
II
P/C
II
II
HN
}-
M
li s'
L
5' UTR
Rhabdovirus
3' 1 '
II
I
N
II
II
II
G
II
L
Ill s'
N5(M,) N5(M1 )
Figura 3.13
Organizaci6n gen6mica de vi rus ARN de cadena nagati va.
genero Tospovirus tambien posee en el segmento M del genoma una estrategia
codificante en ambos sentidos.
Arenavirus
Los genomas de arenavirus constan de ARN monocatenario lineal. Tienen dos segmentos gen6micos: L (5,7 kb) y S (2,8 kb). Ambos tienen una organizaci6n en ambos
sentidos, como los anteriores.
Orthomyxovirus
Verla discusi6n sobre genomas segmentados (despues).
Genomas
Paramyxovirus
Los miembros de la familia Paramyxoviridae tienen ARN no segmentado de polaridad negativa de 15 a 16 kb. Tipicamente, 6 genes se organizan en un orden lineal (3 'NP-P/CN-M-F-HN-L-5' separados por secuencias repetidas: una sefial de poliadenilaci6n al final de cada gen, una secuencia intergenica (GAA) y una sefial de inicio de la
traducci6n al principia del gen siguiente.
Rhabdovirus
Los virus de la familia Rhabdoviridae tienen ARN no segmentado, de polaridad
negativa, de aproximadamente 11 kb. Existe una region lider de 50 nt en el extremo 3'
del genoma y una region no codificante (UTR) en el extremo 5' del ARNv. En su
conjunto, el ordenamiento genomico es similar al de los paramixovirus, con una sefial
de poliadenilacion conservada en el final de cada gen y regiones intergenicas cortas
entre los cinco genes.
VIRUS CON GENOMAS SEGMENTADOS Y MULTIPARTITOS
A menudo existe cierta confusion respecto a estas dos categorias de estructura
genomica. Los genomas viricos segmentados son aquellos que estlin divididos en dos o
mas moleculas separadas de acidos nucleicos, todas las cuales estan contenidas en una
sola particula virica. Por el contrario, aunque los genomas multipartitos tambien son
segmentados, cada segmento gen6mico esta empaquetado en una sola particula virica.
Estas pequefias particulas son similares estructuralmente y pueden contener las mismas proteinas estructurales, pero a menudo difieren en su tamafio en funcion de la
longitud de los segmentos genomicos empaquetados. En cierto sentido, los genomas
pultipartidos son, por supuesto, segmentados, pero este noes el significado estricto de
estos terminos tal como seran usados aqui.
La segmentacion del genoma virico tiene tanto ventajas como desventajas. Existe
un limite maximo de tamafio para un genoma virico no segmentado, que depende de
las propiedades fisicas del acido nucleico, particularmente la tendencia de moleculas
largas a romperse por fuerzas de cizalla (y, para cada virus particular, la longitud del
acido nucleico que puede ser empaquetado en la capside). El problema de la rotura de
las cadenas es particularmente relevante para ARN de simple cadena, que es mucho
mas labil quimicamente que el ADN bicatenario. Los genomas de ARN monocatenario
mas largos son los de los coronavirus, de aproximadamente 30 kb, pero los genomas
de ADN bicatenario mas largos son considerablemente de mayor longitud (por ej ., los
Mimivirus de hasta 800 kpb). La rotura fisica del genoma resulta en su inactivaci6n
biologica, al no poder transcribirse, traducirse o replicarse completamente. La segmentacion significa que el virus evita «tener todos los huevos en Ia misma cesta» y
tambien reduce Ia probabilidad de roturas debidas a cizallamiento, incrementando asi
Principios de virologfa molecular
la capacidad codificante total del genoma entero. Sin embargo, la desventaj a de esta
estrategia es que todos los segmentos genomicos tienen que ser empaquetados en cada
particula virica o el virus sera defectivo como resultado de una perdida de informacion
genetica. En general, no se comprende como se logra este control del empaquetamiento.
Separando los segmentos genomicos en diferentes particulas (la estrategia de la
multiparticion) se elimina la necesidad de la clasificacion exacta pero se introduce un
nuevo problema, al tener que ser captadas todas las particulas viricas diferenciadas por
una misma celula hospedadora para que se establezca una infeccion productiva. Esta
es quiza la razon por la que los virus multipartidos solo se encuentran en plantas.
Muchas de las fuentes de infeccion por virus de plantas, tal como Ia inoculacion por
insectos chupadores de savia o tras dafio fisico de tejidos, ocasionan un gran inoculo
de particulas viricas infecciosas, ofreciendo oportunidades de que una sola celula sea
inicialmente infectada por mas de una particula.
La genetica de los genomas segmentados es esencialmente la misma que la de los
genomas no segmentados, con la adicion de la recombinacion de segmentos, como se
comento antes. Las recombinaciones pueden ocurrir tanto si los segmentos son empaquetados en particulas individuales como si lo son en la configuracion multipartida. La
recombinacion es un modo muy eficaz de lograr con rapidez una amplia diversidad
genetica, esta podria ser otra razon para su evolucion. La segmentacion del genoma
tiene tambien implicaciones en la reparticion de la informacion genetica y en la forma
en que esta es expresada, que sera mas ampliamente considerada en el Capitulo 5.
Para eritender Ia complejidad de estos genomas, considere la organizacion de un
genoma virico segmentado (virus influenza A) y la de un genoma multipartido
(geminivirus). El genoma del virus influenza se compone de ocho segmentos (en influenza A y B; de siete en influenza C) de ARN monocatenario de polaridad negativa
(Tabla 3.2). La identidad de las proteinas codificadas por cada segmento genomico fue
, Tabla 3.2
Segmentos genomicos de virus influenza.
Segmento
Tamaiio (nt)
Polipeptidos
Funci6n (localizaci6n)
1
2
3
4
5
2.341
2.341
2.233
1.778
1.565
PB 2
PB 1
PA
HA
NP
6
7
1.413
1.027
NA
Ml
8
890
Transcriptasa: union a cap
Transcriptasa: elongacion
Transcriptasa: (?)
Hemaglutinina
Nucleoproteina: union a ARN;
parte del complejo transcriptasa
N euraminidasa
Proteina matriz: principal componente del virion
Proteina integral de membrana; canal de iones
No estructural (nucleo): funcion desconocida
No estructural (nucleo + citoplasma):
funcion desconocida
M2
NS 1
NS 2
Genomas
determinada originalmente mediante analisis genetico de la movilidad electroforetica
de los segmentos individuates de virus recombinantes, y por analisis de un gran m'tmero de mutantes implicando a los ocho segmentos. Los ocho segmentos tienen secuencias nucleotidicas comunes en sus extremos 5' y 3' (Figura 3.14) que son necesarias
para la replicaci6n del genoma (Capitulo 4). Estas secuencias son complementarias
una respecto a otra y, dentro de la particula, los extremos de los segmentos gen6micos
se mantienen unidos por emparejamientos de bases y forman una estructura en forma
de bucle que de nuevo se considera implicada en la replicaci6n. Los segmentos gen6micos de ARN no estan empaquetados como acidos nucleicos desnudos, sino asociadas con el producto del gen 5, la nucleoproteina, y son visibles en imagenes al microscopio electr6nico como estructuras helicoidaies . Aqui encontramos una paradoja. Bioquimica y geneticamente cada segmento gen6mico se comporta como una entidad individual y diferenciada; sin embargo, en imagenes de microscopia electr6nica de particulas de virus influenza desintegradas con detergentes no i6nicos, la nucleocapside
tiene la apariencia fisica de una sola helice larga. Claramente, existe alguna interacci6n entre los segmentos gen6micos que explicaria la habilidad de las particulas de
virus influenza para seleccionar y empaquetar los segmentos gen6micos dentro de cada
particula con una sorprendente baja tasa de error, considerando la dificultad de la tarea
(Capitulo 2). Las interacciones entre secuencias gen6micas y proteinas que operan en
este sutil mecanismo no han sido todavia identificadas.
Los geminivirus son importantes pat6genos vegetales en muchas regiones tropicales y subtropicales del mundo. Se dividen en tres generos, basados en sus plantas
hospedadoras (monocotiled6neas o dicotiled6neas) yen sus insectos vectores (saltahojas
5'
~-N 13 -~GCXAAAGCAGG
ARNm
(15-22 nt mas corto que el ARNv)
-------! 1----
AAAA/
Secuencia cap de ARNm celular
1
3'
ucc5uuuccucc
ARNv
(8 segmentos gen6micos)
- - - - - - 1 f---
GGAACAAGAUGA 5'
j
5'
pppAGC~AAAGCAGG
Figura 3.14
ARNe
(intermediarios replicati vos)
------1 f----
CCUUGUUUCUACU
Secuencias terminales comunes en ARNs de virus influenza.
3
'
Principios de virologfa molecular
o mosquitas blancas). En los generos Mastrevirus y Curtovirus los genomas constan
de una molecula de ADN monocatenario de aproximadamente 2,7 kb. El ADN empaquetado en estos viriones se ha designado arbitrariamente como de polaridad (+), aunque tanto las cadenas de polaridad (+) como (-) encontradas en celulas infectadas
contienen secuencias codificantes de proteinas. El genoma de geminivirus del genero
Begmovirus es bipartite y consta de dos moleculas de ADN monocatenario circular,
cada una de las cuales estl. empaquetada en una particula virica separada (Figura 3 .15).
Ambas cadenas constituyen el genoma y tienen un tamafio aproximado de 2,7 kb y
difieren completamente una de la otra en la secuencia nucleotidica, a excepci6n de una
secuencia no codificante compartida de 200 nt implicada en Ia replicaci6n del ADN.
Los dos ADN gen6micos estan empaquetados en dos capsides totalmente separadas.
Debido a que el establecimiento de una infeccion productiva requiere ambas partes
del genoma, para infectar a un nuevo hospedador se necesitan a! menos dos particulas
viricas conteniendo una copia de cada segmento gen6mico cada una. Aunque los
geminivirus no se multiplican en los tej idos de sus insectos vectores (transmision no
propagativa), estos ingieren una cantidad suficientemente grande de virus que posteriormente depositan en una nueva planta hospedadora para facilitar una superinfeccion .
AV ~ (M P)
AC4
BVl (NSP)
AC3 (REn)
ACl (Rep)
BCl (M P)
AC2 (TrAP)
D
Cadena ORFs (+)(Virion)
D
Cadena ORFs (-)
Figura 3.15 Organizacion y potencial de codificacion de proteinas de un genoma bipartito de
begmovirus (Geminiviridae) . Las proteinas codificadas por la cadena de polaridad (+) del virion se
denominan «A» o «B» dependiendo de cual de los dos componentes genomicos contiene el gen correspondiente, y «V» o «C» dependiendo de si son codificadas porIa cadena (+) del virion o porIa cadena
(-) complementaria.
Genomas
Estos dos ejemplos muestran una alta densidad de codificacion de informacion. En
los virus influenza, cada uno de los genes 7 y 8 codifica dos proteinas en marcos de
lectura solapados . En los geminivirus, ambas cadenas de ADN virico que se encuentran en celulas infectadas contienen informacion codificante, alguna presente en marcos de lectura solapados. Es posible que esta elevada densidad de informacion genetica sea la razon por la que estos virus hayan recunido a dividir sus genomas, con el fin
de regular la expresion de esta informacion (ver Capitulo 5).
TRANSCRIPCION INVERSA Y TRANSPOSICION
Los primeros exitos de la biologia molecular fueron el descubrimiento de la estructura en doble Mlice del ADN y el desciframiento dellenguaje del codigo genetico. La
importancia de estos hallazgos no radica en los meros hechos de la quimica, sino en su
trascendencia al permitir realizar predicciones acerca de la natmaleza de los organismos vivos. La confianza que provocaron estos triunfos iniciales fue el origen del desanollo de una gran teoria universal a la que se denomino «dogma central de la biologia
molecular»; a saber, que todas las celulas, y por lo tanto los virus, funcionan seglin un
simple principio de organizacion: el flujo unidireccional de la informacion desde el
ADN, a traves del ARN, a las proteinas. A mitad de los afios 60, sin embargo, se
produjeron rumores que insinuaban que la vida podria no ser tan simple.
En 1963, Howard Temin demostro que la replicacion de retrovirus, cuyas particulas
contienen genomas de ARN, se inhibia por la actinomicina D, un antibiotico que se
une solo al ADN. La replicacion de otros virus ARN no es inhibida por esta droga. La
comunidad cientifica estaba tan satisfecha con un dogma que lo abarcaba todo, que
estos hechos fueron en gran parte ignorados basta 1970, en que Temin y David Baltimore
simultimeamente publicaron la observacion de que las particulas de retrovirus contienen una ARN polimerasa ARN-dependiente: la transcriptasa inversa. Este hallazgo
solo fue lo suficientemente imporiante, pero al igual que las conclusiones iniciales de
la biologia molecular, tuvo repercusiones para los genomas de todos los organismos, y
no solamente sobre unas pocas familias de virus. Ahora se sabe que una parte sustancial de los genomas de organismos superiores, incluyendo al ser humano, la constituyen retrotransposones, con llamativas semejanzas con los genomas de retrovirus. Las
ideas iniciales sobre los genomas como estructuras estables, constantes, han sido reemplazadas por la nocion de que son, de hecho, entidades dimimicas y bastante flexibles.
El concepto de elementos geneticos transponibles -secuencias especificas que son
capaces de moverse de una posicion a otra del genoma- fue propuesta por Barbara
McClintock en los 40. Estos transposones pertenecen a dos grupos:
• Transposones simples, que no experimentan transcripcion inversa y que se encuentran en procariotas (por ej., el genoma del fago Mu de enterobacterias).
• Retrotransposones, que se asemejan estrechamente a genomas de retrovirus y estan
unidos por repeticiones directas largas (repeticiones terminales largas, en ingles
«long terminal repeats» o LTRs); estas se mueven por medio de un mecanismo de
Principios de virologia molecular
transcripci6n/transcripci6n inversa/integraci6n y se encuentran en eucariotas (los
Metaviridae y Pseudoviridae).
Ambos tipos muestran un numero de propiedades similares:
•
•
•
•
•
•
Se cree que son responsables de una gran proporci6n de mutaciones espontaneas.
Promueven una amplia variedad de reorganizaciones gen6micas en genomas de
celulas hospedadoras, tales como deleciones, inversiones, duplicaciones y
translocaciones del ADN celular vecino.
El mecanismo de inserci6n genera una duplicaci6n corta de 3-13 pb en la secuencia
de ADN a ambos lados del elemento insertado.
Los extremos del elemento transponible consisten en repeticiones invertidas, de 2 a
50 pb de longitud.
La transposici6n a menudo se acompafia de la replicaci6n del elemento; necesariamente asi en el caso de retrotransposones, pero esto sucede tambien con frecuencia en la transposici6n procariota.
Los transposones controlan sus propias funciones de transposici6n, codificando
proteinas que acman sobre los elementos en cis (afectando ala actividad de secuencias contiguas en la misma molecula de acido nuclei co) o en trans (codificando
productos difusibles que acman sobre sitios regulatorios en cualquier tramo de acido nucleico presente en la celula).
El fago Mu de enterobacterias infecta E. coli y consiste en una particula compleja,
con cola, que contiene un genoma de ADN bicatenario lineal de unos 37 kb, con secuencias derivadas de la celula hospedadora de entre 0,5 y 2 kpb unidas al extremo
derecho del genoma (Figura 3.16). Mu es un bacteriOfago atemperado cuya replicacion puede proceder a traves de dos vias; una implica la integraci6n del genoma en el
de la celula hospedadora produciendo lisogenia, la otra es una replicaci6n litica, que
provoca la muerte de la celula (ver Capitulo 5). La integraci6n del genoma del fago en
el de la bacteria hospedadora ocurre en sitios del genoma celular al azar. Los genomas
fagicos integrados se denominan profagos, y la integraci6n es esencial para el establecimiento de la lisogenia. En las celulas bacterianas lisogenicas para Mu se produce a
intervalos la transposici6n del profago a un sitio diferente del genoma celular. Los
lntegraci6n
replicaci6n
Sintesis de ARN tardio
Genes de cabeza y cola
Segmento G invertible
Lisis
1~1------~----~1
C lys D E H F G I T J K L MY N P
R (SUUS)
QVW
~
II
r-----'
attR
att L
Figura 3.16
Extrema variable
(ADN de celula
huesped)
Organizaci6n del genoma del bacteri6fago Mu.
Gena mas
mecanismos que dirigen la transposici6n son diferentes de los responsables de la integraci6n inicial del genoma del fago (que es conservadora en el senti do de que no requiere replicaci6n) yes un proceso complejo que requiere numerosas proteinas codificadas tanto por el fago como por la celula. La transposici6n esta estrechamente ligada
a la relicaci6n del genoma del fago y resulta en la formaci6n de un «co-integrado»;
esto es, una copia duplicada del genoma del fago flanqueando a una secuencia diana
en la cual se ha producido la integraci6n. El genoma Mu original se mantiene en la
misma localizaci6n en la que se integr6 primero y se junta con un segundo genoma
integrado en otro sitio. (No todos los transposones procariotas siguen este proceso;
algunos, como TNl 0, no son replicados durante la transposici6n, sino que son escindidos
del sitio inicial de integraci6n e integrados en otro Iugar). Se producen dos consecuencias de semejante transposici6n: primero, el genoma del fago se replica durante este
proceso (ventajoso para el virus) y, segundo, las secuencias flanqueadas por los dos
genomas fagicos (que constituyen secuencias repetidas) pueden sufrir reordenamientos
secundarios, incluyendo deleciones, inversiones, duplicaciones y translocaciones (posiblemente, pero no necesariamente, deletereos para la celula hospedadora).
Los virus Ty de levaduras son los representantes de una clase de secuencias encontradas en levaduras y otros eucariotas conocidas como retrotransposones. A diferencia del fago Mu de enterobacterias, tales elementos no son verdaderos virus pero tienen similitudes sorprendentes con los retrovirus. Los genomas de la mayoria de las
cepas de Saccharomyces cerevisiae contienen 30 a 35 copias de elementos Ty, que
tienen unos 6 kpb de longitud y contienen capias directas repetidas de 245 y 371 pb en
cada extrema (Figura 3.17). Dentro de la secuencia de la repetici6n existe un promo-
Ty
~====================~ITTIO
jTYA (gag)
I
TYB (pan
Retrovirus
~~=============================ITTIO
gag
pol
env
Figura 3.17 La organizaci6n genetica de retrotransposones tales como genomas Ty (arriba) y de retrovirus (debajo) muestra diversas similitudes, incluyendo Ia presencia de repeticiones terminales directas
largas (LTRs) en cada extremo.
Principios de vi rologia molecular
tor que controla la transcripcion de un ARNm terminal redundante de 5,6 kb. Este
contiene dos genes: TyA, con homologia con el gen gag de los retrovirus, y TyB, homologo al gen pol. La proteina codificada por TyA es capaz de formar una particula
pseudovirica («virus-like particle», VLP) mas o menos esferica, de 60 nm de diametro.
El transcrito de 5,6 kb puede ser incorporado en tales particulas, resultando la formacion de unas estructuras intracelulares conocidas como Ty-VLPs. A diferencia de verdaderos virus, estas pat1iculas no son infecciosas para las levaduras, pero si son captadas accidentalmente por una celula pueden llevar a cabo Ia transcripcion inversa de su
contenido de ARN para formar un elemento Ty de ADN bicatenario, que se puede
integrar en el genoma de la celula hospedadora (ver mas adelante).
La principal diferencia entre retrotransposones tales como Ty, copia (un elemento
similar encontrado en Drosophila melanogaster) y retrovirus verdaderos es la presencia de un gen adicional en los retrovirus, env, que codifica una glicoproteina de envoltura (ver Capitulo 2). La proteina de envoltura es responsable de la union al receptor
y ha permitido a los retrovirus escapar del estilo de vida de los retrotransposones para
formar una verdadera partfcula virica y propagarse ella misma ampliamente mediante
Ia infeccion de otras celulas (Figura 3.17). Los genomas de retrovirus tienen cuatro
caracteristicas 1micas:
•
•
•
Son los imicos virus que son verderamente diploides.
Son los unicos virus ARN cuyo genoma es producido por Ia maquinaria transcripcional celular (sin ninguna participacion de una polimerasa de codificacion virica).
Son los unicos virus cuyo genoma requiere un ARN celular (ARNt) para su replicacion.
Son los unicos virus ARN de polaridad (+) cuyos genomas no sirven directamente
como ARNm inmediatamente tras la infeccion.
Durante el proceso de Ia transcripcion inversa (Figura 3 .18), las dos moleculas de
ARN de cadena sencilla de polaridad (+)que constituyen el genoma virico son convertidas en una molecula de ADN de doble cadena algo mas larga que los mol des de ARN
debido a la duplicacion de las secuencias repetidas directas en cada extremo; las repeticiones terminales largas (LTRs) (Figura 3.19). Algunos pasos de la transcripcion inversa mantienen ciertos misterios; por ejemplo, los saltos que aparentemente efectUa la
polimerasa de un extreme al otro de la cadena molde. De hecho, estos pasos pueden
explicarse por la observacion de que la conversion completa del ARN de retrovirus en
ADN de doble cadena solo sucede en una particula parcialmente decapsidada y no
puede ser duplicado fielmente in vitro con los reactivos libres en solucion . Esto indica
que la conformacion de los dos ARNs dentro de la ucleocapside de retrovirus establece el curso de Ia transcripcion inversa; los saltos no existirian, ya que los extremes
de las cadenas estan probablemente adyacentes uno respecto al otro dentro del core.
La transcripcion inversa tiene importantes consecuencias para la genetica de retrovirus. Primero, es un proceso muy propenso a errores, porque la transcriptasa inversa
no realiza las funciones de correccion llevadas a cabo por las ADN polimerasas ADNdependientes. Esto origina la introduccion de muchas mutaciones en los genomas de
retrovirus y, consecuentemente, una rapida variacion genetica (ver mutaciones espon-
Genom as
ADNc3'1 t l j i l
Forrnacion de un codon
de parada fuerte de ADNc
La ARNasa H degrada
el molde en el hibrido
ARN:ADN
S'
R
US
III II~~
PBS
I U3 I
R 13 '
1
I us'
3' 1
· R -
Q
1
1
1--'-1-;:1:::'1~1--------,--;--,:;:-r~•
S'._--'-'PB~S"--------;---~~~~.:;,,----'
~
La sintesis <<salta»
a otro extrema
de Ia cadena molde
Extension
de Ia primera cadena
lnicio de Ia sintesis
de Ia segunda cadena
Extension
de Ia segunda cadena
La ARNasa H degrada
el cebador ARNt
La sintesis de Ia segunda
cadena continua tras
<<saltar» a otro extrema
de Ia primera cadena S'l U31 R
3'1
3'
I US
II I I
JB~
I U3 I
R
I
R
I U3 I
R
5'1 U3
t
I us IS'
I us I PBS
I us I S'
13'
_
LTR
Clave
DARN viral
D
ADNc de nueva sintesis
Figura 3.18 Mecanismo de transcripci6n inversa de genomas de retrovirus, en el cual dos moleculas
de ARN son convertidas en un solo provirus de ADN de doble cadena (con terminaciones redundantes).
taneas, mas delante). Ademas, este proceso de la transcripci6n inversa promueve la
recombinacion genetica. Debido a que se empaquetan dos ARNs en cada virion y que
son utilizados como moldes para la transcripci6n inversa, se pueden producir y de
hecho se producen recomb inaciones entre las dos cadenas. Aunque no esta claro el
Principios de virologia molecular
Provirus integrado
U3
R
lusF=;~
~~
U3
I us!
R
'rno.oipd6o I
.
~
U3
I"R
1us F=;J===i
Iusj
U3
R
U3
R ~
j
ARNm
R
1us R:t==~
poli(A}
Figura 3.19 Produccion de infmmacion repetida en las repeticiones terminales largas (LTRs). Ademas de su papel en Ia transcripcion inversa, estas secuencias contienen importantes elementos de control
implicados en Ia expresion del genoma viral, incluyendo un promotor de Ia transcripcion en Ia region U3
y una sefial de poliadenilacion en Ia region R.
mecanismo responsable de esto, si una de las dos cadenas difiere de la otra (por ej., por
la presencia de mutaciones) y se produce una recombinaci6n, entonces los virus resultantes senin distintos geneticamente de cualquiera de los virus parentales.
Tras completarse la transcripci6n inversa, el ADN bicatenario migra al nucleo, todavia asociado a proteinas viricas. Los productos maduros del gen pol son en realidad
un complejo de polipeptidos que incluyen tres actividades enzimaticas distintas:
transcriptasa inversa y ARNasa H, que estan implicadas en la transcripci6n, e integrasa,
que cataliza la integraci6n del ADN virico en la cromatina de la celula hospedadora,
tras lo cual se conoce como provirus (Figura 3.20). Despues de la transcripci6n inversa se encuentran tres tipos de ADN bicatenario en las celulas infectadas por retrovirus:
ADN lineal y dos formas circulares que contienen bien uno o dos LTRs. Segun la
estructma en los extremos del provirus, se crey6 en un principia que el circulo con los
dos LTR era la forma usada para la integraci6n. En afios recientes se han desanollado
sistemas para estudiar in vitro la integraci6n del ADN de retrovirus y muestt·an que es
la forma linealla que se integra. Esta discrepancia puede ser resuelta por un modelo en
el que los dos extremos de los dos LTRs son mantenidos en estrecha proximidad por el
complejo transcriptasa inversa-integrasa. El resultado neto de la integraci6n es que se
pierden 1 a 2 bp de los extremos de cada LTR y se duplican 4 a 6 pb de ADN celular a
cada lado del provirus. No esta claro si existe alguna especificidad respecto al sitio de
integraci6n en el genoma celular. Lo que es obvio es que no existe una sola secuencia
Genomas
env
gag
ADN lineal no integrado
La integrasa mantiene pr6ximos
los extremos del ADN lineal e introduce
cortes escalonados en los extremos
de los LTRs y en el ADN celular
Provirus integrado:
• perdida de 2 pb en cada extremo de los LTRs
• repeticiones directas de 6 pb de ADN celular
flanquean Ia inserci6n
Figura 3.20 Mecanismo de integraci6n de genomas de retrovirus en la cromatina de Ia celula
hospedadora.
diana, pero es posible que existan muchas regiones o sitios en el genoma eucariotico
que sean sitios mas probables que otros para la integraci6n.
Despues de la integraci6n, el ADN del provirus se convierte esencialmente en una
colecci6n de genes celulares y su expresi6n queda a merced de Ia celula. No existe mecanismo alguno para la escisi6n precisa de provirus integrados, algunos de los cuales se
sabe que han quedado fosilizados en genomas de primates durante millones de aiios de
evoluci6n, aunque los provirus a veces se pueden perder o alterar por modificaciones del
Pri ncipios de virolog\a molecular
genoma celular. La (mica salida para el virus es la transcripci6n, formando lo que es
esencialmente un ARNm completo (menos las secuencias terminales redundantes de los
LTRs ). Este ARN es el ARNv, y dos capias son empaquetadas en el virion (Figura 3 .19).
Existen, sin embargo, dos estrategias gen6micas diferentes utilizadas por virus que
implican transcripci6n inversa. Una de elias, utilizada por retrovirus y descrita mas
arriba, culmina con el empaquetamiento del ARN en viriones como genoma viral. La
otra, usada por hepadnavirus y caulimovirus, intercambia las fases de replicaci6n de
ARN y ADN y origina los genomas viricos de ADN. Esto se consigue utilizando la
transcripci6n inversa, no como un suceso temprano en la replicaci6n, como hacen los
retrovirus, sino como una fase tardia durante la formaci6n de la particula virica.
El virus de la hepatitis B (VHB) es el prototipo de la familia Hepadnaviridae. Los
viriones del VHB son particulas esfericas de 42 a 47 nm de diametro, que contienen lipidos
y un genoma de ADN parcialmente bicatenario, pues una de las dos cadenas presenta un
hueco, ademas de una ADN polimerasa ARN-dependiente (es decir, una transcriptasa inversa) (Figura 3.21). Los hepadnavirus tienen genomas muy pequefios consistentes en una
cadena de polaridad (- )de 3,0 a 3,3 kb (varia de unos hepadnavirus a otros) y una cadena
de polaridad (+)de 1,7 a 2,8 kb (varia en distintas particulas). Al infectar celulas, se producen tres transcritos gen6micos principales: ARNm de 3,5 kb, 2,4 kb y 2,1 kb. Todos tienen
la misma polaridad (es decir, se transcriben de la misma cadena del genoma viral) y el
mismo extremo 3 ', pero tienen diferentes extremos 5' (es decir, sitios de iniciaci6n). Estos
Figura 3.21 Estructura, organizaci6n y potencial de codificaci6n de proteinas del genoma del virus de
la hepatitis B (VHB).
Genomas
transcritos son de tamaiio heterogeneo, y no esti completamente claro que proteinas
transcribe cada uno de ellos, pero existen cuatro genes conocidos en el virus:
• C codifica la proteina del core.
• P codifica la polimerasa.
• S codifica los tres polipeptidos del antigeno de superficie: pre-Sl, pre-S2 y S (que
derivan de sitios de inicio de la transcripci6n diferentes).
• X codifica un transactivador de la transcripci6n viral (i.,Y posiblemente de genes
celulares?).
El ADN circular cerrado se encuentra precozmente tras la infecci6n en el nucleo de
la celula y es la fuente probable de los transcritos antes mencionados. El ADN se
produce por reparaci6n del hueco del genoma virico de la siguiente manera:
1. Finalizaci6n de la cadena de polaridad (+)
2. Eliminaci6n de un cebador proteico de la cadena de polaridad (-) y de un
oligorribonucle6tido cebador de la cadena de polaridad (+)
3. Eliminaci6n de la redundancia terminal en los extremos de la cadena de polaridad (-)
4. Ligaci6n de los extremos de ambas cadenas
No se sabe como o por que proteinas (virica o celular) son llevados a cabo estos
sucesos. El transcrito de ARN de 3,5 kb, el antigeno del core y la polimerasa forman
particulas de core, y la polimerasa convierte el ARN en ADN en las particulas mientras
se forman en el citoplasma.
La estructura gen6mica y la replicaci6n del virus del mosaico de la coliflor (VMCo)
(cauliflower mosaic virus, CaMV), prototipo del genera Caulimovirus, guarda semejanzas con las de los hepadnavirus, aunque existen diferencias entre ellos. El genoma
del VMCo consiste en una molecula de ADN parcialmente de doble cadena, circular,
de unos 8 kpb; una cadena se denomina la cadena a y contiene un solo hueco, y una
cadena complementaria, que contiene dos huecos (Figura 3.22). Existen ocho genes en
este genoma, aunque en las celulas infectadas no se han detectado los ocho productos
genicos. La replicaci6n del genoma del VMCo es similar ala del VHB. La primera fase
es la migraci6n del ADN incompleto virico al nucleo de la celula infectada, donde es
reparado para generar un circulo covalentemente cerrado. Este ADN se transcribe para
dar lugar ados transcritos poliadenilados, uno largo (35 S) y otro mas corto (19 S). El
ARNm 19 Sse traduce en e1 citoplasma para producir una proteina que forma grandes
cuerpos de inclusion en el citop lasma de las celulas infectadas, y es en estos lugares
donde ocurre la segunda fase de la replicaci6n. En estos comp lejos de replicaci6n se
traducen algunas capias de ARNm 35 S, mientras que otras son transcritas inversamente
y empaquetadas conforme se forman en viriones. Las diferencias entre la transcripci6n
inversa de estos genomas viricos y lade los retrovirus se resumen en la Tabla 3.3.
EVOLUCION Y EPIDEMIOLOGiA
La epidemiologia estudia la distribuci6n de la enfermedad y las estrategias que se
deri van para reducirla o prevenirla. Las infecciones viricas ofrecen considerables difi-
Principios de virologia molecular
~,
ARN 358
---...
VII
ARN 19S
~
VI
II\
,t
Ill
; ''
'
v
IV '
Cadena y
VIII
.A.......
'
Cadena~
~2
Figura 3.22 Estructura, organizaci6n y potencial de codificaci6n de proteinas del genoma del virus
del mosaico de la coliflor (VMCo).
cultades para estos amilisis. Exceptuando las epidemias en las que los sintomas agudos son evidentes, Ia principal evidencia de infeccion virica disponible para el
epidemiologo es Ia presencia de anticuerpos antiviricos en los pacientes. Esta informacion a menudo proporciona una imagen incompleta, y a menudo resulta dificil calcular
si una infeccion virica ocurrio recientemente o en algun momenta en el pasado. Tecnicas altemativas, como el aislamiento de virus en plantas o animales de experimentacion, son laboriosas e imposibles de aplicar a grandes poblaciones. La biologia molecular proporciona tecnicas sensibles, nipidas y sofisticadas para detectar y analizar Ia
informacion genetica almacenada en los genomas viricos y ha resultado ser una nueva
area de investigacion: Ia epidemiologia molecular.
Caracteristicas:
Genoma:
Cebador para sintesis de cadena (- ):
Repeticiones te1minales (LTRs):
Integraci6n especifica del genoma viral:
Caulimovirus
ADN
ARNt
No
No
Hepadnavirus
ADN
Proteina
No
No
Retrovims
ARN
ARNt
Si
Si
Genomas
Un inconveniente de los analisis de genetica molecular es que es necesario cierto
conocimiento sobre la naturaleza de un genoma virico antes de que pueda ser investigado; no obstante, deberia ser evidente segun el contenido de este capitulo que actualmente disponemos de una amplia informacion sobre la estructura y la secuencia
nucleotidica de al menos unos pocos miembros representativos de la mayoria de los
grupos de virus conocidos. Esta informacion permite a los virologos mirar en dos direcciones: hacia atnis buscando el origen de los virus y hacia delante para trazar el
curso de futuras epidemias y enfermedades. La deteccion sensible de acidos nucleicos
por tecnicas de amplificaci6n como la reacci6n en cadena de la polimerasa esta teniendo ya un gran impacto en este tipo de investigacion epidemiologica.
Las similitudes encontradas entre las estructuras de la proteina de la cubierta de un
virus de archaea recientemente aislado, la de un virus de eubacteria y la de un virus
animal sugieren que al menos algunos de los virus actuales pueden tener algun antecesar comun que precedi6 a la division en tres dominios de los seres vivos hace mas
de 3 mil millones de afios, sugiriendo que los virus tienen linajes que pueden ser investigados retrospectivamente hasta cerca de la raiz del arbol universal de la vida. Al
menos tres teorias tratan de explicar el origen de los virus:
• Evolucion regresiva: Esta teoria establece que los virus son formas de vida degenerada que han perdido muchas funciones que poseen otros organismos y han conservado solo la informacion genetica esencial para su forma de vida parasitaria.
• Origenes celulares: Seglin esta teoria, los virus son considerados asociaciones
subcelulares y funcionales de macromoleculas que han escapado de sus origenes
dentro de las celulas.
• Entidades independientes: Esta teoria sugiere que los virus han evolucionado siguiendo un curso paralelo al de los organismos celulares a partir de moleculas autoreplicativas que habrian existido en un mundo primitivo, prebiotico, de ARN.
Mientras que cada una de estas teorias tiene sus defensores y este tema despierta
intensas discusiones, el hecho es que los virus existen, y que todos nosotros estamos
infectados con ellos. La importancia practica del origen de los virus es que este tema
puede tener implicaciones para la virologia aqui y ahora. Las relaciones entre las secuencias geneticas y nucleotidicas de los virus pueden revelar los origenes no solo de
virus individuales, sino tambien de familias enteras y posiblemente de «superfamilias»
(Figura 3.23). En algunos grupos de virus considerados previamente no relacionados,
las secuencias nucleotidicas han revelado que regiones funcionales aparecen agrupadas juntas de un modo similar. El grado de cierta similitud entre las secuencias de estas
regiones en diferentes virus varia, aunque claramente, los sitios activos de enzimas
como las replicasas viricas estan fuertemente conservados. El enfasis en estos agrupamientos se establece mas en homologias funcionales y de organizaci6n. El esquema de
clasificacion original de los virus no reconocio un nivel superior de agrupamiento al de
familia (ver Apendice 2); no obstante, actualmente existen tres agrupamientos de familias relacionadas, equivalentes a los ordenes en la nomenclatura biol6gica formal:
•
Caudovirales (bacteri6fagos con cola): Myoviridae, Podoviridae, Siphoviridae.
Principios de virologfa molecular
Virus de cadena positiva
5
Familias:
Picornaviridae, Potyviridae (no segmentados)
Comoviridae (segmentados)
,
®-1.....--.------r~
5'
0l
UTR Proteinas estructurales VPg
3
,
ll.__....._ll_ _. . _.~
l poli(A)
Proteinas
no estructurales
Proteasa
UTR
Replicasa 3'
Virus similar a Sindbis
5
Familias:
Togaviridae, Tobravirus, Tobamovirus (no segmentados)
Bromoviridae (seg mentados)
,
3
,
@>-0 .---------,.. ~~..._1_ _ _ _ _ _ ___._1......~ poli(A)
5'
UTR
Proteinas
no estructurales
Proteinas estructurales
3'
UTR
Virus de cadena negativa
Familias:
Paramyxoviridae, Rhabdoviridae (no segmentados)
Bunyaviridae, Arenaviridae (segmentados)
3
3'
~~~~r--1----,.,11
,~~~----_-_1
UTR Nucleoproteina
Matriz
Glicoproteina
Replicasa
5'
5' UTR
Figura 3.23 Similitudes en la funci6n y la organizaci6n de los genomas de diferentes familias de virus
permiten agruparlas juntas en «superfamilias».
Mononegavirales (virus con genomas de ARN de polaridad negativa con genomas
no segmentados): Bornaviridae, Filoviridae, Paramyxoviridae, Rhabdoviridae.
• Nidovirales (virus «anidados», debido a su patron de transcripcion): Arteriviridae,
Coronaviridae.
•
Los conocimientos extraidos de las relaciones taxonomicas pueden servimos para
predecir las propiedades y la conducta de nuevos virus o para desarrollar nuevas drogas, sobre la base de lo que ya se conoce sobre los virus existentes. No es seguro que
estos patrones compartidos sugieran que los virus actuales descienden de un numero
limitado de antepasados primitivos o que sean evidencias de una evolucion convergente entre diferentes familias de virus. Aunque resulta tentador especular sobre acontecimientos que pueden haber ocurrido antes de los origenes de la vida, como es admitido
actualmente, no seria prudente despreciar las presiones que pudieron dar lugar a virus
con diversos origenes asumiendo soluciones geneticas comunes a problemas comunes
relativos al almacenamiento, replicacion y expresion de la informacion genetica. Esto
Genomas
es particularmente cierto ahora que apreciamos la plasticidad de los virus y de los
genomas celulares, asi como la movilidad de la informacion genetica de virus a virus,
de celula a virus y de virus a celula. No existe ning(tn motivo para pensar que la evoluci6n de los virus ha terminado, y seria peligroso creerlo. Las consecuencias pnicticas de
la evoluci6n continua y el concepto de virus emergentes se desc1iben en el Capitulo 7.
RESUMEN
La biologia molecular ha puesto mucho enfasis en la estructura y la funci6n del
genoma virico. A primera vista, se tiende a hacer hincapie en la enorme diversidad de
los genomas viricos. Tras un examen mas detenido, las similitudes y los aspectos unificadores resultan mas aparentes. Las secuencias y las estructuras en los extremos de
los genomas virales resultan de algun modo mas significativas que las regiones unicas
codificantes que contienen. Los patrones comunes de organizaci6n genetica que se
encuentran en las distintas superfamilias de virus sugieren que o bien muchos virus
han evolucionado a partir de ancestros comunes o bien la evoluci6n convergente y el
intercambio de informacion genetica entre virus han dado como resultado soluciones
comunes a problemas comunes.
BIBLIOGRAFiA
Cann, AJ. (1999). DNA Viruses: A Practical Approach. Oxford University Press,
Oxford. ISBN 0199637199.
Cann, AJ. (2000). RNA Viruses: A Practical Approach. Oxford University Press,
Oxford. ISBN 0199637172.
Craig, N.L. et al. (2002). Mobile DNA. ASM Press, Washington, D.C. ISBN
1555812090.
Domingo, E., Webster, R.G., and Holland,J.J. (2000). Origin and Evolution if Viruses.
Academic Press, San Diego, CA. ISBN 0122203607.
Holmes, E.C. (2003). Error thresholds and the constraints to RNA virus evolution.
Trends in Microbiology, 11: 543-546.
Mertens, P. (2004). The dsRNA viruses. Virus Research, 101: 3-13.
Miller, E.S. et al. (2003). Bacteriophage T4 genome. Microbiology and Molecular
Biology Review, 67: 86-156.
Moya, A. et al. (2004). The population genetics and evolutionary epidemiology of
RNA viruses. Nature Reviews: Microbiology, 2: 279-288.
Raoult D,. et al. (2004). The 1.2-megabase genome sequence of Mimivirus. Science,
306: 1344-1350.
Rice, G. et al. (2004). The structure of a thermophilic archaeal virus shows a
double-stranded DNA viral capsid type that spans all domains of life. Proceedings of the National Academy cif Science USA, 101: 7716-7720.
Principios de virologia molecular
Steinhauer, D.A. and Skehel,J.J. (2002). Genetics of influenza viruses. Annual Review
if Genetics, 36: 305-332.
Wagner, M. et al. (2002). Herpesvirus genetics has come of age. Trends in
Microbiology, 10: 318-324.
CAPiTULO
4
REPLICACION
Objetivos del
aprendi~je
Tras completar este capitulo, el lector debeni ser capaz de:
• Comprender como la naturaleza de un genoma virico determina su patron de
replicacion.
• Describir el ciclo tipico de replicaci6n generalizada de un virus.
• Comparar los patrones de replicacion de cada uno de los siete grupos principales de virus.
GENERALIDADES DE LA REPLICACION ViRICA
El modo de clasificar a los virus se ha ido modificando conforme ha cambiado
nuestra percepcion sobre ellos:
1. Por enfermedad: Muchas civilizaciones antiguas, como el antiguo Egipto y Gre-
cia, estaban bien informadas de los efectos patogenicos de muchos virus. De aquellos tiempos tenemos varias descripciones sorprendentemente precisas de enfermedades humanas, de animales, de cosechas, aunque por supuesto en aquella epoca no
se conocia la naturaleza de los agentes responsables de estas calamidades. Estas
descripciones son precisas, aunque un problema importante del sistema de clasificacion segun las enfermedades es que sintomas similares son causados por muy
distintos virus; por ejemplo, las infecciones respiratorias con fiebre pueden ser provocadas por virus muy diferentes.
2. Por morfologia: Conforme se incremento el numero de virus aislados y las tecnicas de amilisis se fueron mejorando, resulto posible desde los afios 30 a los 50
clasificar a los virus segun la estructura de las particulas viricas. Aunque esto constituyo una mejora del sistema anterior, existen todavia problemas para distinguir
-
Principios de virologia molecular
virus que son morfologicamente similares pero que causan sintomas clinicos distintos (por ej., varios picornavirus). Durante esa epoca, Ia serologia se convirtio en
una ayuda importante para clasificar los virus y Ia morfologia de las particulas
continua siendo hoy un aspecto importante para la clasi:ficacion de los virus.
3. Clasificacion funcional: En los ultimos afios se ha puesto un mayor enfasis en la
estrategia de replicacion de los virus. Esto es especialmente cierto para la composicion y la estructura del genoma viral y las restricciones que este impone sobre Ia
replicacion. Esta estrategia se ha acelerado mediante el desarrollo de la biologia
molecular, debido a la importancia capital del genoma viral para esta nueva tecnologia. El analisis molecular de los genomas viricos permite una rapida e inequivoca
identi:ficacion de cepas viricas individuales, pero ademas resulta tambien uti! para
predecir las propiedades de un virus nuevo, desconocido previamente, cuando presenta una estructura genomica familiar. (La clasi:ficacion de los virus se describe en
el Apendice 2).
En un senti do teleologico (es decir, atribuyendo a un organism a inanimado como
un virus un proposito consciente), el unico objetivo de un viruses replicar su informacion genetica. La naturaleza del genoma viral es par tanto fundamental en determinar
que pasos son necesarios para conseguir este objetivo. En realidad, se puede producir
en estos procesos una sorprendente cantidad de variaciones, incluso con virus con
estructuras genomicas aparentemente similares. La razon de esto reside en Ia compartimentalizacion, tanto de las celulas eucariotas en los compartimentos nuclear y
citoplasmatico como de la informacion genetica y la capacidad bioquimica en el genoma
virico y Ia celula hospedadora.
El tipo de celula infectada por un virus tiene un profunda efecto sobre el proceso de
replicacion. Para los virus de procariotas, la replicacion refleja en cierto modo la
relativa simplicidad de sus celulas hospedadoras. Para los virus de eucariotas el tema
es frecuentemente mas complejo. Existen muchos ejemplos de virus animales que experimentan distintos ciclos replicativos en diferentes tipos celulares; no obstante, la
capacidad codi:ficante del genoma obliga a todos los virus a escoger una estrategia de
replicacion. Esta puede ser una que implique una intensa dependencia de la celula
hospedadora, en cuyo caso el genoma virico puede ser muy compacta y necesitara
codi:ficar solo la informacion esencial para unas pocas proteinas (por ej., parvovirus).
Altemativamente, grandes y complejos genomas viricos, tales como los de poxvirus,
codi:fican la mayor parte de la informacion necesaria para la replicacion, y el virus solo
depende de la celula para Ia provision de energia y la maquinaria de sintesis macromolecular, como los ribosomas (ver Capitulo 1). Virus con un estilo de vida de ARN (es
decir, genoma ARN mas ARNs mensajeros) no tienen necesidad aparente de entrar en
el nucleo, aunque durante el curso de Ia replicacion algunos lo hacen. La mayoria de
los virus de ADN, como cabria esperar, replican en el nucleo, donde se replica el ADN
celular y donde esta localizada Ia maquinaria bioquimica necesaria para este proceso.
Sin embargo, algunos virus con genoma ADN (por ej., los poxvirus) han evolucionado
para contener su:ficiente capacidad bioquimica y ser capaces de replicar en el citoplasma, con minimos requerimientos de las funciones celulares. La mayor parte de este
Rep licaci6n
capitulo examinani el proceso de la replicaci6n viral y contemplara algunas variaciones de las normas basicas.
INVESTIGACION DE LA REPLICACION ViRICA
Los bacteriOfagos han sido utilizados ampliamente por los vir6logos como modelos para comprender Ia biologia de los virus. Esto es particularmente cierto para la
replicaci6n virica. Dos experimentos especialmente significativos que ilustran la naturaleza fundamental de los virus se realizaron con bacteri6fagos. El primero de ellos
fue llevado a cabo por Ellis y Delbruck en 1939 yes habitualmente denominado el
experimento de un «solo estallido» o «curva de multiplicaci6n en un paso» (Figura
4.1). Este fue el primer experimento que mostr6 las tres fases esenciales de la replicaci6n virica:
Primer
estallido
Periodo de latencia
1 X 10
5!
7
1x 10"
Segundo
estallido
f-
r-
'B""
Q)
'0
:€ci.
;
1 X 10 5
Tamafio del estallido
'
__...c _ _ ._ - - - - - - - - - - - - - - -
1 X10
4
-
0
I
I
I
10
20
30
I
40
50
60
I
70
80
Tiempo tras Ia infecci6n de las celulas (minutes)
Figura 4.1 Curva de crecimiento en un solo paso o experimento de un solo estallido. Inicialmente
realizado por Ellis y Delbruck en 1939, este cll\sico experimento ilustra Ia verdadera naturaleza de Ja
replicaci6n virica. En el texto se proporcionan mas detalles del experimento. En este experimento en
particular, se muestran dos estallidos (cosechas de particulas fagicas de las celulas).
Principios de virologia molecu lar
• Iniciaci6n de la infecci6n.
• Replicaci6n y expresi6n del genoma virico.
• Liberaci6n de viriones maduros de la celula infectada.
En este experimento, los bacteri6fagos se aiiadieron a un cultivo de bacterias en
crecimiento nipido y tras unos pocos minutos, el cultivo fue diluido, previniendo eficazmente mas interacciones entre las particulas fagicas y las celulas. Este sencillo
paso es la clave de todo el experimento, ya que efectivamente sincroniza la infecci6n
de las celulas y permite que las fases siguientes de replicaci6n en una poblaci6n de
celulas individuates y particulas vfricas sea observada como side una sola interacci6n
se tratase (de un modo muy parecido a como la clonaci6n molecular de acidos nucleicos
permite el anatisis de poblaciones de moleculas de acidos nucleicos como una sola
especie). Se tomaron muestras repetidas del cultivo a breves intervalos y se analizaron
las celulas bacterianas sembrandolas en placas de agar y las particulas vfricas
plaqueandolas sobre monocapas de bacterias. Como se observa en la Figura 4.1 , se
produce un incremento de la concentraci6n de particulas fagicas de forma escalonada
a lo largo del tiempo, representando cada incremento en la concentraci6n de fagos un
ciclo replicativo viral. Los datos de este experimento tambien se pueden analizar de un
modo diferente, trazando una grafica con los numeros de unidades formadoras de
placa (u.f.p.) por bacteria en funci6n del tiempo (Figura 4.2). En este tipo de ensayo,
una unidad formadora de placa puede ser tanto una sola particula virica extracelular
como una celula bacteriana infectada. Ambas se pueden distinguir mediante la disrupci6n de las bacterias con cloroformo antes de sembrarlas, lo que Iibera las partfculas
fagicas intracelulares, ofreciendo asi el recuento total de virus (es decir, las patiiculas
intracelulares mas las extracelulares).
Algunas caracteristicas adicionales de la replicaci6n virica son visibles en la grafica de la Figura 4.2. Inmediatamente despues de la diluci6n del cultivo existe una fase
de 10 6 15 minutos en la que no hay particulas fagicas detectables; se conoce como el
periodo de eclipse. Representa un tiempo en el que las particulas viricas han desaparecido tras penetrar en las celulas, liberando sus genomas como un requisito previa a
Ia replicaci6n. En esta fase, las particulas ya no son infecciosas y por lo tanto no se
pueden detectar por ensayo de placas. El periodo de Iaten cia es el tiempo antes de que
aparezca la primera partfcula virica extracelular y tiene una duraci6n de 20 a 25 minutos para la mayorfa de los bacteri6fagos. Unos 40 minutos despues de que las celulas
hayan sido infectadas las curvas del numero total de partfculas viricas y de virus extracelular se superponen porque las celulas infectadas se han lisado y han liberado todos
los fagos intracelulares. Se puede calcular la producci6n (es decir, elnumero) de particulas vfricas por celula infectada a partir del incremento total del titulo de fagos.
Siguiendo el desarrollo de los ensayos de placas para virus animales en la decada
de 1950, los experimentos de un solo estallido se realizaron con muchos virus de
eucariotas, con resultados similares (Figura 4.3). La principal diferencia entre estos
virus y los bacteri6fagos es que el intervalo de tiempo requerido para la replicaci6n es
mucho mas largo, y se mide en horas, y en algunos casos en dias, en vez de en minutos
tras la infecci6n. Esta diferencia refleja la muy inferior velocidad de crecimiento de las
Replicaci6n
1.000 '
100 r-
Periodo de latencia
Periodo
de eclipse
Producci6n
10 r-
"'
:a;
::;
.!2
ci.
:0
"""'
0
10
I
I
I
20
30
40
Tiempo (minutos)
0,1 r-
0,01
Virus
total
Virus
extracelular
L
Figura 4.2 Amilisis de los datos de un experimento de un solo estallido. A diferencia de lo que muestra la Figura 4.1, el niunero total de unidades formadoras de placa (u.f.p.) producidas, aqui los datos que
se representan son las u.f.p./celula bacteriana, lo que refleja los hechos acontecidos en una celula infectada «tipica». Las etapas de Ia replicaci6n nombradas en Ia gratica se defmen en el texto.
celulas eucariotas y, en parte, la complejidad de la replicaci6n de los virus en celulas
compartimentalizadas. El analisis bioquimico de la replicaci6n virica en celulas
eucariotas tambien se ha utilizado para analizar los niveles de virus y de proteina celular y de sintesis de acido nucleico, asi como para examinar los eventos intracelulares
que ocurren durante Ia infecci6n sincr6nica (Figura 4.4). La aplicaci6n de varios inhibidores metab6licos tambien ha mostrado ser una herramienta util en experimentos
semejantes. Se ofreceran ejemplos del uso de tales drogas mas adelante en este capitulo, cuando se hagan consideraciones mas detalladas sobre las etapas de la replicaci6n
virica.
El segundo experimento clave sobre replicaci6n virica usando bacteriOfagos fue
llevado a cabo por Hershey y Chase en 1952. Se propag6 el bacteri6fago T2 en celulas
de Escherichia coli que habian sido marcadas con uno de dos radiois6topos, 35 S, que
se incorpora a las proteinas con aminoacidos que contienen azufre, o 32 P, que se incorpora a los acidos nucleicos (que no contienen azufre) (Figura 4.5). Las particulas marcadas mediante cada uno de estos metodos se utilizaron para infectar bacterias. Tras un
corto periodo para permitir su union a las celulas, la mezcla se homogeneiz6 breve-
Pri ncipios de virologia molecular
1.000
r=
f::
1-
~--- -- -- --- ----- - - - -; .
11100 r
If-
r
Producci6n
II-
r Periodo
r
de
Iaten cia
10
f::
~
1-
I
1
0
2
4
6
8
10
12
Tiempo tras Ia infecci6n (h)
Figura 4.3 La replicaci6n de virus eucari6ticos liticos ocurre de un modo muy similar a Ia de los
bacteri6fagos. Esta figura representa un experimento de un solo estallido aplicado a un picornavirus
(por ej ., poliovirus). Este tipo de resultado solo se puede producir en una infecci6n sincronizada, en Ia
que se utiliza una elevada multiplicidad de infeccion.
mente en una batidora que no destruy6 las celulas bacterianas pero que fue suficientemente intenso para separar las capsides viricas de la superficie de las celulas. El analisis de Ia radiactividad contenida en los sedimentos celulares y en el sobrenadante del
cultivo (conteniendo cubiertas vacias de fagos) demostr6 que Ia mayor parte de la
radiactividad en las particulas marcadas con 35 S pennanecia en el sobrenadante, mientras que con las particulas marcadas con 32 P la mayor parte de la radiactividad habia
penetrado en las celulas. Este experimento indicaba que era el genoma de ADN del
bacteri6fago el que habia entrado en las celulas para iniciar Ia infecci6n.
.
Aunque esto pueda ahora parecer obvio, en el tiempo en que se realiz6 este experimento se estableci6 una gran controversia sobre si un polimero con una simple estructura como un acido nucleico, que se sabia formado por solo cuatro mon6meros, era
suficientemente complejo para ser portador de la infmmaci6n genetica. (En aquel momento se creia comunmente que las proteinas, constituidas por mezclas mucho mas
complejas de mas de 20 aminoacidos diferentes, eran las portadoras de los genes y que
el ADN era probablemente un componente estructural de celulas y virus). Juntos, estos
Replicaci6n
80
"'~
"0
e-00
Sintesis de ADN celular
(control de celulas
no infectadas)
60 r--
(.)
-"
"0
s"'
u
"0
~
40 r--
'6
~
Q)
"0
Sintesis de ADN celular
(celulas infectadas)
20 r-
0
Sintesis de ADN viral
' - - - - - - ' - - - - ' - - - - L-
0
6
10
14
-...JI_
18
Tiempo tras Ia infecci6n (h)
Figura 4.4 Bioquimica de la infecci6n virica. Esta grafica muestra la velocidad de sintesis de ADN
celular y virico (basado en la incorporaci6n de nucle6tidos marcados con radiois6topos a material de
elevado peso molecular) en celulas no infectadas e infectadas con herpesvirus.
dos experimentos ilustraron el proceso de la replicaci6n virica. Las particulas viricas
entran en celulas susceptibles y liberan sus acidos nucleicos gen6micos. Estos son
replicados y empaquetados en particulas viricas constituidas por proteinas viricas nuevamente sintetizadas, las cuales son entonces liberadas de las celulas.
EL CICLO DE REPLICACION
La replicaci6n viral se puede dividir en ocho etapas, como se muestra en la Figura
4.6. Se. debe enfatizar que estas divisiones son puramente arbitrarias, utilizadas aqui
por conveniencia, para explicar el ciclo replicativo de un «tipico» virus inexistente. En
aras de la claridad, este capitulo se centra en virus que infectan vertebrados. Semencionan brevemente los virus de bacterias, invertebrados y plantas, pero el objetivo
general de este capitulo es mostrar las similitudes en los patrones de replicaci6n de
distintos virus. Independientemente de su hospedador, todos los virus deben cumplir
de algun modo cada una de estas etapas para completar con exito sus ciclos replicativos.
No todos los pasos descritos aqui son detectables en las diferentes etapas para todos
los virus; a menudo se desdibujan y parecen suceder casi simultaneamente. Algunas de
l.
Principios de virologfa molecular
Fago T2 - genoma marcado con
Fago T2- capsides marcadas con 35S
32p
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0
£2v~
1
Separar celulas bacterianas y
capsides fagicas por centrifugaci6n
El sobrenadante contiene
25% de radioactividad
El sobrenadante contiene
85% de radioactividad
El sedimento celular contiene
75% de radioactividad
El sedimento celular
contiene 15%
de rad ioactividad
Figura 4.5 El experimento de Hershey-Chase, realizado en 1952, demostr6 que la informacion genetica en los virus estaba codificada por acidos nucleicos y no por proteinas. En el texto se proporcionan
los detalles del experimento.
estas etapas se han estudiado con gran detalle, y existe una cantidad tremenda de informacion sobre ellas. Otras etapas han resultado mucho mas dificiles de estudiar, y se
dispone de ellas de mucha menos infonnacion.
Adsorci6n
Como las fases de la replicacion viral que se describen aqui son puramente arbitrarias y debido a que la replicacion completa implica necesariamente un ciclo, se puede
comenzar a explicar la replicaci6n virica en cualquier etapa. Aunque es discutible, lo
mas 16gico es considerar Ia primera interacci6n de un virus con una nueva celula
hospedadora como el momento de partida del ciclo. Tecnicamente, la adsorcion del
virus consiste en una union especifica de una proteina vi rica de adhesion ( o
«antirreceptor») a una molecula del receptor celular. Actualmente se conocen muchos
Rep licaci6n
O-
Nucleo
Citoplasma
Adhesion
Penetraci6n
---------- -- -- -
Expresr6n
',,
&-
0--
Replicaci6n
\;
Decapsidaci6n
Ensamblaje
' " Maduraci6n
0
0
Liberacion
Proteinas
Figura 4.6
Esquema general de replicacion virica. Para mas detalles, consu ltese el texto.
ejemplos de receptores virales, y una lista completa seria demasiado larga para incluirla aqui (ver Figura 4.7 y la seccion de Bibliografia al final del capitulo).
Las moleculas de receptores diana en las superficies celulares pueden ser proteinas
(generalmente glicoproteinas) o los residuos carbohidrato presentes en las glicoproteinas
o glicolipidos. Los primeros son generalmente receptores especificos en los que un
virus puede usar una proteina particular como un receptor. Los grupos carbohidrato
;\
\
\
\
l
l
i
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\·~
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.
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•
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•
2
3
4
5
6
7
8
l
I
9
10
Figura 4.7 Representacion esquematica de algunos receptores virales; las flechas indican sitios de
union de virus. (1) Receptor de poliovirus (RPV). (2) CD4: Vlli. (3) Antigeno(s) carcinoembrionario(s):
virus de Ia hepatitis del raton (MHV) (coronavirus). (4) ICAM-1: mayoria de rinovirus. (Notese que del
1 al 4 todos son molecul as pertenecientes a Ia superfamilia de las inmunoglobulinas). (5) integrina
VLA-2: virus ECHO. Receptor LDL: algunos rinovirus. (7) Arninopeptidasa N: coronavirus. (8) Acido
sialico (en glicoproteinas): influenza, reovirus, rotavirus. (9) Transportador de aminoacidos cationicos:
virus de Ia leucemia murina. (10) Transportador de fosfato sodio-dependiente: virus de Ia leucemia del
mono gib6n.
Principios de virologia molecular
son usualmente receptores menos especificos porque la misma configuracion de cadenas
laterales puede ocurrir en muchas moleculas glicosiladas asociadas a membrana diferentes. Algunos virus complejos (por ej ., poxvirus, herpesvirus) utilizan mas de un receptor
y por tanto tienen rutas altemativas para penetrar en las celulas. Los receptores virales
pertenecen a muy diferentes clases (por ej., superfamilia de las moleculas similares a
inrnunoglobulinas, receptores asociadas a membranas y transportadores y canales de
membranas). El factor comun que distingue a todos los receptores virales es que no
evolucionaron y no son fabricados por las celulas para permitir a los virus penetrar en
ellas, sino que los virus utilizan moleculas necesarias para funciones celulares normales.
Los virus de plantas se enfrentan al iniciar una infeccion a problemas especiales.
Las superficies externas de las plantas estan compuestas por capas protectoras de ceras
y pectina, pero sobre todo, cada celula esta recubierta de una gruesa pared de celulosa
recubriendo la membrana citoplasmatica. Hasta el momenta, no se conoce ningun virus de plantas que utilice un receptor celular especifico del tipo que usan los virus
animales y bacterianos para unirse a las celulas; por el contrario, los virus de plantas
conffan en una fractura de la integridad de la pared celular para introducir una particula virica directamente en la celula. Esto se logra bien mediante un vector asociado a la
transmision del virus o simplemente por un dafio mecanico a las celulas. Tras la
replicacion en !a celula inicial, la falta de receptores constituye un problema especial
para los virus de plantas para reclutar nuevas celulas al proceso infeccioso. Esto se
comenta en el Capitulo 6.
Algunos de los ejemplos mejor comprendidos de interacciones virus-receptores
conesponden a los picornavirus. Los miembros de la familia Picornaviridae son excepcionales en el sentido de que con ellos se ha estudiado intensamente la interaccion
virus-receptor tanto desde el punto de vista de las caracteristicas estructurales del virus
que se une al receptor como de la molecula misma del receptor. La principal molecula
que actua como receptor para el rinovirus humano (RVH), ICAM-1 («intercellular
adhesion molecule 1», en ing!es; molecula de adhesion intercelular 1) es una molecula
de adhesion cuya funcion normal es unir celulas a sustratos adyacentes. Estructuralmente, ICAM-1 es similar a una molecula de inmunoglobulina, con dominios constantes (C) y variables (V) homologos a los de los anticuerpos y es considerada un miembro de la superfamilia de las inmunoglobulinas (Figura 4.7). De forma parecida, el
receptor de poliovirus es una proteina integral de membrana que tambien es miembro
de esta familia, con una region variable y dos dominios constantes. A diferencia de
ICAM-1, nose conoce !a funcion normal del receptor de poliovirus, pero se ha identificado un homologo murino estructuralmente similar a la molecula humana pero que
no funciona como receptor para poliovirus; no obstante, la existencia de dos moleculas
conservadas ofrece !a oportunidad de estudiar la interaccion molecular entre poliovirus
y su receptor.
Debido a que se conoce la estructura de varias capsides de picornavirus con una
resolucion de unos pocos angstroms (Capitulo 2), ha sido posible determinar las caracteristicas del virus responsables de la union al receptor. En los rinovirus humanos (RVH)
existe una profunda grieta, conocida como cafion, en !a superficie de cada cara triangular
de la capside icosaedrica , que es formada por los monomeros VP1, VP2 y VP3 que la
Replicaci6n
flanquean (Figura 4.8). Las evidencias bioquimicas obtenidas de unas drogas inhibitorias
que bloquean la union de particulas de RVH a las celulas indican que la interaccion
entre ICAM -1 y la particula virica se produce en el suelo de este canon. A diferencia de
otras areas de la superficie del virion, los aminoacidos que forman las superficies internas del canon estan relativamente conservados. Se ha sugerido que estas regiones estan protegidas de la presion antigenica porque las moleculas de anticuerpos son demasiado grandes para penetrar en la grieta. Esto es importante, porque cambios radicales
a este nivel, aunque permitirian al virus escapar de una respuesta inmunitaria, trastornarian Ia union al receptor. Por consiguiente, se ha visto que el sitio de union del
rece tor se extiende por debajo de los bordes del canon y que los sitios de union de los
anticuerpos neutralizantes se extienden sobre los bordes del mismo. De todas maneras,
los residuos mas significativos para los sitios de union del receptor y de los anticuerpos monoclonales estan separados unos de otros. En los poliovirus existe un canon
similar que se extiende alrededor de cada vertice, eje de simetria quintuple, de la capside.
Las regiones muy variables de Ia capside a las que se unen los anticuerpos se localizan
en los «picos» a ambos !ados de esta hendidura, que es nuevamente demasiado estrecha para permitir que los anticuerpos se unan a los residuos de su base. Los residuos
invariables en los !ados de Ia hendidura interaccionan con el receptor.
Incluso dentro de la familia Picornaviridae hay variacion. Aunque 90 serotipos de
RVH utilizan ICAM-1 como receptor, unos 10 serotipos utilizan proteinas relacionadas con el receptor de la lipoproteina de baja densidad (LDL, «low density lipoprotein»).
Se ha descrito que el virus de la encefalomiocarditis (VEMC) utiliza la molecula
inmunoglobulina de adhesion a celula vascular (VCAM-1 , «vascular cell adhesion
molecule 1») o glicoforina A. Diversos picornavirus utilizan integrinas como receptores: algunos virus entericos citopaticos humanos huerfanos (ECHO, «enteric cytopathic
Poliovirus
Pvr
.
Membrana celular
Figura 4.8 Las particulas de rinovirus tienen una profunda hendidura en su superficie, conocida como
«canon», situada entre los tres mon6meros (VPl , 2 y 3) que constituyen cada cara de la particula.
Principios de virologia molecular
human orphan») usan VLA-2 o fibronectina, y se ha descrito que el virus de la fiebre
aftosa utiliza una molecula no identificada similar a una integrina. Otros virus ECHO
utilizan el factor acelerador de la descomposici6n (DAF, «decay-accelerating factor»)
o CD55 , una molecula que participa en Ia funci6n del complemento. Esta lista se proporciona para ilustrar que incluso dentro de una familia de virus estructuralmente relacionados, existe una variaci6n considerable en los receptores utilizados.
Otro ejemplo bien estudiado de interacci6n virus-receptor es el de los virus gripales.
La hemaglutinina forma uno de los dos tipos de glicoproteinas de las espiculas de la
superficie de las particulas de virus influenza (ver Capitulo 2), siendo el otro tipo la
neuraminidasa. Cada espicula de hemaglutinina esta compuesta por un trimero de tres
moleculas, mientras que las espiculas de neuraminidasa consisten en un tetramero (Figura 4.9). Las espiculas de hemaglutinina son las responsables de la union al receptor
del virus influenza, que es acido sialico (acido N-acetil neuraminico ), un grupo glucidico
comunmente encontrado en diversas moleculas glicosiladas. Como resultado, la interacci6n con este receptor establece una escasa especificidad de tipo celular, de forma
que los virus gripales se unen a una amplia variedad de tipos diferentes de celulas (por
ej., provocan hemaglutinaci6n de gl6bulos rojos) ademas de a las celulas en las que
producen infecci6n productiva .
La molecula de neuraminidasa de los virus influenza y de los paramixovirus ilustra
otra caracteristica de esta etapa de la replicaci6n viral. La adsorci6n a los receptores
celulares es en la mayoria de los casas un proceso reversible; si no es seguida por la
penetraci6n en la celula, el virus puede ser eluido de la superficie celular. Algunos
Trlmero de hemaglutinina (HA)
Tetramero de neuraminidasa (NA)
Sitio de union al receptor
Figura 4.9
Espiculas de glicoproteinas de virus influenza.
Replicaci6n
virus tienen mecanismos especificos para separarse, y la neuraminidasa es uno de ellos.
La neuraminidasa es una esterasa que separa residuos de acido sialico de las cadenas
laterales glucidicas. Esto es especialmente importante para el virus influenza. Debido
a que la molecula del receptor esta tan ampliamente distribuida, el virus tiende a unirse
a diversas celulas no apropiadas e incluso a restos celulares; sin embargo, la elucion de
la superificie celular cuando ya se ba producido Ia union al receptor a menudo determina cambios en el virus (por ej., perdida o alteracion estructural de la proteina virica
de adsorcion) que disminuye o elimina la posibilidad de posteriores uniones a otras
celulas. Por tanto, en el caso del virus influenza, el procesamiento proteolitico de residuos de acido sialico deja estos grupos unidos al sitio activo de la bemaglutinina,
previniendo que esta molecula en particular se una a otro receptor.
En muchos, sino en todos los casos, la expresion (o ausencia) de receptores en la
superficie de celulas en gran parte determina el tropismo de un virus (es decir, el tipo
de celulas hospedadoras en las que es capaz de replicar). En algunas ocasiones, los
bloqueos intracelulares en fases tardias de la replicacion son los determinantes del
rango de celulas en las que un virus puede llevar a cabo una infeccion productiva, pero
esto no es frecuente. Por lo tanto, esta fase inicial de la replicacion y la interaccion
muy precoz entre el virus y la celula hospedadora tiene una influencia decisiva sobre la
patogenesis virica y determina el curso de la infeccion por el virus.
En algunos casos, se necesitan interacciones con mas de una proteina para la entrada
del virus. Estos no son ejemplos de empleo altemativo de receptores, ya que ninguna
proteina por separado es un receptor funcional; ambos son necesarios para que acruen en
forma concertada. Un ejemplo lo constituye el proceso que siguen los adenovirus para
entrar en las celulas. Se requiere un proceso en dos fases implicando una interaccion
inicial de la proteina de la fibra del virion con una gama de receptores celulares, que
incluyen al receptor de virus coxsackie-adenovirus (CAR, «coxsackievirus-adenovirus
receptor»). Otra proteina del virion, la base del penton, se f~a entonces a heterodirneros
de la superficie celular de la familia de las integrinas, permitiendo la interiorizacion de la
pruticula virica por endocitosis mediada por receptor. La mayoria de las celulas expresan
receptores primarios para la proteina de la fibra de adenovirus; sin embargo el paso de
interiorizacion es mas selectivo, dando lugar a un grado de seleccion de celulas.
Una observacion similar se ha realizado con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), aunque aqui los efectos de los receptores sobre la determinacion del tropismo celular son mucho mas profundos. El receptor primario para VIH es el antigeno
CD4 de diferenciacion de la celula T colaboradora (helper). La transfeccion de celulas
humanas que no expresan normalmente CD4 (como las celulas epiteliales) con construcciones recombinantes que expresan CD4 las vuelve pem1isivas para la infeccion
por VIH; sin embargo, la transfeccion de celulas de roedor con vectores que expresan
CD4 humano no permite una infeccion productiva por VIH. Si se introduce por
transfeccion el ADN del provirus de VIH en celulas de roedor, se producen virus,
indicando que no existe un bloqueo intracelular a la infeccion; por tanto debe haber
uno o mas factores accesorios ademas de CD4 que son necesarios para formar un receptor funcional para VIH. Existe una familia de proteinas conocida como receptores
de B-quimioquinas. Se ha demostrado que varios miembros de esta familia juegan un
(
Principios de virologfa molecular
papel en Ia entrada de VIH en las celulas, y su distribucion puede constituir un control
primario del tropismo de VIH por diferentes tipos celulares (linfocitos, macr6fagos,
etc.). Ademas, existe evidencia de que, al menos en algunos tipos celulares, la infeccion por VIH no es bloqueada por CD4 soluble, indicando que un receptor completamente diferente puede estar siendo utilizado en estas celulas. Se han propuesto varias
moleculas candidatas a desempefiar este papel (por ej. , galactosilceramida y diversas
otras proteinas). Sin embargo, si alguna o todas estas permiten a VIR infectar una
gama de celulas CD4 negativas, este proceso es mucho menos eficiente que Ia interaccion del virus con su principal complejo receptor.
En algunos casos, la union al receptor especifico puede ser sustituida por interacciones inespecificas o no apropiadas entre las particulas viricas y las celulas. Es posible que las particulas viricas sean tomadas «accidentalmente» por las celulas mediante
procesos como la pinocitosis o la fagocitosis (ver despues). Sin embargo, en ausencia
de alguna forma de interaccion fisica que mantenga al vims en estrecha asociacion con
la superficie celular, la frecuencia con la que ocurren estos hechos accidentales es muy
baja. En ocasiones, la union de pa1iiculas viricas recubiertas de anticuerpos a receptores Fe en Ia superficie de monocitos u otras ceiulas hematicas puede resultar en Ia
penetracion del vims. Se ha demostrado que este fenomeno se produce en un numero
de casos en los que un incremento de Ia penetracion de virus dependiente de anticuerpos origina resultados inesperados. Por ejemplo, la presencia de anticuerpos antivirus
puede ocasionalmente causar un incremento de la entrada de virus en las celulas y un
incremento de Ia patogenicidad en vez de una neutralizacion viral, como normalmente
cabria esperar. Se ha sugerido que este mecanisme puede ser importante en la entrada
de VIR en macr6fagos y monocitos y que este puede ser un factor en la patogenesis del
SIDA, atmque esto no es todavia seguro.
Penetraci6n
La penetracion en la celula diana normalmente ocurre escaso tiempo despues de Ia
adsorcion del virus a su receptor en la membrana celular. A diferencia de la adsorcion,
Ia penetracion en Ia ceiula es generalmente un proceso dependiente de energia; esto es,
Ia celula debe estar metabolicamente activa para que esto ocurra. Intervienen tres mecanismos principales:
I. Translocacion de la particula virica completa a traves de la membrana citoplasmatica de la celula (Figura 4.10); este proceso es relativamente raro entre los virus yes
mal comprendido. Debe estar mediado por proteinas de la capside virica y receptores especificos de Ia membrana.
2. Endocitosis del virus en vacuolas intracelulares (Figura 4.11); probablemente el
mecanisme mas comun de entrada de virus en celulas. No requiere ninguna proteina virica especifica (ademas de las ya utilizadas para fijarse al receptor) pero depende de la formacion e interiorizacion de invaginaciones recubie1ias («coated pits»)
en Ia membrana celular. La endocitosis mediada por receptor es un proceso eficiente para captar y concentrar macromoleculas extracelulares.
Replicaci6n
0
Membrana celular
Citoplasma
!
La particula vi rica se une
a Ia molecula del receptor
g
!
v
La particula es translocada
a !raves de Ia membrana
par el receptor
"' n""""
!
La particula es liberada
en el citoplasma y el receptor
pm '" "'"'"
0
Figura 4.10 Translocaci6n de particulas viricas en teras a traves de Ia membrana celular por receptores
de Ia superficie celular.
3. Fusion de la envuelta del virus (solo aplicable a virus envueltos) con la membrana
celular, bien directamente en la superficie celular o tras endocitosis en una vesicula
citoplasmatica (Figura 4.12), que requiere la presencia de una proteina de fusion
especifica en la envoltura viral; por ejemplo, la hemaglutinina de virus influenza o
las glicoproteinas transmembrana (TM) de retrovirus. Estas proteinas promueven
la union de las membranas celular y virica que resulta en la entrada directa de la
Principios de virologfa molecular
ENDOCITOSIS
ooo ooo o oo oO
0
.-----------~-l Membrana celular
lnvaginacion
recubierta
Adherencia
Union
EXOCITOSIS
Membrana celular
Vesicula secretoria
Adherencia
Figura 4.11
Union
Endocitosis y exocitosis de particulas viricas.
nucleocapside en el citoplasma. Existen dos tipos de fusion de membrana dirigidas
por virus: una es pH dependiente, la otra pH independiente.
El proceso de endocitosis es casi universal en las celulas animales y requiere mayor
consideraci6n (Figura 4.11). La fonnaci6n de invaginaciones recubiertas determina el
atrapamiento de vesiculas unidas a membranas en el citoplasma celular. La vida media
de estas vesiculas recubiertas es muy coft?.. En segundos, la mayoria se fusionan con
endosomas, liberando su contenido en esta~vesiculas mayores. En este momenta cualquier virus contenido dentro de estas estructuras esta todavia separado del citoplasma
por una bicapa lipidica y por tanto no ha penetrado estrictamente en la celula. Ademas,
como los endosomas se fusionan con lisosomas, el ambiente en el interior de estas
vesiculas se hace progresivamente mas hostil conforme se acidifica y cae el pH, mientras la concentraci6n de enzimas degradativas aumenta. Esto significa que el virus
tiene que abandonar la vesicula y entrar en el citoplasma antes de que sea degradada.
Existe una diversidad de mecanismos par los que esto sucede, incluyendo la fusion de
membranas y el rescate por transcitosis. La liberaci6n de particulas viricas de los
endosomas y su paso al citoplasma estan intimamente conectadas con (y a menudo
imposible de separar) el proceso de decapsidaci6n (ver despues).
Repl icaci6n
Virus
extracelular
Membrana celular
e
Union al receptor
------.. .
r; ~l
__.
t:::::.\
\SA!.V
------,
I
"~~~,
,,
Acidificacion
~·'ru?'
Fusion
de membranas
Figura 4.12 Fusion de membrana inducida por virus. Este proceso es dependiente de !a presencia de
una proteina de fusion especifica en !a superficie del virus que, bajo circunstancias particulares (por ej.,
!a acidificacion de !a vesicula que contiene al virus), se activa e induce la fusion de la membrana de la
vesicula y la envuelta del virus.
Decapsida 6n
La dec psidacion es el termino general que se utiliza para definir los hechos que
ocurren tras la
cio , en Ia cualla ca
del virus es completa o parcialmente
retirada y el
o
virico expuesto, generalmente en forma de un complejo de
nucleoproteina. Desafortunadamente, la decapsidacion es una de las fases de la replicacion virica que ha sido menos estudiada y es relativamente poco comprendida. En
cierto sentido, la eliminacion de la
que ocurre durante la fusion de membranas forma parte del proceso de decapsidacion. La fusion entre las envueltas viricas y
las membranas del endosoma es dirigida por las proteinas de fusion del virus. Se activa
generalmente por Ia exposicion de un dominio de fusion previamente oculto, como
resultado de un cambia conformacional en la proteina inducido por el bajo pH dentro
de Ia vesicula, aunque en algunos casos Ia actividad de fusion es estimulada directamente por la union al
. Los sucesos iniciales en la decapsidacion pueden ocurrir dentro de los endosomas, siendo promovidos por el cambia de pH cuando el
endosoma se acidifica o directamente en el citoplasma. Se pueden utilizar ion6foros
como Ia monesina o Ia nigericina o cationes como Ia cloroquina y el cloruro amonico
para bloquear Ia acidificacion de estas vesiculas y para detenninar si los sucesos se
producen despues de la acidificacion de los endosomas (por ej., Ia fusion de membra-
Principios de virologfa molecular
nas pH-dependiente) o directamente en la superficie celular o en el citoplasma (por ej.,
fusion de membranas pH-independiente). La endocitosis conlleva un cierto riesgo para
los virus, porque si se mantienen demasiado tiempo en la vesicula senl.n irreversiblemente dafiados por la acidificaci6n o por enzimas lisosomales. Algunos virus pueden
controlar este proceso; por ejemplo, la proteina M2 del virus influenza es un canal de
membrana que permite la entrada de iones de hidr6geno en la nucleocapside, facilitando la decapsidaci6n. La proteina M2 es multifuncional y tambien desempefia un
papel en la maduracion del virus influenza (ver despues).
En los picornavirus, la penetracion en el citoplasma por salida del virus de los
endosomas esta estrechamente ligada a la decapsidaci6n (Figura 4.13). El ambiente
acido de los endosomas causa un cambia conformacional en la capside, que pone de
manifiesto dominios hidrof6bicos no presentes en la superficie de las particulas viricas
maduras. Se cree que la interacci6n de estos parches con la membrana del endosoma
forma poros a traves de los cuales el genoma pasa al citoplasma.
El producto de la decapsidaci6n depende de la estructura de la nucleocapside virica.
En algunos casos puede ser relativamente simple (por ej., los picornavirus tienen una
pequefia proteina basica de aproximadamente 23 aminoacidos [VPg] covalentemente
unida al extrema 5' del ARNv gen6mico) o muy complejo (por ej., los cores de retrovirus son complejos de nucleoproteina muy ordenados que contienen, ademas del genoma
de ARN diploide, la enzima transcriptasa inversa responsable de convetiir el genoma
virico de ARN en el provirus de ADN). La estructura y la quimica de la nucleocapside
determina los siguientes pasos en la replicaci6n. Como se coment6 en el Capitulo 3, la
transcripci6n inversa s6lo puede ocurrir en el interior de un core ordenado de retrovirus y no puede producirse con los componentes de la reacci6n libres en soluci6n. Las
capsides de herpesvirus, adenovirus y poliomavirus sufren cambios estructurales despues de la penetracion , pero por lo general pennanecen en gran parte intactas. Estas
Virion infective
(1508)
0f'
J
1
Particulas <<A»/cubiertas vacias
00
.. /
~
lnvaginaci6n recubie:L_Parti
ARN liberado al citoplasma
a !raves del canal
~~m~,.~~'1~1"'-0 ~ ~
Figura 4.13
Penetraci6n celular y decapsidaci6n de poliovirus.
Replicaci6n
capsides contienen secuencias que son responsables de la union al citoesqueleto y esta
interaccion permite el transporte de la capside entera al nucleo. En los poros nucleares
es donde se produce la decapsidacion y la nucleocapside pasa al interior del nucleo.
En los reovirus y poxvirus no se produce una decapsidacion completa y muchas de las
reacciones de replicacion del genoma son catalizadas por enzimas de codificacion virica
dentro de particulas citoplasmaticas que to~e parecen a viriones maduros.
Replicaci6n del genoma y expresi6n genica
La estrategia replicativa de cualquier virus depende de la naturaleza de su material
genetico. A este respecto, todos los virus se pueden dividir en siete grupos. Este esquema fue inicialmente propuesto por David Baltimore en 1971. Originalmente, esta clasificacion incluia solo seis grupos, pero despues se ha ampliado para incluir el esquema de replicacion genomica usado por los hepadnavirus y los caulimovirus. Para virus
con genomas de ARN en particular, la replicacion del genoma y la expresion de la
informacion genetica estan estrechamente asociadas; por lo tanto, ambos criterios son
tenidos en cuenta en el esquema que sigue. El control de la expresion genica determina
el curso general de una infeccion virica (aguda, cronica, persistente o latente), y tales
el enfasis puesto en la expresi6n genica por los biologos moleculares que este tema se
discute con detalle en el Capitulo 5. Una vision esquematica de los principales sucesos
que se producen durante la replicacion de los diferentes genomas viricos se muestra en
la Figura 4.14, y una lista completa de todas las familias que constituyen cada clase se
encuentra en el Apendice 2.
• Clase 1: ADN de doble cadena . Esta clase se subdivide en dos grupos mas: (a) la
replicacion es exclusivamente nuclear (Figura 4.14), asi la replicacion de estos vi-
Adhesion
y penetraci6n
__.---=-----------------------..
Nucleo
I
0-\
Expresi6n
inmediata precoz
(a)
Replicaci6n
__.. 0 --..
Expresi6n
precoz (13)
---+-
''
\
'~
-
0
- - - - • Liberaci6n
Ensam blaje
Expresi6n
tardfa (y)
(latencia)
Figura 4.14 Representaci6n esquematica del patron de replicaci6n de los virus de !a clase I. Los
detalles sobre los sucesos que acontecen a los genomas de cada tipo se explican en el texto.
Principios de virologfa molecu lar
•
•
•
•
rus es relativamente dependiente de factores celulares, y (b) la replicaci6n ocurre en
el citoplasma (Poxviridae), en cuyo caso los virus han desarrollado (o adquirido) la
producci6n de todos los factores necesarios para la transcripci6n y la replicaci6n de
sus genomas y asi son en gran parte independientes de la maquinaria celular.
Clase II: ADN de cadena sencilla (Figura 4.15). La replicaci6n ocurre en el nucleo,
implicando la formaci6n de intermediaries de doble cadena que sirven como molde
para la sintesis de ADN progenie de cadena sencilla.
Clase III: ARN de doble cadena (Figura 4.16). Estos virus tienen genomas
segmentados. Cada segmento se transcribe separadamente para producir ARN s mensajeros (ARNm) monocistronicos individuales.
Clase IV: ARN de cadena sencilla de polaridad (+). Estos pueden subdividirse en
dos grupos: (a) Virus con ARNm policistronico (Figura 4.17); como todos los virus de esta clase, el genoma de ARN forma el ARNm y es traducido para dar lugar
a una poliproteina, que posteriormente es digerida proteoliticamente para formar
proteinas maduras. (b) Virus con complejo de transcripci6n, para el cual son necesarias dos rondas de traducci6n (por ej., togavirus) o ARNs subgen6micos (por ej .,
tobamovirus) para producir el ARN gen6mico.
Clase V: ARN de cadena sencilla de polaridad (-).Como se expone en los Capitulos 3 y 5, los genomas de estos virus pueden dividirse en dos tipos: (a) genomas no
Expresi6n de
protefnas NS
Expresi6n de
protefnas CAP
Q •
-
Q
0
a
-----f---
----t----
j\
I
Ensamblaje/maduraci6n
Liberaci6n
0
Figura 4.15
Representaci6n esquematica del patron de replicaci6n de los virus de la clase II.
Replicaci6n
G
Nticleo
Endo/lisosomas
Endosoma
Proteolisis
@
/
-
.
.
Endoc1tos1s
0
p
..
enetrac1on
'\_
Partfcula
""'
«core»
Transcr~pci6_n
pnmana
Ao
V
Transcripci6n
secundarla
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___---/
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Ens~m~laje
/ -esese--- '\_
~
(g
Adhesion
Traducci6n
___
de caps1de
"'
- - - 2icula
replicasa (+)
Sintesis de
cadena (-)
Liberaci6n
Figura 4.16
Representacion esquematica del patron de replicacion de los virus de Ia clase III.
segmentados (orden Mononegavirales) (Figura 4.18), para los que el primer paso
en la replicaci6n es la transcripci6n del genoma de ARN (-) por la ARN polimerasa
ARN-dependiente virica para producir ARNm monocistr6nicos, que tambien sir-
Adhesion
y penetraci6n ,
decapsidaci6n
o --
\
Expresi6n
---+-
&--
O
\Ropli~ci6o
---+-
Figura 4.17
Nticleo
nsamblaje,
maduraci6n
0
---+-
0
;:,,oo
por proteasa
Representacion esquematica del patron de replicacion de los virus de Ia clase IV.
Principios de virologia molecular
Adhesion
y penetraci6n
lntermediario
replicativo (+)
Decapsidaci6n
Expresi6n
0
Nucleo
Ensamblaje/
maduraci6n
0
Liberaci6n
Protefnas
Figura 4.18
•
•
Representaci6n esquematica del patron de replicaci6n de los virus de ]a clase V.
ven como moldes para la posterior replicaci6n del genoma. (Nota: algunos de estos
virus tienen ademas organizaci6n en ambos sentidos («ambisense»). (b) Genomas
segmentados ( Orthomyxoviridae ), que llevan a cabo Ia replicaci6n en el nucleo,
con ARNm monocistr6nicos para cada uno de los genes virales producidos por la
transcriptasa virica a partir del genoma virico completo (ver Capitulo 5).
Clase VI: ARN de cadena sencilla de polaridad (+)con intermediario ADN (Figura 4.19). Los genomas de retrovirus son de ARN de polaridad (+) pero linicos en
que son diploides y no sirven directamente como ARNm, pero si como moldes para
Ia transcripci6n inversa a ADN (ver Capitulo 3).
Clase VII: ADN de doble cadena con ARN intermediario (Figura 4.20). Este grupo
de virus tambien depende de Ia transcripci6n inversa, pero, a diferencia de los reh·ovirus (clase VI), este proceso ocune dentro de Ia particula virica durante su maduraci6n. AI infectar una nueva celula, el primer suceso que ocune es la reparaci6n
del genoma bicatenario incompleto, seguido de la transcripci6n (ver Capitulo 3).
Ensamblaje
El proceso de ensamblaje implica Ia recopilaci6n de todos los componentes necesarios para Ia fonnaci6n del virion maduro en un sitio particular de Ia celula. Durante
el ensamblamiento se forma la estructura basica de la particula virica. El Iugar del
ensamblaje depende del sitio de replicaci6n dentro de la celula y de los mecanismos
por los que el virus es liberado finalmente de la celula, y varia para diferentes virus.
Por ejemplo, en picornavirus, poxvirus y reovirus, el ensamblaje ocune en el citoplasma; en adenovirus, poliomavirus y parvovirus sucede en el nucleo.
Las balsas lipidicas son microdominios de membrana enriquecida en glicoesfmgolipidos (o glicolipidos), colesterol y un grupo especifico de proteinas asociadas. Una concentraci6n elevada de cadenas de carbohidratos saturados en esfmgolipidos pennite al colesterol estar firmemente intercalado en estas balsas. Los lipidos en estos dominios difieren de
Replicaci6n
I MADURACI6N
ADHES\6N
I
/®~
LIBERAC\6N
Union a\ receptor
{~-~-1
Proteinas
regu\adoras
\ \ I
ESIDAC\6N I
........... --------.. D=====O
C\TOPLASMA
I REPLICACI6N
D===f==U
NUCLEO 0
0
0
0
0
0
0
0
IEXPRESI6N GENICAI
Figura 4.19
Representaci6n esquematica del patron de replicaci6n de los virus de la clase VI.
los de otras membranas en que tienen una difusi6n lateral limitada en la membrana, y
tambien pueden ser separados fisicamente por centrifugaci6n en gradiente de densidad en
presencia de algunos detergentes. Las bolsas lipidicas han sido implicadas en varias funciones celulares, como la clasificaci6n apical de proteinas y la transducci6n de sefiales,
pero tambien son utilizadas por virus como plataformas de entrada en las celulas (por ej.,
VIR, SV40 y rotavirus) y como lugares de ensamblaje, gernaci6n y liberaci6n de la membrana celular (por ej., virus influenza, VIR, virus del sararnpi6n y rotavirus).
Como en las fases tempranas de la transcripci6n, no siempre es posible distingujr el
ensamblaje, la maduracion y la liberacion de las pmticulas viricas como etapas diferenciadas y separadas. El sitio de ensamblaje tiene una profunda influencia en todos estos
procesos. En la mayoria de los casos las membranas celulares son empleadas para anclar
proteinas viricas, y este hecho inicia el proceso de ensamblaje. A pesar de los estudios
Principios de virolog fa molecular
Adhesion
y penetraci6n
NtJcleo
Decapsidaci6n
"x
0 --t+-
ARN
---
ADNccc
Ensablaje
Maduraci6n
~,=9
I
Liberaci6n
0
Tr mversa
&p '
rote mas
Figura 4.20
Representaci6n esquematica del patron de replicaci6n de los virus de Ia clase VII.
realizados, nose comprende bien como se lleva a cabo el control del ensamblaje viraL En
general, se piensa que al incrementarse los niveles intracelulares de proteinas viricas y de
moleculas de genomas se alcanza una concentracion critica y que esto desencadena el
proceso. Muchos virus alcanzan niveles elevados de componentes de nueva sintesis concentnindolos en compartimentos subcelulares, lo que resulta visible al microscopio optico, y que se denominan cuerpos de inclusion . Estos son caracteristicos de las ultimas
etapas de la infeccion de celulas por muy diferentes virus. El tamafio y la localizacion de
cuerpos de inclusion en celulas infectadas es con frecuencia una caracteristica de ciertos
virus en particular; por ejemplo, la infeccion por el virus de la rabia provoca grandes
«corpusculos de Negri» perinucleares, observados por vez primera por Adelchi Negri en
1903. Altemativamente, las concentraciones locales de componentes estructurales viricos
pueden ser provocadas por interacciones laterales entre proteinas asociadas a membranas. Este mecanismo es particularmente importante en los virus envueltos liberados de
la celula por gemacion (ver mas adelante).
Como se expuso en el Capitulo 2, la formacion de las particulas viricas puede ser un
proceso relativamente simple que es dirigido solo por interacciones entre las subunidades
de la capside y controlado por las leyes de la simetria. En otros casos, el ensamblaje es un
proceso muy complejo con multiples pasos, que implican no solamente a las proteinas
estructurales viricas sino tambien a proteinas «andamio» de codificacion virica y celular,
que acman como moldes para guiar el ensamblaje de los viriones. La encapsidacion del
genoma virico puede ocurrir bien precozmente durante el ensamblaje de la particula (por
ej., muchos virus con simetria helicoidal se forman alrededor del genoma) o en una etapa
tardia, cuando el genoma es introducido en una cubierta de proteina casi completada.
Maduraci6n
Maduracion es la etapa del ciclo en la que el virus se vuelve infeccioso. Generalmente implica cambios estructurales en la particula virica que pueden resultar de esci-
Replicaci6n
siones especificas de las proteinas de la capside para formar productos maduros, 0
cambios conformacionales de las proteinas durante su ensamblaje. Tales eventos frecuentemente conducen a cambios estructurales sustanciales en la capside que pueden
ser detectables por criterios como diferencias en la antigenicidad de las particulas viricas
incompletas y maduras, que en algunos casos (por ej., picornavirus) se alteran radicalmente. Por otra parte, alteraciones estructurales intemas -por ejemplo, la condensacion de nucleoproteinas con el genoma viral- a menudo resultan en tales cambios.
Las proteasas de codificacion viral estan frecuentemente implicadas en la maduracion, aunque en algunos casos se utilizan enzimas celulares o una mezcla de enzimas viricas y celulares. Existe claramente un peligro en confiar en enzimas proteoliticas celulares, ya que su relativa falta de especificidad de sustrato puede dar lugar
facilmente a una degradacion completa de las proteinas de la capside. No obstante,
las proteasas de codificacion virica son generalmente muy especificas de secuencias
aminoacidicas y de estructuras particulares, y con frecuencia cortan solamente un
peptido concreto en una capside virica grande y compleja. Ademas, con frecuencia
se controlan al ser empaquetadas en las propias particulas viricas durante el ensamblaje y solo se activan cuando entran en estrecho contacto con sus secuencias diana
por la conformacion de la capside (por ej., al encontrarse en un entomo hidrofobico,
por cambios en el pH o por variaciones en la concentracion de iones metalicos en el
interior de la capside). Las proteasas de retrovirus constituyen buenos ejemplos de
enzimas implicadas en la maduracion que estan sometidas a este tipo de control estricto. La particula de core de retrovirus se compone de proteinas del gen gag, y la
proteasa es empaquetada en el core antes de su liberacion de la celula por gemacion. En algun mom en to durante el proceso de gemacion (el tiempo ex acto varia
segun los distintos retrovirus) la proteasa escinde a los precursores de la proteina
codificada por gag en los productos maduros; la capside, la nucleocapside y las proteinas matriz de la particula virica madura (Figura 4.21).
No todos los procesos de digestion por proteasas que intervienen en la maduracion
estan regulados tan estrechamente. La hemaglutinina nativa del virus influenza sufre
una modificacion post-traduccional (glicosilacion en el aparato de Golgi) y en esta
etapa exhibe actividad de union al receptor. Sin embargo, la proteina debe ser escindida
en dos fragmentos (HA 1 y HA2) para que sea capaz de promover la fusion durante la
infeccion. Enzimas celulares similares a tripsina son responsables de este proceso, que
ocurre en vesiculas secretoras conforme el virus gema en su interior antes de su liberacion a la superficie celular. Amantadina y rimantadina son dos drogas activas frente a
los virus influenza A (Capitulo 6). La accion de estos agentes estrechamente relacionados es compleja e incompletamente comprendida, pero se cree que bloquean los canales de iones de la membrana celular. La diana para ambas drogas es la proteina matriz
(M2) del virus influenza, pero la resistencia a la droga puede tambien depender del gen
de la hemaglutinina. La replicacion de algunas cepas de virus influenza es inhibida en
la etapa de penetracion celular y la de otras en la de maduracion. La accion bifasica de
estas drogas resulta de la incapacidad de las celulas tratadas con elias de disminuir el
pH del compartimento endosomal (una funcion normalmente controlada por el producto del gen M2), y por tanto de escindir la hemaglutinina durante la maduracion. De
Principios de virologia molecular
Glicoprote in as
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~ Polimerasa
Envuelta ----;.125, ·~ . ~
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Nucleocapside -----;-t.-
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Genoma
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Matriz
MADURACION
Digesti6n por proteasas
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y condensaci6n de nucleocapside
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Proteinas de Ia celula
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Glicoproteinas
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Proteina de
nucleocapside
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LIBERACION
ENSAMBLAJE
II
_
11
1
Genoma
viral
Membrana celular
" 'Proteina
matriz
Citoplasma
Figura 4.21 Liberaci6n de virus por gemaci6n. Este es el proceso por el que las particulas viricas
envueltas adquieren sus membranas y las proteinas asociadas.
forma similar, las glicoproteinas de la envuelta de retrovirus requieren la escisi6n en
proteinas de superficie (SU) y transmembrana (TM) para su actividad. Este proceso
tambien es llevado a cabo por enzimas celulares, pero en general es poco entendido.
Como ya se expuso, en algunos virus el ensamblaje y la maduraci6n ocurren dentro
de las celulas y son inseparables, mientras que en otros la maduraci6n puede ocurrir
solo despues de la liberaci6n de particulas viricas de la celula. En cualquier caso, el
proceso de maduraci6n prepara a la particula para la infecci6n de nuevas celulas.
Replicaci6n
Liberaci6n
Como se expuso anteriormente, los virus de plantas se enfrentan a dificultades
particulares impuestas por la estructura de las paredes de la celula vegetal, cuando se
trata de abandonar las celulas e infectar otras nuevas. Como respuesta han desarrollado estrategias particulares para veneer este problema, que se comentan en detalle
en el Capitulo 6. Todos los demas virus escapan de las celulas por uno de dos mecanismos. Para los virus liticos (como la mayo ria de los no envueltos ), la liberacion es
un proceso simple; la celula se rompe y libera los virus. Los virus envueltos adquieren sus membranas lipidicas conforme geman al exterior a traves de la membrana
celular o en vesiculas intracelulares antes de su liberaci6n posterior. Las proteinas de
envuelta del virion se incorporan durante este proceso mientras el virus emerge bacia el exterior. Este proceso se denomina gemacion. La liberaci6n de particulas viricas
por este metoda puede resultar muy dafiina para la celula (por ej., paramixovirus,
rabdovirus y togavirus), o, por el contrario, no serlo (por ej. , retrovirus), pero en
ambos casos el proceso es controlado por el virus; la interacci6n fisica de las proteinas de la capside con la superficie intema de la membrana celular fuerza a la particula a atravesarla (Figura 4.15). Como se mencion6 anteriormente, el ensamblaje, la
maduraci6n y la liberaci6n son habitualmente procesos simultaneos para los virus
liberados por gemaci6n. El tipo de membrana de la que geman los virus depende de
cada virus en concreto. En la mayoria de los casos, la gemaci6n se produce en las
membranas citoplasmaticas (retrovirus, togavirus, ortomixovirus, paramixovirus, '
bunyavirus, coronavirus, rabdovirus, hepadnavirus), pero en algunos casas involucra
a la membrana nuclear (herpesvirus).
La liberaci6n de particulas viricas maduras por gemaci6n de las celulas hospedadoras
susceptibles presenta problemas, ya que estas particulas estan disefiadas para entrar,
mas que para salir de las celulas. L,C6mo logran estos virus abandonar la superficie
celular? Los detalles no se conocen, pero hay varias pistas sobre como se consigue este
proceso. Algunas proteinas viricas estan implicadas en la fase de liberacion asi como
en las etapas iniciales del ciclo de replicaci6n. Un buen ejemplo lo constituye la neuraminidasa del virus influenza. Ademas de ser capaz de revertir la fijaci6n de las particulas viricas a las celulas por la hemaglutinina, la neuraminidasa se piensa que es importante para prevenir la agregaci6n de particulas viricas de influenza y bien puede tener
un papel en la liberaci6n del virus. Este proceso es la diana de nuevas drogas como el
oseltamivir y el zanamivir (Capitulo 6).
Ademas de utilizar proteinas especificas, los virus que salen por gemaci6n han
resuelto el problema de su liberaci6n mediante un cuidadoso control del tiempo de la
via de ensamblaje-maduraci6n-liberaci6n. Aunque puede resultar imposible separar
estas etapas mediante analisis bioquimicos, ello no significa que no se haya desarrollado una separaci6n espacial cuidadosa de estos procesos como un modo de resolver este
problema. De forma parecida, aunque puede que no entendamos todos los detalles de
los numerosos cambios confonnacionales que se producen en las capsides viricas y en
las envueltas durante estas ultimas etapas de la replicaci6n virica, ievidentemente esta
funciona, a pesar de nuestras limitaciones!
Principios de virologla molecular
RESUMEN
En tenninos generales, la replicaci6n vfrica incluye tres amplias etapas llevadas a
cabo por todos los tipos de virus: iniciaci6n de Ia infecci6n, replicaci6n y expresi6n del
genoma, y, finalmente, liberacion de los viriones maduros de la celula infectada. A
nivel detallado, existen muchas diferencias en los procesos de replicaci6n de diferentes virus, que son impuestas por la biologia de la celula hospedadora y por la naturaleza del genoma viral. De todas maneras, es posible extraer una vision general sobre la
replicaci6n virica y sus etapas comunes, las cuales de una forma u otra, son seguidas
por todos los virus.
BIBLIOGRAFiA
Cann, A.J. (2000). DNA Virus Replication: Frontiers in Molecular Biology. Oxford Uni. versity Press, Oxford. ISBN 019963713X.
·
Ellis, E.L. and Delbruck, M. (1939). The growth of bacteriophage. Journal <f General
Physiology, 22: 365- 384.
Freed, E.O. (2004) . HIV-1 and the host cell: an intimate association. Trends in Microbiology, 12: 170-177.
Hershey, A.D. and Chase, M. (1952). Independent functions of viral protein and
nucleic acid in growth of bacteriophage. Journal of General Physiology, 26: 36-56.
Kasamatsu, H. and Nakanishi, A. (1998) How do animal DNA viruses get to the
nucleus? Annual Review of Microbiology, 52: 627-686.
Lopez, S. and Arias, C.E (2004). Multistep entry of rotavirus into cells: a Versaillesque dance. Trends in Microbiology, 12: 271-278.
Moore, J.P. et al. (2004). The CCRS and CXCR4 coreceptors-central to understanding the transmission and pathogenesis of human immunodeficiency virus
type 1 infection. AIDS Research and Human Retroviruses, 20: 11.1-126.
Rossmann, M.G. et al. (2002). Picornavirus- receptor interactio~. Trends in Microbiology, 10: 324-331.
Schneider-Schaulies, J. (2000). Cellular receptors for viruses: links to tropism and
·
pathogenesis. Journal of General Virology, 81: 1413-1429.
CAPiTULO
5
EXPRESION
aprendizaje
Al terminar este capitulo, ellector debeni ser capaz de:
• Describir un ciclo de replicaci6n generalizada para cada uno de los siete tipos
de genomas viricos.
• Explicar como los patrones de expresi6n genica son determinados poi- Ia estructura del genoma virico y por el modo en que se replica.
• Entender el papel que juegan los sucesos post-transcripcionales en el control
de Ia expresi6n de los genes viricos.
EXPRESION DE LA INFORMACION GENETICA
La interacci6n mas critica entre un virus y su celula hospedadora Ia constituye el
requerimiento por el virus del aparato celular para Ia sfntesis de proteinas y de acidos
nucleicos. El curso de Ia replicaci6n virica se determina por un control estrecho de la
expresi6n genica. Existen diferencias fundamentales en el control de estos procesos en
celulas procariotas y eucariotas. Estas diferencias inevitablemente afectan a los virus
que las utilizan como hospedadoras. Ademas, la relativa simplicidad y el tamafio compacta de los genomas viricos (comparados con el de Ia celula mas simple) impone mas
limitaciones. Las celulas han desanollado diversos y complejos mecanismos para controlar la expresi6n genica, empleando su extensa capacidad genetica. Por el conh·ario,
los virus han tenido que conseguir un control altamente especifico cuantitativo, temporal y espacial de Ia expresi6n, con recursos geneticos mucho mas limitados. Varios
aspectos de este problema ya han sido discutidos en los Capitulos 3 y 4.
Los virus han compensado sus limitaciones geneticas mediante la evoluci6n de una
gama de soluciones a estos problemas. Estos mecanismos incluyen:
Principios de virologfa molecular
•
Sefiales potentes positivas y negativas que promueven o reprimen la expresi6n
genica.
• Genomas muy comprimidos en los que son frecuentes las pautas de lectura superpuestas.
• Sefiales de control que estan con frecuencia «anidadas» dentro de otros genes.
• Distintas estrategias disefiadas para crear multiples polipeptidos a partir de un solo
ARN mensajero.
La expresi6n genica engloba a bucles de regulaci6n mediados por sefiales que acruan bien en cis (afectando a la actividad de regiones geneticas contiguas) o bien en
trans (dando Iugar a productos difusibles que acruan sobre sitios reguladores, esten o
no contiguos al sitio en el que se producen). Por ejemplo, los promotores de la transcripci6n son secuencias que actuan en cis pues estan localizadas adyacentes a los
genes cuya transcripci6n controlan, mientras que las proteinas tales como los «factores
de transcripci6m>, que se unen a secuencias especificas presentes en cualquier tramo
de los acidos nucleicos presentes en la celula son ejemplos de factores que actuan en
trans . La relativa simplicidad de los genomas viricos y la elegancia de sus mecanismos de control son los modelos que constituyen la base de nuestro conocimiento actual sobre la regulaci6n genetica. Este capitulo asume una familiaridad con los mecanismos implicados en el control celular de la expresi6n genica; no obstante, para ilustrar
los detalles de la expresi6n genica viral, se ofrece a continuaci6n un resumen muy
breve sobre algunos aspectos pertinentes.
CONTROL DE LA EXPRESION GENICA EN PROCARIOTAS
Las celulas bacterianas ocupan un segundo Iugar despues de los virus en la especificidad y la economia de sus mecanismos de control geneticos, y posiblemente el primer lugar en lo que se refiere a la intensidad con que estos mecanismos han sido estudiados. EI control genetico se ejerce tanto a nivel de la transcripci6n como en los
estadios posteriores (post-transcripcionales) de la expresi6n genica.
La iniciaci6n de la transcripci6n es regulada primariamente de una forma negativa
mediante la sintesis de proteinas represoras que actuan en trans , que se fijan a las
secuencias del operador situadas por delante de las que codifican la proteina. Conjuntos de genes relacionados metab6licamente son agrupados y regulados de forma coordinada, constituyendo «operones». La transcripci6n de estos operones tfpicamente produce un ARNm policistr6nico que codifica varias proteinas diferentes. Durantes etapas
posteriores de expresi6n, la transcripci6n tambien se regula mediante un numero de
mecanismos que acruan, como en la famosa frase de Mark Ptashne, como «interruptores geneticos», encendiendo o apagando la transcripci6n de los distintos genes. Tales
mecanismos incluyen la antiterminaci6n, que es controlada por factores que acruan en
trans, que promueven la sintesis de transcritos mas largos que codifican informacion
genetica adicional, y por varias modificaciones de la ARN polimerasa. Factores cr
(sigma) bacterianos son apoproteinas que afectan a la especificidad de la holoenzima
Expresi6n
ARN polimerasa por diferentes promotores . Varios bacteriOfagos (por ej., el fago
SPOl de Bacillus subtilis) codifican proteinas que funcionan como factores cr alternatives, secuestrando la ARN polimerasa y alterando la proporci6n de genes fagicos que
son transcritos. El fago T4 de Escherichia coli codifica una enzima portadora de una
modificaci6n covalente (ribosilaci6n de difosfato de adenosina [ADP]) de la ARN
polimerasa de la celula hospedadora. Se cree que esto es para eliminar la necesidad de
la holoenzima polimerasa por el factor cry para lograr un efecto similar al de la producci6n de factores cr modificados por otros bacteri6fagos.
A nivel post-transcripcional, la expresi6n genica en bacterias se regula tambien
mediante el control de la traducci6n. El ejemplo mejor conocido entre los virus de este
fen6meno procede del estudio de los bacteri6fagos de la familia Leviviridae, como
R17, MS2 y Q~. En estos fagos, la estructura secundaria del ARN de simple cadena
que constituye el genoma fagico regula, no solo las cantidades de las diferentes proteinas del fago que se traducen, sino que tambien opera como un control temporal del
interrupter que regula las proporciones entre las distintas proteinas producidas en las
celulas infectadas.
CONTROL DE LA EXPRESION EN EL BACTERIOFAGO A.
El genoma del fago A ha sido estudiado en gran detalle e ilustra varios de los mecanismos comentados anteriormente, incluyendo la acci6n de proteinas represoras en la
regulaci6n de la lisogenia versus la replicaci6n litica, y la antiterminaci6n de la transcripci6n por factores que actuan en trans codificados por el fago. Ha sido tal el impacto
de estos descubrimientos que no se puede considerar completa una discusi6n sobre el
control de la expresi6n genica en los virus sin un examen detallado de este fago.
El fago A fue descubierto por Esther Lederberg en 1949. Los experimentos realizados por Andre Lwoff en 1950 en el Institute Pasteur demostraron que cuando se irradiaban con luz ultravioleta algunas cepas de Bacillus megaterium dejaban de crecer y
posteriormente se !isaban, liberando una cosecha de particulas fagicas. Junto con
Francois Jacob y Jacques Monad, Lwoff demostr6 posteriormente que las celulas de
algunas cepas bacterianas contenian un bacteri6fago en forma latente, conocido como
profago, y que se podia conseguir que el fago altemase entre ciclos de replicaci6n
lisogenicos (no productivos) y liticos (productivos).
Tras muchos afios de estudio, nuestro conocimiento sabre A se ha depurado y se ha
convertido en un ejemplo de uno de los sistemas de control geneticos mejor comprendidos y mas elegantes que nunca se hayan investigado. En la Figura 5.1 se muestra un
mapa genetico simplificado de A. Para la regulaci6n del ciclo replicative del fago se
pueden ignorar los genes estructurales que codifican los componentes de la cabeza y
de la cola de la capside virica. Los componentes pertinentes implicados en el control
genetico son los siguientes :
1. PL es el promotor responsable de la transcripci6n dellado izquierdo del genoma de
A, que incluye N y cl/1.
Principios de virologfa molecular
Recombinaci6n
Cola
Cabeza
,
,,
ell/
I
I
nut
Figura 5.1
pla
N
I
ol
cl
I
FP.
o.
~ro
ell
Mapa genetico simplificado del bacteri6fago /....
2. OL es una region corta no codificante del genoma del fago (aproximadamente de
50 pb) que se encuentra entre los genes ely N , proximo a PL.
3. PRes el promotor responsable de la transcripcion dellado derecho del genoma de
'A, que incluye era, ell y los genes que codifican las proteinas estructurales.
4. ORes una region corta no codificante del genoma del fago (aproximadamente de
50 pb) que se encuentra entre los genes c1 y era, proximo aPR.
5. else transcribe desde su propio promotor y codifica una proteina represora de 236
aminoacidos que se une a OR, previniendo la transcripcion de era pero permitiendo
la transcripci6n de el, y a OL, previniendo la transcripci6n de N y de otros genes en
el extrema izquierdo del genoma.
6. ell y elll codifican proteinas activadoras que se unen al genoma, activando la transcripcion del gen cl.
7. era codifica una proteina de 66 aminoacidos que se une a OR, bloqueando la union
posterior del represor a este sitio.
8. N codifica una proteina antiterminadora que acrua como un factor p (rho) alternativo para la ARN polimerasa celular, modificando su actividad y permitiendo una
transcripcion extensa desde PLy PR.
9. Q es un antiterminador similar a N, pero solo permite extender la transcripcion
desde PR.
En una celula recientemente infectada, N y era se transcriben desde PLy PR, respectivamente (Figura 5.2). La proteina N permite ala ARN polimerasa transcribir diversos
genes del fago, incluyendo a los responsables de la recombinacion de ADN y de la
integraci6n del profago, asi como ell y ciii. La proteina N acrua como un regulador
positivo de la transcripcion. En su ausencia, la holoenzima ARN polimerasa se detiene
en ciertas secuencias localizadas al final de los genes N y Q, conocidos como los sitios
nut y qut, respectivamente. Sin embargo, los complejos ARN polimerasa-proteina N
Expresi6n
Expresi6n gemica
inmediata precoz
Expresi6n genica
precoz tardia
Establecimiento
de lisogenia
lnfecci6n
litica
Bloqueo de Ia
transcripci6n
desde PLYPR
PLy PR estan activos
Figura 5.2 Control de Ia expresi6n del genoma del bacteri6fago /.... V ease el texto para una descripci6n
detallada de los sucesos que ocurren en una celula recien infectada y durante Ia infecci6n litica o Jisogenica.
son capaces de superar esta restricci6n y permiten la transcripci6n completa desde PLy
PR. El complej o ARN polimerasa-proteina Q s6lo permite la transcripci6n completa
desde PR. Conforme los niveles de las proteinas ell y de ciii se acumulan en la celula,
la transcripci6n del gen represor cJ se pone en marcha desde su propio promotor.
Principios de virologia molecu lar
En este momenta se produce un paso critico que detennina el resultado de la infecci6n. La proteina ell esta siendo constantemente degradada por las proteasas presentes
en la celula. Si los niveles de ell se mantienen por debajo de un nivel critico, la transcripci6n de PRy de PL continua, y el fago sufre un ciclo de replicaci6n productiva que
culmina en la lisis celular y la liberacion de particulas fagicas. Esta es la secuencia de
acontecimientos que sucede en la gran mayoria de celulas infectadas; sin embargo, en
unas pocas y raras ocasiones, la concentraci6n de ell se incrementa, Ia transcripci6n de
cl es activada y los niveles intracelulares de la proteina ci represora aumentan. El
represor se une a OR y OL> lo que previene la transcripci6n de todos los genes fagicos
(particularmente era, ver despues) excepto lade el mismo. El nivel de la proteina ci es
mantenido automaticamente por un mecanisme de retroalimentaci6n negativa, ya que
a altas concentraciones el represor tambien se une al extrema izquierdo de OR y previene Ia transcripci6n de ci (Figura 5.3). Esta autorregulaci6n de la sintesis de ci mantiene
a la celula en un estado estable de lisogenia.
Sintesis de proteina
represora de cl
La inhibici6n de Ia
transcripci6n desde
PLy PR causa lisogenia
A alias concentraciones
Ia proteina represora
de cl se une a los seis
sitios operadores,
inhibiendo su propia
transcripci6n
Figura 5.3
Control de la lisogenia en bacteri6fago /... Vease el texto para mas detalles.
Expresi6n
Si esto es asi, (,Como abandonan estas celulas este estado y entran en un ciclo
rep licativo Htico productivo? El estres fisiologico y especialmente la irradiacion ultravioleta de las celulas provoca !a induccion de una proteina celular, RecA. Esta proteina, cuya funcion normal es inducir la expresion de genes celulares y permitir a la
celula adaptarse y sobrevivir en condiciones ambientales alteradas, escinde la proteina
represora cl. Por si solo, esto no seria suficiente para prevenir ala celula de reentrar en
el estado lisogenico; sin embargo, cuando Ia proteina represora no esta unida a OR, cro
es transcrito por PR. Cro tambien se une a OR, pero a diferencia de cl, que se une
preferentemente a! extremo derecho de OR, la proteina Cro lo hace preferentemente a!
extremo izquierdo de OR, previniendo la transcripcion de ci e incrementando su propia
transcripcion en un bucle de retroalimentacion positiva. Por tanto, el fago queda encerrado en un ciclo litico y no puede retornar al estado de lisogenia.
Esta descripcion es una version muy simplificada del control genetico de la expresion en fago A. Se conocen muchos detalles acerca de los mecanismos moleculares con
los que este sistema funciona , pero debido a que esta materia podria facilmente ocupar
un libro entero, no se dispone aqui del espacio suficiente para contarlo todo. Los detalles moleculares del sistema A no solo son de particular interes, sino que tambien han
configurado nuestro entendimiento de la regulacion genetica en las celulas procariotas
y eucariotas . La resolucion de las estructuras de las proteinas involucradas en el esquema anterior nos ha permitido identificar los principios fundamentales tras la observacion de que muchas proteinas de organismos no relacionados pueden reconocer y
unirse a secuencias especificas en moleculas de ADN. Los conceptos de proteinas con
dominios independientes para unirse al ADN y de dimerizacion, de cooperacion entre
proteinas en Ia union al ADN, y la formacion de bucles de ADN que permiten a las
proteinas unirse a sitios distantes para interaccionar entre elias han smgido todos ellos
del estudio de A. Es importante leer las referencias bibliograficas que se citan al final
de este capitulo para entender completamente los matices de la expresion genica en
este complejo bacteri6fago, asi como para tener en cuenta el disefio y el funcionamiento de este sistema cuando se lean los ejemplos de la regulacion de la expresion genica
descritos en el resto del capitulo.
CONTROL DE LA EXPRESION GENICA EN EUCARIOTAS
El control de la expresion genica en las celulas eucariotas es mucho mas complejo
que en las celulas procariotas e implica una estrategia en multiples capas, en la cual
diversos mecanismos de control ejercen sus efectos a multiples niveles. El primer nivel
de control ocuiTe antes de la transcripcion y depende de Ia configuracion local del
ADN. El ADN en las celulas eucariotas tiene una estructura elaborada, formando complicados y dinamicos complejos, lejos del azar, con numerosas proteinas para formar la
cromatina . Aunque los contenidos de los nucleos de las celulas eucariotas parecen
amorfos en las micrografias al microscopio electronico (al menos en Ia interfase), estan en realidad muy ordenados. La cromatina interacciona con el esqueleto estructural
delnucleo -Ia matriz nuclear- y se cree que estas interacciones son imp01tantes para el
Principios de virologia molecular
control de Ia expresion genica. Localmente, Ia configuracion del nucleosoma y Ia conformacion del ADN, particularmente la formacion del «Z-ADN» de helice con giro
bacia Ia izquierda, son tambien importantes. La digestion con AD Nasa I de la cromatina no produce un patron de digestion uniforme y homogenea, sino que revela sitios
con una particular hipersensibilidad a Ia ADNasa, que se cree indican diferencias en la
funcion de distintas regiones de la cromatina. Es posible, por ejemplo, que los retrovirus sean mas propensos a integrarse en el genoma celular en estos sitios que en otros.
El ADN activo transcripcionalmente esta tambien poco metilado, es decir, existe una
escasez relativa de nucleotidos modificados por la union covalente de grupos metilo
en estas regiones, en comparacion con la frecuencia de metilacion en regiones
transcripcionalmente quiescentes del genoma. Se ha demostrado que la metilacion de
las secuencias del virus de la leucemia murina de Moloney en embriones de raton preimplantados suprime Ia transcripcion del genoma del provirus.
El segundo nivel de control reside en el propio proceso de transcripcion, que nuevamente es mucho mas complejo que en los procariotas. Existen tres formas de A.RN
polimerasas en las celulas eucariotas que se pueden diferenciar por su relativa sensibilidad a la alfa-amanitina y por su especificidad por distintas clases de genes (Tabla
5.1 ). La velocidad ala que se inicia la transcripcion es un aspecto clave en el control de
Ia expresion de los genes eucariotas. La iniciacion es drasticamente influenciada par
secuencias situadas por delante del sitio de inicio de la transcripc ion que funcionan
actuando como sitios de reconocimiento para familias de proteinas que se unen muy
especificamente al ADN, conocidas coloquialmente como «factores de transcripcion».
Inmediatamente por delante del sitio de inicio de Ia transcripcion se encuentra una
region relativamente corta conocida como promotor. Es en este sitio donde se une al
ADN el complejo de transcripcion, constituido por Ia ARN polimerasa junto con unas
proteinas accesorias, y Ia transcripcion comienza; sin embargo, las secuencias situadas
corriente arriba del promotor influyen sabre Ia eficacia con Ia que se forman los complejos de transcripcion. La velocidad de iniciacion depende de Ia combinacion de los
factores de transcripcion a estos potenciadores («enhancers») de Ia transcripcion. Las
propiedades de estas
nci
ras son notables en el sentido de que pueden estar invertidas o moverse alrededor de Ia posicion del inicio de Ia transcripcion
sin perder actividad, e incluso pueden ejercer su influencia desde una distancia de
ARN
polimerasa
Sensibilidad
a a-amanitina
Genes celulares
transcritos
Genes virales
transcritos
II
Sin efecto
Muy sensible
ARNs ribos6micos
La mayoria de los genes
de una copia
ARNr 5S, ARNt
La mayoria de los genomas
de virus ADN
ARNs VA de Adenovirus
III
Moderadamente
sensible
Expresi6n
varias kilobases. Esto resalta la flexibilidad del ADN, que permite a las proteinas unirse
en sitios distantes para interaccionar unas con otras, como ya se vio anteriormente en las
interacciones proteina-proteina en la regulacion de la expresion genica del fago A.. La
transcripcion de los genes eucariotas resulta en !a produccion deARNm monocistronicos,
cada uno de los cuales se transcribe desde su propio promotor individual.
En el siguiente estadio, !a expresion genica es influenciada por la estructura del
ARNm producido. La estabilidad de los ARNm eucariotas varia considerablemente,
alcanzando algunos una larga vida media en la celula (es decir, varias horas). La vida
media de otros, tipicamente de los que codifican proteinas reguladoras, puede ser muy
breve (es decir, unos pocos minutos). La estabilidad de los ARNm eucariotas depende
de la velocidad en que son degradados. Esto viene determinado por factores como sus
secuencias terminales, que consisten en estructuras con una caperuza («cap») metilada
en el extrema 5' y acido poliadenflico en el extrema 3 ', asi como por el conjunto de su
estructura secundaria. Sin embargo, la expresion genica esta regulada tambien por fenomenos de corte y empalme («splicing») diferenciales de ARNs heterogeneos nucleares (AR~hn) precursores en el nucleo, que pueden alterar el significado genetico
de distintos ARNm transcritos desde un mismo gen. En las celulas eucariotas, el controles ejercido tambien durante la exportacion del ARN desde el nucleo al citoplasma.
Finalmente, el proceso de traduccion ofrece mas oportunidades para el control de la
expresion. La eficacia con la que diferentes ARNm se traducen varia enormemente. Estas diferencias resultan en gran parte de la eficacia con la que los ribosomas se unen a los
distintos ARNm y reconocen los codones AUG de inicio de la traduccion en diferentes
contextos de secuencias, asi como de la velocidad a la que distintas secuencias son convertidas en proteinas. Algunas secuencias actlian como potenciadoras de la traduccion,
ejerciendo una funcion analoga a la de los potenciadores de la transcripcion.
El motivo de proporcionar esta extensa lista de mecanismos de expresion de los
genes eucariotas es que todos son utilizados por virus para controlar la expresion genica.
Ejemplos de cada tipo sedan en las secciones siguientes. Si esto parece extraordinario,
debe recordarse que el control de la expresion genica en las celulas eucariotas fue
desvelado en gran parte utilizando virus como sistemas modelo; por lo tanto, encontrar
ejemplos de estos mecanismos entre los viruses realmente asistir a una profecia cumplida.
ESTRATEGIAS DE CODIFICACION DEL GENOMA
En el Capitulo 4, la estructura del genoma fue un elemento utilizado para establecer una clasificacion arbitraria que divide los genomas viricos en siete grupos. La otra
parte de un esquema semejante es el modo en que se expresa la informacion genetica
en cada clase de genomas viricos. La replicacion y la expresion de los genomas viricos
estan inseparablemente relacionadas, y esto es particularmente cierto en el caso de los
virus ARN. Aqui se revisan de nuevo las siete clases de genomas viricos descritos en el
Capitulo 4 y en el Apendice 1, en esta ocasion examinando el modo en que se expresa
la informacion genetica en cada clase.
Principios de virologia molecular
Clase 1: ADN de doble cadena
En el Capitulo 4 se afirmo que esta clase de genomas viricos puede subdividirse en
dos grupos: aquellos en los que la replicacion del genoma es exclusivamente nuclear
(por ej., Adenoviridae, Polyomaviridae, Herpesviridae) y aquellos en los que la replicacion se produce en el citoplasma (Poxviridae) . En cierto sentido, todos estos virus
pueden ser considerados similares; ya que sus genomas son todos de ADN de doble
cadena, son transcritos esencialmente por los mismos mecanismos que los genes celulares. Sin embargo, existen profundas diferencias entre ellos relativas al grado de dependencia de la maquinaria celular de cada familia.
Poliomavirus y papilomavirus
Los poliomavirus son intensamente dependientes de la maquinaria celular, tanto
para la replicacion como para la expresion genica. Los poliomavirus codifican factores
que actuan en trans (los antigenos T) que estimulan la transcripcion (y la replicacion
del genoma). Los papilomavirus en particular dependen de la celula para su replicacion, que solo ocurre en queratinocitos diferenciados terminalmente y no en otros tipos
celulares, aunque codifican varias proteinas reguladoras en trans (Capitulo 7).
Adenovirus
Los adenovirus tambien dependen estrechamente del aparato celular para su transcripcion, pero poseen varios mecanismos que regulan especificamente la expresion genica.
Estos incluyen activadores de la transcripcion que actuan en trans como la proteina
EIA, y la regulacion post-transcripcional de la expresion, que es lograda mediante corte
y empalme de los ARNm y de los ARNs VA codificados por los virus (Capitulo 7). La
infeccion por adenovirus de las celulas se divide en dos etapas, precoz y tardia, comenzando esta ultima en el momento en que se produce la replicacion del genoma; no obstante, estas fases estan menos diferenciadas en los adenovirus que en los herpesvirus.
Herpesvirus
Estos virus son menos dependientes de las enzimas celulares que los de los grupos
anteriores. Codifican muchas enzimas implicadas en elmetabolismo del ADN (por ej .,
timidina kinasa) y varios factores de actuacion en trans que regulan la expresion temporal de los genes virales, controlando las fases de la infeccion. La transcripcion del
genoma complejo se regula esencialmente en un modo en cascada (Figura 5.4). Tras la
transcripcion del genoma por la polimerasa II celular se producen almenos 50 proteinas de codificacion virica. Se sintetizan tres clases distintas de ARNm:
• a: ARNm precoces inmediatos que codifican cinco reguladores de la transcripcion
virica que acman en trans.
• ~: ARNm precoces (retrasados) que codifican mas proteinas reguladoras no estructurales y algunas proteinas estructurales menores.
• y: ARNm tardios que codifican las principales proteinas estructurales.
Expresi6n
Un factor del virion
activa Ia expresi6n
de genes a
Proteinas
estructurales
@
genes
Auto-regulaci6n de Ia
expresi6n de genes a
fl
8
Figura 5.4 Control de la expresi6n del genoma de herpesvims. Las particulas de herpesvirus contienen una proteina Hamada factor de iniciaci6n de la transcripci6n del gena (a-FIT) que estimula Ia
expresi6n del gen a en las celulas recien infectadas, iniciando una cascada de sucesos estrechamente
regulados que controlan la expresi6n de Ia dotaci6n completa de unos 70 genes del genoma viral.
La expresion genica en los herpesvirus es regulada estrechamente y de forma coordinada, como lo indican las siguientes observaciones (ver Figura 5.4):
Si la traduccion es bloqueda justamente tras la infeccion (por ej., tratando las celulas con cicloheximida), los ARNm precoces se acumulan inmediatamente en el nucleo, pero no se transcriben mas ARNm virales.
• La sintesis de los productos de los genes precoces interrumpe los productos precoces inmediatos e inicia la replicacion del genoma.
• Algunas de las proteinas estructurales tardias (yl) son producidas independientemente de la replicacion del genoma; otras (y2) solo se producen tras la replicacion.
•
Tanto las proteinas precoces inmediatas como las precoces son necesarias para que
se inicie la replicacion del genoma. Una ADN polimerasa ADN-dependiente, codificada por el virus, y una proteina de union al ADN estan implicadas en la replicacion del
genoma, junto con una variedad de enzimas (por ej ., timidina kinasa) que alteran la
bioqu imica celular. La produccion de todas estas proteinas esta cuidadosamente controlada.
Poxvirus
La replicacion del genoma y la expresion de los genes en los poxvirus es casi independiente de los mecanismos celulares (excepto para el requerimiento de ribosomas
Principios de virologia molecular
celulares). Los genomas de los poxvirus codifican numerosas enzimas involucradas en
el metabolismo del ADN, en Ia transcripci6n de los genes virales y en las modificaciones post-transcripcionales de los ARNm. Muchas de estas enzimas son empaquetadas
en el interior de Ia particula virica (que contiene > 100 proteinas ), permitiendo que la
transcripci6n y la replicaci6n del genoma se produzcan en el citoplasma (en vez de en
el nucleo, como en el resto de las familias descritas antes) casi totalmente bajo el control del virus. La expresi6n genica es realizada por enzimas virales asociadas con el
core de la particula y se divide en dos fases bastante poco definidas:
Genes precoces: comprenden aproximadamente el 50% del genoma de poxvirus y
son expresados antes de Ia replicaci6n del genoma dentro de una particula con core
parcialmente decapsidada (Capitulo 2), resultando Ia producci6n de los ARNm con
cap en los extremos 5' y poliadenilados en los extremos 3 ', pero sin procesos de
splicing (cortes y empalmes).
• Genes tardios: se expresan tras Ia replicaci6n del genoma en el citoplasma, pero su
expresi6n es tambien dependiente de proteinas virales mas que de proteinas de
transcripci6n celulares (que se encuentran en el nucleo ). Igual que los herpesvirus,
la actividad de los promotores de los genes tardios depende de Ia replicaci6n previa delADN.
•
Mas adelante en este capitulo se ofrecen consideraciones mas detalladas sobre algunos de los mecanismos mencionados arriba (ver Control transcripcional de la expresi6n y Control post-transcripcional de la expresi6n) .
Clase 1: ADN de simple cadena
Los parvovirus, tanto los aut6nomos como los dependientes de un virus auxiliar, son
muy dependientes de asistencia extema para su expresi6n genica y para la replicaci6n
del genoma. Esto probablemente sea por el tamafio tan pequefio de sus genomas, que no
les pennite codificar el aparato bioquimico necesario; asi, parecen baber desarrollado
una forma extrema de parasitismo, utilizando las funciones normales presentes en el
nucleo de sus celulas hospedadoras, tanto para la expresi6n como para la replicaci6n
(Figura 5.5). Los miembros del genera Dependovirus, defectivo en replicaci6n, de Ia
familia Parvoviridae son totalmente dependientes de la superinfeccion con adenovims
o herpesvims para Ia provision de funciones auxiliares esenciales para la replicaci6n.
Los genes de adenovirus requeridos como auxiliares son los genes reguladores de Ia
transcripci6n como E l A, mas que los genes estructurales tardios, pero se ha demostrado
que el tratamiento con luz ultravioleta, cicloheximida o algunos carcin6genos pueden
reemplazar el requerimiento de virus auxiliares. Por lo tanto, la ayuda requerida parece
ser una modificaci6n del ambiente celular (probablemente afectando a Ia transcripci6n
del genoma defectivo del parvovims) mas que una proteina virica especffica.
Los Geminiviridae tambien corresponden a esta clase de estructura gen6mica (Figura 3.15). La expresi6n de sus genomas es bastante diferente de lade los parvovirus,
pero no obstante, tambien depende estrechamente de funciones celulares. Existen mar-
Expresi6n
1
2 - - - - . . . . / ' - - -- - 3
Dependovirus
4
5
6
1 -----------23--- -- ----------4~
Virusaut6nomos 5 ~
6 --------------7 -------------8
--------------9---------------
Palindrome
terminal
Of-r:::::===r-c=:=:::t--0
- I.
1
CAP
REP
0
Palindrome
terminal
2
3
4
5
kb
Figura 5.5 La transcripci6n de los genomas de parvovirus depende en gran medida de factores de Ia
celula hospedadora y da como resultado Ia sintesis de ARNm subgen6micos, generados por cortes y
empalmes, que codifican dos proteinas: Rep, que esta implicada en Ia replicaci6n del genoma, y Cap, Ia
proteina de [a capside (vease el texto).
cos de lectura abierta en ambas orientaciones en el ADN virico, lo que significa que
tanto las cadenas de sentido (+)como(- ) se transcriben durante la infecci6n. Los mecanismos implicados en el control de la expresi6n genica no han sido completamente
investigados, pero al menos algunos geminivirus (subgrupo I) pueden utilizar el proceso de corte y empalme (splicing).
Clase Ill. AR
ae do
aden
Todos los virus con genomas de ARN de doble cadena se diferencian claramente de
sus hospedadores, los cuales por supuesto poseen genomas de ADN de doble cadena;
por lo tanto, aunque cada virus tiene que ser bioquimicamente «compatible» con su
celula hospedadora, existen diferencias fundamentales entre los mecanismos de expresi6n genica del virus y los de la celula hospedadora. Los reovirus tienen genomas
multipartidos (ver Capitulo 3) y replican en el citoplasma de Ia celula infectada. Es
Principios de virologia molecular
caracteristico de los virus con genomas ARN monocistr6nico que se produzca un ARNm
monocistr6nico por cada segmento gen6mico (Figura 5.6).
Tras la infecci6n se produce temprano la transcripci6n de los segmentos gen6micos
de ARNbc por la actividad de la transcriptasa especifica del virus en el interior de las
particulas subvirales parcialmente decapsidadas. AI menos cinco actividades enzimaticas estan presentes en las particulas de reovirus para llevar a cabo este proceso, aunque
no dependen necesariamente de peptidos separados (Tabla 5.2, Figura 2.12). Esta transcripci6n primaria genera transcritos con cap que no estan poliadenilados, que dejan el
Transcripci6n precoz de los segmentos
gen6micos de ARNbc porIa
transcriptasa empaquetada
en el core del virus
I TRANSCRIPCION PRIMARIA
c§>-@@--
@)-@-
Liberaci6n de ARNm precoces
con cap en 5'
j
..._ Replicaci6n del genoma - - - - - - - - 1
TRANSCRIPCION SECUNDARIA
Liberaci6n
de ARNm tardios
j
Proteinas estructurales
I
Figura 5.6 La expresi6n de los genomas de reovirus es iniciada por una enzima transcriptasa empaquetada dentro de cada particula virica. Posterionnente se producen sucesos estrechamente regulados,
dependiendo Ia expresi6n de los ARNm tardios, que codifican las proteinas estructurales de Ia replicacion previa del genoma.
Expresi6n
Actividad
Proteina virica
Codificada por segmento genomico
ARN polimerasa (pol)
dependiente de ARNbc
ARN trifosfatasa
Guaniltransferasa (Cap)
Metiltransferasa
Helicasa (He!)
A.3
L3
~-t2
Ml
L2
L2
Ll
A2
A.2
A.l
core viral para ser traducidos en el citoplasma. Los distintos segmentos genomicos son
transcritos/traducidos con diferentes frecuencias, lo que quiza constituye la principal
ventaja de un genoma segmentado. El ARN es transcrito de forma conservadora; es
decir, solo se emplean las cadenas de polaridad (- ), resultando en la sintesis de ARNm
de sentido (+), a los que se afiade la caperuza dentro del core (todo esto sucede sin
sintesis de novo de proteinas). La transcripcion secundaria ocurre mas tardiamente
durante la infeccion en el interior de partfculas producidas en las celulas infectadas y
genera transcritos que no tienen caperuza ni estan poliadenilados. El genoma se replica en forma conservadora (comparable ala replicacion de ADN semi-conservadora).
Se producen cadenas de sentido (+) en exceso que sirven como ARNm tardios y como
moldes para la sintesis de cadenas de sentido (- ) (es decir, de cada cadena se producen
muchas cadenas (+), no una de cada una como en una replicacion semiconservadora).
Clase IV: ARN de simple cadena de polaridad (+)
Este tipo de genoma se encuentra en muchos virus anima les y de plantas (Apendice 2). Tanto en lo que se refiere al numero de familias de virus diferentes como al
numero de virus individuales, esta es la clase de genoma viral mas abundante. Fundamentalmente, estos genomas viricos acman como ARNs mensajeros y ellos mismos
son traducidos inmediatamente tras la infeccion de la celula hospedadora (Capitulo 3).
No es sorprendente que con tantos miembros, esta clase de genomas viricos muestre
una diversidad muy amplia de estrategias para controlar la expresion genica y la replicacion del genoma; no obstante, en term inos muy generales, los virus en esta clase
pueden subdividirse en los dos grupos siguientes :
1. Produccion de una poliproteina comprendiendo la totalidad de la informacion genetica del virus, que posteriormente es digerida por proteasas para producir precursores y polipeptidos maduros: estas digestiones pueden ser una forma sutil de regular la expresion de la informacion genetica. Digestiones alternativas dan como
resultado la produccion de varias proteinas con propiedades diferentes a partir de
un mismo precursor (por ej ., en picornavirus y potivirus) (Figura 5.7). Algunos
virus de plantas con genomas multipartidos utilizan una estrategia muy similar para
Principios de virologia molecular
PICORNAVIRUS
Sintesis y digestion de ARN
Capside
AUG
UAG
l A'I-1-B---.-1C
I J' poli(A)
VPgs~
D-jl-r~
- --,--1-D---.-IP_R_
O,....I.,.,----,-R-Pdr-P-R0--.1_ _P_O_L----1~
Productos de traducci6n
~
' 1 - - - - - - - , - : Poliproteina --,.'_ _ _ _ _ _.,
'
'
: :-P1---:-P2-,
[iJI
1ABCD
II
~~::::1A=:B,:C===~I(81
I VPO I
I
lvP4 VP21 VPJ
VP1
· ·
·
I
I·
P3---
2ABC
2BC
lABCD
~~~
3CD
§]CJO~O[illl.___:.:lD:..______,I }
JC'
3D'
I
Digestiones
alternativas
COMOVIRUS
AUG AUG
UAA
II
AUG
s·
I J'
VPg o-1-+--0-R-Fl---lhmiviAI
105K
I
9sK
UAG
3•
s·_ l f - - - -- - - - i l~poli(A)
VPg [J-i
+
~~
5~
148K ~;qr~~
87 K
J~
Digestiones
alternativas
1
.l7K
23K
58K
4K
24K
87K
58K
4K24K
Los genomas de los virus ARN de sentido positivo son traducidos frecuentemente para
formar una poliproteina, que posteriom1ente es digerida por una proteasa codificada por el virus para
formar los polipeptidos maduros.
controlar la expresi6n genica, aunque se produce una poliproteina separada de cada
uno de los segmentos gen6micos. El ejemplo mejor estudiado es el de los comovirus,
cuya organizaci6n gen6mica es muy similar ala de los picornavirus y puede representar otro miembro de esta «superfami lia» (Figura 5.7).
2. Producci6n de ARNm subgen6micos, resultando dos o mas rondas de traducci6n del
genoma: esta estrategia es empleada para lograr una separaci6n temporal de lo que
son esencialmente fases «precoz» y «tardia» de la replicaci6n, en la que se producen
proteinas no estructurales, incluida una
viral, durante la fase «precoz», seguida de proteinas estructurales en la fase «tardia» (Figura 5.8). Las proteinas producidas en cada una de las dos fases pueden resultar del procesamiento proteolitico de
una poliproteina precursora, aunque esta comprende solo parte del genoma viral en
vez del genoma entero como antes. El procesamiento proteolitico ofrece mas oportu-
Ex presion
NsP3 NsP4
I
~~
"'
Q)
c~
I
F._1_5_o_ _.
-Q:::J
·u t5
u
:::J
:::J
~
-o<;;
~ Q)
~
Q)
0
c
"Ocn
"'Q)
uu
c 0
t Traducci6n par lectura a !raves del genoma
5'
1
CAP r-----~------~------------~------, 3'
ou
Q)
' - - - - - r - -- - -Traducci6n
J
~
~c.
., en
-
. . - -- -- - - - . . J poli(A)
ARN
gen6mico (+)
p230
E"'
·c .~
Transcripci6n
(LQ)
e
1Procesamiento
-9;
_i
proteolitico 1
NsP3
c:::=J c:::=J c:::=J --3'
I
~
S, Replicaci6n
I
ARN(- )
complementario
Transcripci6n
ARN (+)
gen6mico
I
CAP
5'
CAP
5'
3'
1
lpoli(A)
[:=J '---,....------'
ARNm (+)
subgen6mico
Procesamiento
proteolitico
DD
Figura 5.8 Algunos genomas viricos de polaridad positiva (por ej., los togavirus) se expresan en dos
rondas separadas de traduce ion, requiriendo Ia producci6n de un ARNm subgen6mico en una fase posterior de Ia replicaci6n.
nidades para la regulaci6n de la proporci6n de los distintos polipeptidos producidos
en cada fase de la replicaci6n (por ej., en togavirus y tymovirus). Ademas de la proteolisis, algunos virus emplean otras estrategias para producir polipeptidos altemativos de un ARNm subgen6rnico, bien por una lectura a traves de un codon de parada
de la traducci6n «permeable» (por ej., tobamovirus como el VMT; ver Figura 3.12), o
por un desplazamiento deliberado de la pauta de lectura ribosomal en un sitio concreto (ver Control post-transcripcional de Ia expresi6n, mas adelante).
Todos los virus de esta clase han desarrollado mecanismos que les permiten regular
su expresi6n genica tanto respecto a las proporciones de las distintas proteinas de codificaci6n virica como de la fase del ciclo de replicaci6n en que se producen. En comparaci6n con las dos clases de genomas de virus ADN anteriormente descritos, estos
Principios de virologfa molecular
mecanismos funcionan de forma ampliamente independiente de los de la celula
hospedadora. El poder y la flexibilidad de estas estrategias quedan muy claramente
reflejadas en el exito de los virus de esta clase, como determina el ntimero de distintos
representantes conocidos y el numero de hospedadores distintos que infectan.
Clase V: ARN de polaridad (-) de simple cadena
Como se coment6 en el Capitulo 3, los genomas de estos virus pueden ser
segmentados o no segmentados. El primer paso en la replicaci6n de los genomas de
ortomixovirus es la transcripci6n del ARNv de polaridad (-) por la ARN polimerasa
ARN-dependiente para producir (predominantemente) ARNm monocistronicos, los
cuales tambien sirven como moldes para la posterior replicaci6n del genoma (Figura
5.9). Como sucede con todos los virus ARN de polaridad (- ), es esencial el empaquetamiento de la replicasa/transcriptasa especifica del virus en las nucleocapsides
viricas, porque ninguna celula hospedadora contiene una enzima capaz de descodificar
y copiar el genoma de ARN.
En las otras familias que tienen genomas no segmentados se producen tambien
ARNm monocistr6nicos. Aqui, sin embargo, estos mensajeros se tienen que producir a
partir de una sola molecula larga de ARN de polaridad (- ). No esta clara como se logra
exactamente esto. Es posible que, tras la transcripci6n, un solo transcrito de la longitud
del genoma completo sea escindido para dar lugar a ARNm separados, pero es mas
facil que estos sean producidos individualmente por un mecanismo de parada e inicio
de la transcripci6n regulada por secuencias intergenicas conservadas, presentes entre
cada uno de los genes virales (Capitulo 3). No pueden utilizarse mecanismos de corte
y empalme (splicing) porque estos virus replican en el citoplasma.
3', - - - - - - - - - - -- - - -- - - - , 5'
I
I (ARN de entrada)
~
Traducci6n
w~r;;:~:~
Transcripci6n
del ARN de entrada
Transcripci6n secundaria
del ARN progenie
5'
/
Nuevas
proteinas
virales
~
ARNm
/
Replicaci6n
----------------------------~ 3'
( :.:
\__5
l l
~: '~'"'"'
:
Viriones
Figura 5.9
Esquema general de la expresi6n de genomas viricos de ARN de polaridad negativa.
Expresi6n
Aparentemente, podria parecer que un esquema de expresion genica semejante ofrece
pocas oportunidades para regular las concentraciones relativas de las distintas proteinas viricas. Si esto fuese cierto, seria una gran desventaja, ya que todos los virus requieren muchas mas copias de las proteinas estructurales (por ej ., la proteina de la
nucleod.pside) que de las no estructurales (por ej., la polimerasa) para cada virion
producido. En la practica, la proporci6n de las distintas proteinas es regulada tanto
durante la transcripci6n como despues. En los paramixovirus, por ejemplo, existe una
clara polaridad de Ia transcripci6n desde el extremo 3' del genoma virico hasta el extremo 5 ', que resulta en la sintesis de muchos mas ARNm para las proteinas estructurales codificadas en el extremo 3' del genom a que para las proteinas no estructurales
localizadas en el extremo 5' (Figura 5.10). De forma similar, la ventaja de producir
ARNm monocistronicos es que la eficacia traduccional de cada mensajero puede variar
respecto de los otros (ver Control post-transcripcional de la expresi6n, mas adelante).
Clase VI: ARN de polaridad (+)
de simple cadena con intermediario ADN
Los retrovirus son quiza los ultimos casos de dependencia de la maquinaria transcripcional celular. El genoma de ARN constituye un molde para la transcripci6n
inversa a ADN; estos son los l'micos virus con ARN de polaridad (+) cuyo genoma no
funciona como ARNm tras penetrar en la celula hospedadora (Capitulo 3). Una vez
integrado en el genoma de la celula, el provirus de ADN esta bajo el control de la
celula hospedadora, y se transcribe exactamente igual que otros genes celulares. Algunos retrovirus, sin embargo, han desarrollado un numero de mecanismos transcripcionales y post-transcripcionales que les permite controlar la expresi6n de su
informacion genetica, y esto se comenta con mayor detalle mas adelante en este capitulo.
Uder
NP
P/C
M
F
HN
L
5'
Frecuencia
de transcripci6n
Direcci6n
de transcripci6n
Figura 5.10 Los genomas de paramixovirus muestran «polaridad transcripcional». Los transcritos de
los genes situados en el extrema 3' del genoma son mas abundantes que los de los genes pr6ximos a!
extrema 5 ', permitiendo Ia regulaci6n de las concentraciones relativas de proteinas estructurales (genes
3 ') y no estructurales (genes 5 ') producidas.
Principios de virologia molecular
Clase VII: ADN de doble cadena con intermediario ARN
La expresion de los genomas de estos virus 'es compleja y relativamente poco comprendida. Los hepadnavirus contienen distintas pautas de lectura abiertas solapadas,
claramente disefiadas para comprimir la mayor cantidad de informacion posible en un
genoma compacta. El gen X codifica un trans-activador transcripcional que se cree
analogo a la proteina tax del virus de la leucemia humana de celulas T (VLTH). Al
menos se producen dos ARNm de promotores independientes, cada uno de los cuales
codifica varias proteinas y el mayor tambien sirve como molde para la transcripcion
inversa durante la forrnacion de la particula virica (Capitulo 3). La expresion de los
genomas de caulimovirus es igualmente compleja, aunque hay similitudes con los
hepadnavirus en que se producen dos transcritos principales, 35S y 19S. Cada uno de
ellos codifica varios polipeptidos, y el transcrito de 35S es el molde para la transcripcion inversa durante la fonnacion del genoma viral.
CONTROL TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION
Habiendose revisado las estrategias generales utilizadas por los distintos grupos de
vims para regular la expresion genica, el resto de este capitulo se dedicara a dar explicaciones mas detalladas sobre ejemplos especificos de algunos vims mencionados anteriormente, comenzando por el control de la transcripcion en SV40, un miembro de la
familia Polyomaviridae. Pocos
as, viricos o celulares, han sido estudiados con
tanto detalle como SV40, que ha constituido un paradigma para el estudio de los mecanismos de transcripcion eucarioticos (especialmente la replicacion del ADN; ver Capitulo 6) durante muchos afios. En este sentido, SV40 proporciona un equivalente a
nivel eucariota del genoma del bacteri6fago 'A. Existen sistemas in vitro tanto para la
transcripcion como para la replicacion del genoma de SV40, y se cree que se conocen
todas las proteinas viricas y celulares de union al ADN implicadas en ambos procesos.
El genoma de SV40 codifica dos antigenos T («antigenos tumorales») conocidos como
antigeno T mayor y antigeno T menor, de acuerdo con los tamafios de las proteinas
(Figura 5.11). La replicacion del genoma de ADN de doble cadena de SV40 ocurre en
el nucleo de la celula hospedadora. La transcripcion del genoma es llevada a cabo por
la ARN polimerasa II celular, y el antigeno T mayor juega un papel crucial regulando
la transcripcion del genoma viral. El antigeno T menor no es esencial para la replicacion viral, pero perrnite que el ADN virico se acumule en el nucleo. Ambas proteinas
contienen «sefiales de localizacion nuclear», de lo que resulta su acumulacion en el
nucleo, adonde migran tras ser sintetizadas en el citoplasma.
Poco despues de la infeccion de las celulas perrnisivas, los ARNm precoces se
expresan desde el
precoz, que contiene un fuerte
c
de
la transcripcion (repeticiones de secuencias de 72 pb), permitiendole ser activo en
celulas recien infectadas (Figura 5.12). Las proteinas precoces sintetizadas son los dos
antigenos T. Conforrne el antigeno T mayor se acumula en el nucleo, la transcripcion
de los genes precoces es reprimida por la union directa de la proteina a la region de
Expresi6n
Organizaci6n y potencial de codificaci6n de proteinas del genoma de SV40.
origen en el
viral, previniendo la transcripci6n desde el promotor precoz y
provocando el paso a la fase tardia de la infecci6n. Como ya se mencion6 antes, el
antigeno T mayor se requiere tam bien para la replicaci6n del genoma, lo cual se considera mas extensamente en el Capitulo 7. Despues de que haya tenido lugar la replicacion del ADN, se produce la transcripci6n de los genes tardios desde el promotor tardio, lo que origina la sintesis de las proteinas estmcturales VP 1, VP2 y VP3; por tanto,
el papel de los antigenos T de SV40 en el control de la transcripci6n del genoma es
comparable al de un intermptor, y los lectores deberian comparar el funcionamiento de
Repeticiones de 21 pb
(sitios de union a SP1)
~'
;\'-,
'SPh
SPl
Repeticiones de 72 pb
-......____ "' I
(potenciador de Ia transcripci6n) .. ~
..
Stttos de umon
del antfgeno T
400
300
200
100
{pb)
Control de h·anscripci6n del genoma de SV40.
0
100
Principios de virologia molecular
este sistema con la descripcion proporcionada antes del control de la expresion genica
del bacteri6fago A.
Otra area en la que el control de la transctipcion viral ha recibido mucha atencion
es en lade los retrovirus humanos, el virus de la leucemia de celulas T humanas (VLTH)
(«human T-cellleukaemia virus», HTLV en ingles) y el virus de la inmunodeficiencia
humana (VIH). El ADN integrado de los provirus se forma por la transcripcion inversa del ARN genomico de los retrovirus, como se describe en el Capitulo 3. La presencia de numerosos sitios de union para factores de transcripcion celulares en las repeticiones terminales largas («long terminal repeats», LTRs) de estos virus ha sido analizada
por anilisis de huellas o «footprinting» con ADNasa I o por ensayos de cambio de
movilidad electroforetica («gel shift assays») (Figura 5.13). Juntos, estos elementos
«distales» (tales como los sitios de union de NF-KB y SPl) y los elementos «proximales» (tal como la caja TATA) constituyen un promotor funcional de la transcripcion en
la region U3 del LTR (Capitulo 3). Sin embargo, la actividad basal de estos promotores
por si misma es relativamente debil y solo resulta en una transcripcion limitada del genoma
del provirus por la ARN polimerasa II. Ambos VLTH y VIH codifican proteinas que son
reguladores positivos de la transcripcion que actuan en trans : la proteina Tax de VLTH
y la proteina Tat de VIH (Figura 5.14). Estas proteinas incrementan la transcripcion desde el LTR viral al menos en 50 a 100 veces el nivel basal con el promotor «no ayudado».
A diferencia del antigeno T y del promotor precoz de SV40, ni la proteina Tax ni la
proteina Tat (que no tienen similitud estructural una con otra) se unen directamente a su
respectivo LTR. Estudios recientes han ilustrado como acman estas proteinas.
CREB/ AP2 SP1 NF1 TATA
ATF-1 \ /
I
vLTH
\ \
1.-- -SJfWEPOD+F---R---.--u-s-'f-'~/
Repeticiones de 21 pb
UBP-1
COUP AP1 NF-AT USF NFKB SP1 TATA ' LBP-1 NF1
\
I
I
\
I
.I
I
i '
~ern A r.\nn'-----------,
'
VIH
1'-_____
::::IT1_...__R
_ _.__u_s--'f--
U
_ 3_ _ _ _ _
0
100
200
300
400
(bpl
500
600
700
800
Figura 5.13 Factores de transcripcion celulares que interaccionan con LTRs de retrovims. Estas proteinas de union a ADN participan en Ia regulacion de los niveles de transcripcion basales y transactivados desde el promotor en Ia region U3 del LTR.
Expresi6n
5' LTR
3' LTR
VLTH
CJ
taxO
rex •
O
Codifican:
- - - - - - - - - - -- - gag, pro, pol
ARNm:
- - - - - - - - - env
tax/rex
•
5' LTR
3' LTR
V IH
pro
gag
pol
I I
vpr rev
100
c=::J
env
D
•oovpu
vif tat
Codifican:
rev
gag, pro, pol
ARNm:
env
J
Proteinas
reguladoras
0
Figura 5.14
Expresi6n de los
2
genomas
3
4
5
(kb)
6
7
8
9
10
de VIH y de VLTH.
La proteina Tax de VLTH se une directamente en el LTR virico a tres secuencias de
21 pb de elementos de respuesta a adenosin monofostafo ciclico (AMPc) rico en glucocorticoide (GC); no obstante, Tax lleva tambien a cabo interacciones proteina-proteina
con un numero considerable de diferentes factores transcripcionales celulares (por ej.,
pl05, un precursor inactivo del factor de transcripcion NF-KB). NF-KB desempefia un
papel central en el control de la transcripcion y de la activacion inmune de celulas linfoides.
Se ha demostrado que la inhib icion anti-sentido de NF-KB logra la eliminacion de tumores transformados por Tax trasplantados a ratones, lo que indica la importancia de esta
proteina para la funcion de Tax. La promiscua naturaleza de la trans-activacion por Tax
se explica tambien por el hallazgo de que Tax potencia la dimerizacion de proteinas
«bZIP» que se unen al ADN a traves de una region con cremallera de leucina y un dominio basico. Tales proteinas incluyen un numero de factores que se sabe que estan implicados en la transcripcion del genoma de VLTH. Se requiere la dimerizacion de estas
proteinas para su union al ADN y para la activacion transcripcional, y Tax estimula este
proceso, incluso en ausencia de ADN.
Principios de virologia molecu lar
La proteina Tat de VIH se une a una estructura en horquilla en el extrema 5' de los
ARNm transcritos desde el LTR, conocida como elemento de respuesta a la transactivaci6n («trans-activation response -TAR- element»). Varias proteinas celulares tambien se unen a TAR, aunque el modo en que interaccionan con Tat no se ha definido
claramente. Tat es el primer ejemplo documentado de la regulaci6n de la expresi6n de
genes virales mediante el control de la elongaci6n por laARN polimerasa II. En ausencia de Tat, la iniciaci6n desde el LTR es efectiva, pero la transcripci6n esta dificultada
porque el promotor forma un complejo polimerasa pobremente procesable, que se desprende del molde de ADN prematuramente. En presencia de Tat unida a TAR, se forma
un complejo de iniciaci6n de la transcripci6n diferente, que es competente para completar la transcripci6n del genoma de VIH.
Las proteinas Tax de VLTH y Tat de VIH son reguladores positivos del promotor
•irus y estan bajo el control del virus, pues la sintesis de estas
basal en el LTR del
proteinas depende de los promotores que ellas mismas activan (Figura 5.15). Por si
CITOPLASMA
,------- --- ----
..
NUCLEO
-~-----j Transcripci6n
j
ARN
de longitud total
'
0
'
'
'
,-------- --------'
Proteinas reguladoras
0
~ .~
'-- tax/tax
gag, pro, pol, ARNm
ARN
?
rex/rev . ____ __
0 __ ,.~
/ iTraducci6n
J
Proteinas
estructurales
Regulaci6n en trans de Ia expresi6n genica de VIH y de VLTH por proteinas de codificaci6n viral. Las proteinas Tax (VLTH) y Tat (VIH) acruan a nivel transcripcional y estimulan la expresi6n
de todos los genes viricos. Las proteinas Rex (VLTH) y Rev (VIH) acruan post-transcripcionalmente y
regulan el balance de la expresi6n entre proteinas del virion y proteinas reguladoras.
Expresi6n
mismo, este sistema seria insostenible porque desencadenaria una retroalimentacion
positiva no regulada, que seria aceptable en un ciclo Iitico de replicacion, pero que no
seria apropiado para un retrovims integrado en el genoma de la celula hospedadora;
por consiguiente, cada uno de estos vims codifica una proteina adicional (las proteinas
Rex y Rev en VLTH y VIH, respectivamente) que regulan mas alla la expresion genic a
a nivel post-transcripcional (ver Control post-transcripcional de la expresion, mas adelante).
El control de la transcripcion es un paso critico en la replicacion viral y en todos los
casos esta estrechamente regulado. Incluso algunos de los genomas mas sencillos,
como el de SV40, codifican proteinas que regulan su transcripcion. Muchos genomas
viricos codifican factores que actuan en trans que modifican y/o dirigen el aparato de
transcripcion celular. Ejemplos de ello incluyen VLTH y VIH, como antes se describio, pero tambien la proteina X de los hepadnavims, la protefna Rep de los parvovims,
la proteina ElA de los adenovirus (ver despues) y las protefnas precoces-inmediatas de
los herpesvirus. La expresion de los genomas de vims ARN es controlada estrictamente de forma parecida, pero este proceso es llevado a cabo por transcriptasas de codificacion virica y ha sido menos estudiado y generalmente es peor comprendido que la
transcripcion de los genomas ADN.
CONTROL POST-TRANSCRIPCIONAL DE LA EXPRESION
Ademas de controlar el propio proceso de la transcripcion, la expresion de la
infonnacion genetica viral tambien es regulada en varias etapas mas entre la formacion del primer transcrito de ARN y la sintesis completa de los polipeptidos virales.
Muchos controles generalizados sutiles, como la diferente estabilidad de los distintos ARNm, son indudablemente utilizados por los vims para regular el flujo de la
informacion genetica desde sus genomas basta las proteinas. Esta seccion, sin embargo, describe solo unos pocos ejemplos concretos bien estudiados de regulacion
post-transcripcional .
Muchos vims ADN que replican en el nucleo codifican ARNm que tienen que ser
sometidos a cortes y empalmes por mecanismos celulares para eliminar secuencias
intermedias (intrones) antes de ser traducidos. Este tipo de modificaciones son aplicables solo a vims que replican en el nucleo (y no, por ejemplo, a los poxvims) ya que se
requiere el procesamiento de los ARNm por el aparato nuclear antes de que sean transportados al citoplasma para su traduccion. Sin embargo, varias familias de virus se han
aprovechado de esta capacidad de sus celulas hospedadoras para comprimir mas informacion genetica en sus genomas. Un buen ejemplo de ello lo constituyen los parvovirus, de cuya transcripcion resultan transcritos poliadenilados que han sido sujetos a
multiples cortes y empalmes (splicing) y que se encuentran en el citoplasma de las
celulas infectadas, permitiendo la sintesis de multiples proteinas a partir de su genoma
de 5 kb (Figura 5.5), y similarmente, poliomavims como SV40 (Figura 5.11). En cont:raste, la gran capacidad genetica de los herpesvims hace posible a estos vims produci:r
principalmente ARNm monocistronicos no sujetos a fenomenos de splicing, cada uno
Principios de virologia molecular
de los cuales se expresa desde su propio promotor, hacienda de ese modo innecesario
realizar mecanismos de splicing para producir el repe1iorio necesario de proteinas.
Uno de los ejemplos mejor estudiados del fen6meno de corte y empalme o ajuste
(splicing) de ARNm viricos es la expresi6n del genoma de los adenovirus (Figura
5 .16). Varias «familias» de genes de adenovirus se expresan mediante cortes y empalmes diferenciales de transcritos precursores de ARNhn . Esto es pmiiculannente cierto
para los genes precoces que codifican proteinas reguladoras que actuan en trans inmediatamente despues de la infecci6n. Las primeras proteinas en ser expresadas, E1A
y E1B, son codificadas por una unidad transcripcional en el extrema izquierdo de la
cadena derecha del genoma de adenovirus (Figura 5.16). Estas proteinas son primariamente proteinas trans-reguladoras comparables a las proteinas Tax y Tat antes descritas, pero estan tambien involucradas en la transformacion de las celulas infectadas
por adenovirus (Capitulo 6). Se producen mediante splicing cinco ARNm poliadenilados
(13S, 12S, liS, lOS, 9S) que codifican cinco polipeptidos relacionados con E1A (que
contienen 289, 243, 217, 171 y 55 aminoacidos, respectivamente) (Figura 5.1 7). Todas
estas proteinas se traducen desde el mismo marco abierto de lectura y tienen los mismos extremos amino y carboxi-terminal. Las diferencias entre elias son una consecuencia del splicing diferencial de la unidad transcripcional EIA y causa importantes
diferencias en sus funciones . Los peptidos de 289 y de 243 aminoacidos son activadores
transcripcionales. Aunque estas proteinas activan la transcripci6n desde todos los promotores precoces de adenovirus, se ha descubierto que tambien parecen ser «promiscuos», activando la mayoria de los promotores que responden ala ARN polimerasa II
----....
--
~
LS
L4
--..
E:
--
~
E2A
-J
-]
-ill
-
-
E4
E2B
Figura 5.16 Transcripci6n del genoma de adenovirus. La flechas indican Ia posicion de los exones en
el genoma virico, que se unen por cortes y empalmes (<<Splicing») para producir familias de proteinas
viricas.
Expresi6n
185
ARNm
104
135
poli(A)
139
125
115
A ~~
I~ I
87
104
poli(A)
104
poli{A)
104
105
poli{A)
95
poli(A)
I [ - - - -----;---- ~---- - ----- ; ---- - -----;---- ~ -- -- - -----;- --- - - ;~~~=~~to
1
1
1
1
1
500
1.000
1.500 pb
Posicion en el genoma de adenovirus
Figura 5.17 Expresi6n de las proteinas de adenovirus ElA. Las cifras encima de cada recuadro son
los numeros de aminoacidos codificados por cada ex6n.
y que contienen una caja TATA. No existen secuencias comunes obvias en todos estos
promotores, y no hay evidencia de que las proteinas ElA se unan directamente al ADN.
Las proteinas E1A de distintos serotipos de adenovirus contienen tres dominios conservados: CR1, CR2 y CR3. Las proteinas ElA interaccionan con muchas otras proteinas celulares, primeramente a traves de su union a los tres dominios conservados. ElA
puede tanto activar como reprimir la transcripcion mediante la union de sus componentes a la maquinaria basal de transcripcion; activando proteinas que se unen a un
promotor corriente arriba y secuencias potenciadoras y proteinas reguladoras que controlan la actividad de factores de union al ADN.
La sintesis de E1A inicia una cascada de activacion transcripcional poniendo en
marcha la transcripcion de otros genes precoces de adenovirus: E1B, E2, E3 y E4
(Figura 5.16). Despues de que el genoma virico se haya replicado, esta cascada eventualmente termina con la transcripcion de los genes tardios que codifican las proteinas
estructurales. La transcripcion misma de E1A es un proceso balanceado y autorregulado.
Los genes precoces imnediatos de virus ADN tien~n caracteristicamente fuertes elementos potenciadores por delante de sus promotores. Esto es porque en una celula
recientemente infectada no existen proteinas viricas y el potenciador se requiere para
estimular la expresion del genoma virico. Las proteinas precoces-inmediatas sintetizadas son activadores de la transcripcion que ponen en marcha la expresion de otros
genes viricos, y ElA funciona exactamente en esta direccion; sin embargo, aunque
E1A trans-activa a su propio promotor, la proteina reprime la funcion de su elemento
potenciador corriente arriba, de modo que, a altas concentraciones, tambien regula
negativamente su propia expresion (Figura 5 .18).
Principios de virologia molecular
Expresi6n genica precoz:
Regulaci6n positiva
--+
E2
--+
E4
Expresi6n genica tardia:
Regulaci6n negativa
E1 B
E3
--+
E2
c:J Elemento potenciador
Figura 5.18
--+
E4
+ Promotores -
Transcritos de ARN
Regulaci6n de Ia expresi6n genica en adenovirus.
El siguiente paso en el que la expresi6n puede ser regulada es durante la exportaci6n del ARNm desde el nucleo y su traducci6n preferencial en el citoplasma. De
nuevo constituyen los adenovirus el ejemplo mejor estudiado. Los genes virus-asociadas (VA) codifican dos ARN s pequefios (~ 160 nt) transcritos desde la cadena-r del
genoma por la ARN polimerasa III (cuya funci6n normal es transcribir ARNs pequefios simi lares como el ARN ribosomal 5S y ARNt) durante la ultima fase de la replicacion viral (Figura 5.16). Ambos ARN I VA yARN II VA tienen un alto contenido en
estructuras secundarias, y ninguna de las dos moleculas codifican alglin polipeptido;
en este sentido se asemejan a moleculas de ARNt, y se acumulan a elevados niveles en
el citoplasma de las celulas infectadas por adenovirus. No se conoce completamente el
modo en que acman estos dos ARNs, pero su efecto neto es la potenciaci6n de la
sintesis de proteinas tardias de adenovirus. La infecci6n virica de las celulas estimula
la producci6n de interferones (Capitulo 6). Una de las acciones de los interferones es
activar una proteina kinasa celular conocida como PKR que inhibe el inicio de la traducci6n. El ARN I VA se une a esta kinasa, impidiendo su actividad y evitando la
inhibici6n de Ia traducci6n. Los efectos de los interferones sobre Ia celula son generalizados (se comentan en el Capitulo 6) y causan Ia inhibici6n de Ia traducci6n tanto de
los ARNm celulares como de los viricos. Los ARNs VA pueden ser capaces de promover selectivamente la traducci6n de los ARNm de adenovirus a expensas de los ARNm
celulares, cuya traducci6n permanece inhibida.
Las proteinas Rex de VLTH y Rev de VIH antes mencionadas tam bien acman para
promover la traducci6n selectiva de ARNm especificos vfricos. Estas proteinas regulan
Expresi6n
la expresion diferencial del genoma virico pero, por lo que se sabe, no alteran sustancialmente la expresion de los ARNm celulares. Parece que ambas proteinas funcionan
de un modo muy similar y, aunque no estan relacionadas una con otra en lo que se
refiere a sus secuencias de aminoacidos, se ha demostrado que la proteina Rex de
VLTH es capaz de ser sustituida funcionalmente por la proteina Rev de VIH. Las secuencias reguladoras negativas en los genomas de VLTH y de VIH causan la retencion
de los ARNm en el nucleo de la celula infectada. Estas secuencias se localizan en las
regiones de los intrones eliminados de los ARNm resultantes por cortes y empalmes y
que codificanlas proteinas Tax/Tat y Rex/Rev (Figura 5.14); por lo tanto, estas proteinas se expresan inmediatamente despues de la infeccion. Tax y Tat estimulan la transcripcion potenciada desde el LTR del virus (Figura 5 .15); no obstante, los productos de
los ARNm que codifican los genes gag, poly env no sujetos a splicing o sometidos a
un splicing parcial solo se expresan en la celula cuando existe suficiente proteina Rex/
Rev. Ambas proteinas se unen a una region con estructura secundaria formada por una
secuencia particular en el ARNm y se encuentran entre el nucleo y el citoplasma ya que
contienen tanto una se:fial de localizacion nuclear como una se:fial de exportacion nuclear, aumentando la exportacion del ARNm virico no sometido a splicing al citoplasma, donde es traducido y actUa como el genoma virico durante la formacion de la
particula.
La eficiencia con la que se traducen los distintos ARNm varia considerablemente y
es determinada por diversos factores, incluyendo la estabilidad y la estructura secundaria del ARN, pero el principal factor parece ser la secuencia nucleotidica que rodea
al codon AUG de inicio de la traduccion que es reconocido en los ribosomas. La secuencia mas favorable para la iniciacion es GCC(A/G)CCAUGGG, aunque puede haber variaciones considerables dentro de esta secuencia. Diversos virus utilizan variaciones de esta secuencia para regular las cantidades de proteina sintetizada desde un
solo ARNm. Ejemplos de esto incluyen las proteinas Tax y Rex de VLTH, que son
codificadas por pautas abiertas de lectura solapadas en el mismo ARNm de 2,1 kb
doblemente cortado y empalmado (Figura 5.14). El codon AUG de inicio de la traduccion para la proteina Rex esta corriente arriba del de Tax, pero ofrece un contexto
menos favorable para el inicio de la traduccion que el que ofrece la secuencia que
rodea al codon AUG de Tax. Esto se conoce como el mecanismo de «escaneado permeable» (leaky scanning), porque se cree que los ribosomas escanean el ARNm antes
de comenzar la traduccion. En consecuencia, la concentracion de proteina Rex en las
celulas infectadas por VLTH es considerablemente menor que la de proteina Tax, a
pesar de que ambas son codificadas por el mismo ARNm.
Los
de picornavirus ilustran un mecanismo alternativo para controlar el
inicio de la traduccion. Aunque estos genomas son economicos geneticamente (es dec, y exprecir, han descartado la mayoria de los elementos de control que actua
san su capacidad completa de codificacion como una sola poliproteina), han mantenido largas regiones no codificantes (RNCs) en sus extremos 5 ', que comprenden
aproximadamente el 10% del genoma completo. Estas secuencias estan implicadas en
la replicacion y posiblemente en el empaquetamiento del genoma virico. La traduccion
de la mayor parte de los ARNm celulares se inicia cuando los ribosomas reconocen el
Principios de virologfa molecular
extrema 5' del ARNm y analizan la secuencia nucleotidica hasta que llegan a un codon
AUG de iniciacion. Los genomas de picomavims no se traducen de esta forma. El
extrema 5' no tiene una estmctura en cap y por tanto no es reconocido por los ribosomas del mismo modo que otros ARNm, pero esta modificado por la adicion de la
proteina VPg (ver Capitulos 3 y 6). Existen tambien multiples codones AUG en el
extrema 5' no codificante por delante del inicio de las secuencias codificantes de la
poliproteina, que no son reconocidos por los ribosomas . En las celulas infectadas por
picornavims una proteasa virica digiere el «complejo de union a cap» de 220 kDa que
esta implicado en la union de la estmctura en cap m7G en el extrema 5' del ARNm
durante el inicio de la traduccion. La traduccion de ARNm de picomavims mutados
artificialmente in vitro y la constmccion de genomas bicistronicos de picomavims portando sefiales 5' no codificantes en mitad de la poliproteina han conducido a! concepto
de «plataforma de aterrizaje» del ribosoma o «sitio intemo de union al ribosoma»
(«internal ribosomal entry site», IRES). En vez de escaneando a lo largo del ARN
desde el extrema 5 ', los ribosomas se unen al ARN a traves del IRES y comienza la
traduccion intemamente. Este es un metoda preciso para controlar la traduccion de las
proteinas viricas. Muy pocos ARNm celulares utilizan este mecanismo, pero se ha
demostrado que es empleado por diversos vims, incluidos los picomavims, el vims de
la hepatitis C, los coronavims y los flavivims.
Muchos vims pertenecientes a distintas familias comprimen su informacion genetica codificando diferentes polipeptidos en marcos de lectura abiertos superpuestos. El
problema con esta estrategia consiste en la descodificacion de la informacion. Si cada
polipeptido es expresado por un ARNm transcrito desde su propio promotor, las secuencias que actuan en cis requeridas para controlar y coordinar la expresion pueden
anular cualquier ventaja genetica ganada. Lo que es mas importante, existe el problema de regular coordinadamente la transcripcion y la traduccion de multiples mensajes
diferentes; por lo tanto .es altamente deseable expresar varios polipeptidos desde un
mismo transcrito de ARN, y los ejemplos antes descritos ilustran varios mecanismos
por los que esto se puede lograr; principalmente, splicing diferencial y control de la
exportacion de ARN desde el nucleo o iniciacion de la traduccion.
Un mecanismo adicional conocido como «desplazamiento del marco de lectura» es
utilizado por diversos grupos de virus para lograr el mismo proposito. Los ejemplos
mejor estudiados de este fenomeno vienen de los genomas de retrovims, pero muchos
virus utilizan un mecanismo similar. Este desplazamiento del marco de lectura se descubrio primero en virus, pero ahora se sabe que tambien ocurre en celulas procariotas
y eucariotas. Los genomas de retrovirus se transcriben para producir al menos dos
ARNm con cap en 5' y poliadenilados en 3 '. ARNm producidos por cortes y empalmes
codifican proteinas de envoltura, asi como, en retrovims mas complejos como VLTH
y VIH, proteinas adicionales como las Tax/Tat y Rex/Rev (Figura 5.14). Un transcrito
largo y no sujeto a «splicing» codifica los genes gag, pro y pol y tambien forma el
ARN genomico empaquetado en los viriones. El problema que tienen que resolver los
retrovims es como expresar tres proteinas diferentes a partir de un solo transcrito largo. El ordenamiento de los tres genes varia en los distintos vims. En algunos casos
(por ej., VLTH) ocupan tres marcos de lectura diferentes, mientras que en otros (por
Expresi6n
ej., VIH) el gen de la proteasa (pro) constituye una extension en el extremo 5' del gen
pol (Figura 5 .19). En este ultimo caso, la proteasa y la polimerasa (es decir, la
transcriptasa inversa) se expresan como una poliproteina que hade ser autocataliticamente digerida en las proteinas maduras en un proceso similar a1 de la digestion de las
poliproteinas de picornavirus.
En los limites entre cada uno de los tres genes existe una secuencia particular que
usualmente consiste en un tramo de nucleotidos repetidos, tal como UUUAAAC (Figura 5.20). En notable que esta secuencia se encuentra raramente en secuencias
codificantes de proteinas y, por lo tanto, parece ser usada especificamente para este
tipo de regulacion. La mayoria de los ribosomas al encontrar esta secuencia la traducinl.n sin dificultad y continuanin a lo largo del transcrito hasta alcanzar un codon de
parada de la traduccion. Sin embargo, una parte de los ribosomas que intenten traducir
esta secuencia «resbalanin» un nucleotido para atnl.s antes de continuar traduciendo el
mensaje, pero ahora en una pauta de lectura diferente (es decir, - 1). Por este motivo,
esta secuencia UUUAAAC se ha denominado la secuencia «resbaladiza», y el resultado de este desplazamiento de la pauta de lectura 21 es la traduccion de una poliproteina
0
gag
pro
=
##
pol
g;
Desplazamiento
de paula de lectura
ribosomal
gag
pol
...........
~
gag ~1-'-p_ro+l---'-po_l_ _ _ _ , - - - - - ,
Supresi6n
de parada
Figura 5.19 Desplazamiento de Ia pauta de lectura («frameshifting») ribosomal y supresi6n de parada
en retrovirus.
Pri ncipios de virolog ia molecular
Horquilla («stem -loop»)
5'
XXXYYYZ
<S""'"'"
resbaladiza>>
5'
j
IXXXYYYZ~
3' ARNm
3' ARNm
j
5'
3'pseudonudo
Formaci6n de «pseudonudo» de ARN; mecanisrno por el que ocurre el desplazarniento de
!a pauta de lectura ribosomal.
conteniendo altemativamente informacion de diferentes marcos de lectura. Este mecanismo tambien permite a los virus controlar las proporciones de proteinas producidas.
Debido a que solo una proporci6n de ribosomas lleva a cabo el desplazamiento de la
pauta de lectura en cada secuencia resbaladiza, existe un gradiente de traducci6n desde
los marcos de lectura en el extremo 5' del ARNm a los del extremo 3 ' .
La secuencia resbaladiza por si sola, no obstante, origina solo una baja frecuencia
de desplazamientos de la pauta de lectura, que parece ser insuficiente para producir la
cantidad de proteasa y de transcriptasa inversa requeridas por el virus; por tanto, existen secuencias adicionales que regulan alin mas este sistema y que incrementan la
frecuencia de los eventos de desplazamiento del marco de lectura. A escasa distancia
corriente abajo de la secuencia resbaladiza hay una repetici6n invertida que permite la
formaci6n de una estructura en horquilla (<<Stem-loop») en el ARNm (Figura 5.20). Un
Expresi6n
poco mas lejos esta una secuencia adicional complementaria con los nucleotidos del
bucle, que permite un apareamiento de bases entre estas dos regiones del ARN. El
resultado neto de esta combinacion de secuencias es la formacion de lo que se conoce
como un pseudonudo de ARN. Esta estructura secundaria en el ARNm causa que los
ribosomas que estan traduciendo el mensaje hagan una pausa en la secuencia resbaladiza corriente arriba, y este enlentecimiento o pausa del ribosoma durante la traduccion incrementa la frecuencia con la que ocurre el desplazamiento de la pauta de lectura, aumentando asf las concentraciones relativas de protefnas codificadas por marcos
de lectura corriente abajo . Es facil imaginar como se puede ajustar finamente este
sistema mediante mutaciones sutiles que alteren la estabilidad de la estructura del
pseudonudo y asf modificar la expresion relativa de los diferentes genes.
El ultimo metoda de control de la traduccion a considerar es la supresion de la
terminacion. Este es un mecanismo similar en muchos aspectos al del desplazamiento
de la pauta de lectura que permite que se expresen multiples polipeptidos de marcos de
lectura individuales en un mismo ARNm. En algunos retrovirus, como el virus de la
leucemia murina (VLM), el gen pro esta separado del gen gag por un codon de parada
UAG en vez de por una secuencia resbaladiza y un pseudonudo (Figura 5.19). En la
mayorfa de casos, la traduccion del ARNm del VLM term ina en esta secuencia, dando
lugar a las protefnas Gag; sin embargo, en algunas ocasiones, el codon de parada UAG
es suprimido, y la traduccion continua, produciendo una poliproteina Gag-Pro-Pol,
que posteriormente se digiere a sf misma para producir protefnas maduras. El efecto
global de este sistema es muy parecido al del desplazamiento de la pauta de lectura
ribosomal, estando controladas las proporciones relativas de protefnas Gag y Pro/Pol
por la frecuencia con que los ribosomas atraviesan o terminan en el codon AUG de
parada.
RESUMEN
El control de la expresion es un aspecto vital de la replicacion vfrica. La expresion
coordinada de grupos de genes vfricos resulta en fases sucesivas de expresion genica.
Tipicamente, los genes precoces inmediatos codifican protefnas «activadoras», los genes
precoces codifican mas protefnas reguladoras y los genes tardfos codifican proteinas
viricas estructurales. Los virus utilizan el aparato bioquimico de sus celulas hospedadoras
para expresar su informacion genetica, y consecuentemente, emplean ellenguaje bioquimico adecuado que la celula reconoce. Asi, los virus de procariotas producen ARNm
policistronicos, mientras que los virus con hospedadores eucariotas producen principalmente ARNm monocistronicos . Algunos virus de eucariotas producen ARNm
policistronicos para ayudar en la regulacion coordinada de multiples genes. Ademas,
los virus dependen de mecanismos de actuacion en cis o en trans para manipular la
biologia de sus celulas hospedadoras y para incrementar y coordinar la expresion de su
propia informacion genetica.
Principios de virolog ia molecular
BIBLIOGRAFiA
Alberts, B. (Ed.) (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th ed. Garland Science, New
York. ISBN 0815340729.
Freed, E.O. and Martin, M. (2001). Human immunodeficiency viruses and their
replication. In: Fields Virology, 4th ed., Fields, B.N., Knipe, D.M., and Howley,
P.M. (Eds.), pp: 1971-2042. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, PA.
ISBN 07817325.
Giedroc, D.P. et al. (2000). Structure, stability and function of RNA pseudoknots
involved in stimulating ribosomal frameshifting.Journal of Molecular Biology, 298:
167-185.
Green, P.L. and Chen, I.S.Y (2001). Human T-cellleukemia virus types I and II.
In: Fields Virology, 4th ed., Fields, B.N., Knipe D.M., and Howley, P.M. (Eds.),
pp. 1941-1970. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia, PA. ISBN
07817325.
Latchman, D. (2002). Gene Regulation: A Eukaryotic Perspective. BIOS Scientific,
Oxford. ISBN 0748765301.
Ptashne, M . (2004). A Genetic Switch: Phage Lambda R evisited. Cold Spring Harbor
Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York. ISBN 0879697164.
Wu, Y. and Marsh, J.W (2003) . Gene transcription in HIV infection. Microbes and
Infection, 5: 1023-1027.
CAPiTULO
6
INFECCION
Objetivos del aprendizaje
AI terminar este capitulo, el lector debeni ser capaz de:
• Describir el curso que siguen diferentes infecciones viricas.
• Explicar las bases cientificas de las medidas terapeuticas contra las enfermedades viricas.
• Resumir las principales respuestas de las plantas y de los animales frente a las
infecciones viricas.
La infeccion virica de los organismos superiores es el resultado de Ia suma de todos
los procesos de replicacion y de expresion genica descritos en los capitulos anteriores.
Juntos determinan el curso global (o «historia natural») de cada infeccion. Las infecciones viricas varian en complejidad y duracion, desde una interaccion muy breve,
superficial, entre el virus y su hospedador, hasta infecciones que pueden durar toda la
vida del organismo hospedador, desde antes del nacimiento hasta posiblemente su
muerte, en el que muy distintos tejidos y organos estan infectados. Una de las ideas
equivocadas mas frecuentes es que toda infeccion virica provoca inevitablemente una
enfermedad. En realidad, lo contrario es la verdad; solo una minoria de las infecciones
viricas originan sintomas de enfem1edad.
Este capitulo ofrece una revision de los numerosos patrones de la infeccion virica y
constituye una introduccion al estudio de la patogenesis virica en el Capitulo 7. La
mayor parte del capitulo trata de la infeccion virica de los eucariotas. A diferencia del
capitulo anterior y de los siguientes, este trata principalmente de la interaccion entre
los virus y los organismos a los que infectan, mas que de la vision habitual del biologo
molecular sobre la interaccion entre un virus y la c6lula.
Principios de virologia molecular
INFECCIONES ViRICAS DE PLANTAS
El curso general de la replicaci6n virica viene determinado por una interacci6n
dimimica entre el virus y su organismo hospedador. Existen diferencias claramente
importantes entre las infecciones viricas de las plantas y las de los vertebrados. En
tenninos econ6micos, los virus solo son de importancia si es probable que se vayan a
diseminar a las cosechas durante su periodo de producci6n comercial, una probabilidad que es muy variable, con extremos cortos en la producci6n horticola y extremos
largos en Ia explotaci6n forestal. Algunas estimaciones cifran los dafios totales a nivel
mundial producidos por los virus de plantas en 6 x 10 10 d6lares americanos anuales. El
mecanismo por el que se transmiten los virus vegetales entre hospedadores es por lo
tanto un aspecto de gran importancia. Existe una variedad de rutas por las que los virus
de plantas pueden transmitirse:
Semillas: pueden transmitir la infecci6n vhica bien por contaminaci6n externa de
la semilla con particulas viricas o bien por infecci6n de los tejidos vivos del embri6n. La transmisi6n por esta via produce brotes precoces de enfermedad en las
nuevas cosechas que generalmente tienen un inicio focal en su distribuci6n pero
que posteriormente pueden transmitirse al resto de la cosecha por otros mecanismos (ver mas adelante).
• Propagaci6n vegetativa/esquejes: estas tecnicas son baratas y constituyen metodos faciles de propagaci6n de plantas pero proporcionan una oportunidad ideal
para que los virus se transmitan a nuevas plantas.
• Vectores: muy distintos grupos de organismos vivos pueden actuar como vectores
y diseminar virus de una planta a otra:
Bacterias (por ej ., Agrobacterium tumefaciens: el plasmido Ti de este organismo ha sido utilizado experimentalmente para transmitir genomas viricos entre
plantas)
Hongos
Nematodos
Am·6podos: insectos (por ej ., pulgones, cicadelidos o saltahojas, fulgoromorfos,
escarabajos, tisan6pteros)
Aracnidos (por ej ., acaros)
• Mecanicamente: la transmisi6n mecanica de viruses lamas ampliamente usada en
la infecci6n experimental de plantas y es habitualmente lograda frotando preparaciones conteniendo virus en las hojas, que en la mayoria de las especies de plantas
son susceptibles a la infecci6n. No obstante, este es tambien un metodo natural
importante de h·ansmisi6n. Las particulas viricas pueden contaminar el suelo durante largos periodos y ser transmitidas a las hojas de plantas nuevas como polvo
dispersado por el viento o como barro salpicado por la lluvia.
•
Los problemas a los que tienen que enfrentarse los virus de plantas al iniciar la infecci6n de celulas hospedadoras ya se describieron anteriormente (Capitulo 4), como tambien se coment6 que no se conoce ningun virus vegetal que utilice un receptor celular
especifico como los que utilizan los virus animales o bacterianos para unirse a las celu-
lnfecci6n
las. La transmisi6n de virus de plantas por medio de insectos en de particular importancia
en agricultura. Areas extensas de monocultivo y el uso inapropiado de insecticidas para
eliminar predadores naturales pueden provocar explosiones masivas de poblaciones de
insectos como los afidos o pulgones. Los virus de plantas cuentan con la producci6n de
brechas mecanicas en la integridad de la pared celular para introducir una particula virica
en la celula. Esto se consigue bien por medio del vector asociado a Ia transmisi6n del
virus o simplemente por dafio mecanico de las celulas. La transferencia por medio de
insectos vectores es particularmente eficiente para Ia transmisi6n de virus. En algunos
casos, los virus son transmitidos mecanicamente de una planta a otra por el vector y el
insecto es meramente el vehiculo de transmisi6n, a traves de su vuelo o al ser transportado largas distancias por el viento (a veces cientos de kil6metros). Los insectos que muerden o chupan las plantas constituyen, por supuesto, el medio ideal para transmitir virus a
nuevos hospedadores; un proceso conocido como transmisi6n no propagativa. No obstante, en otros casos (por ej ., muchos rabdovirus de plantas), los virus tambien infectan y
replican en los tejidos del insecto (transmisi6n propagativa) asi como en los de las plantas susceptibles. En estos casos, el vector sirve no solo como medio de diseminar la
infecci6n, sino ademas para amplificarla.
Inicialmente, Ia mayoria de los virus de plantas se multiplican en el sitio de infecci6n, provocando sintomas localizados, como puntos de necrosis en las hojas. El virus
puede ser distribuido posteriormente a todas las partes de la planta, por diseminaci6n
directa celula a celula 0 por el sistema vascular, produciendo una infecci6n sistemica
que afecte a toda la planta. No obstante, el problema que estos virus tienen que resolver en Ia reinfecci6n y en el reclutamiento de nuevas celulas es el mismo con el que se
enfrentaron inicialmente; como cruzar la barrera de la pared de Ia celula vegetal. Las
paredes de las celulas vegetates necesariamente contienen canales llamados plasmodesmas que les permiten comunicarse entre elias y dejan pasar metabolitos de unas a
otras; sin embargo, estos canales son demasiado pequefios para permitir el paso de
particulas viricas o de acidos nucleicos gen6micos. Muchos (sino Ia mayoria) de los
virus de plantas han desarrollado proteinas especializadas en movimiento que modifican los plasmodesmas . Uno de los ejemplos mejor conocidos es Ia proteina de 30 kDa
del virus del mosaico del tabaco (VMT). Esta proteina es expresada por un ARNm
subgen6mico (Figura 3 .12), y su funci6n es modificar los plasmodesmas, permitiendo
al ARN gen6mico recubierto de la proteina de 30 kDa ser transportada desde Ia celula
infectada a las celulas vecinas (Figura 6.1 ). Otros virus, como el virus del mosaico del
chicharo («cowpea mosaic virus», CPMV; Como viridae) tienen una estrategia similar,
pero emplean un mecanismo molecular diferente. En este virus, las proteinas de 58 y
48 kDa forman estructuras tubulares que penn iten el paso de particulas viricas intactas
de una celula a otra (Figura 6.1 ).
Tipicamente, las infecciones viricas de plantas podrian producir efectos como retraso del crecimiento, deformaci6n, patrones en mosaico de las hojas, amarilleamiento,
marchitamiento, etc. Estos sintomas macrosc6picos resultan de:
• Necrosis de las celulas, causada por dafio directo debido a Ia replicaci6n del virus.
• Hipoplasia: retraso de crecimiento localizado que causa frecuentemente mosaicismo
(aparici6n en las hojas de areas finas y amarillas).
Principios de virologfa molecular
Prole ina
P30
ARN gen6mico
u
m
w
n
VMT:
<f)
0
E
Viriones
CPMV intactos
Figura 6.1
VMC:
Movimientos de proteinas en plantas.
• Hiperplasia: division celular excesiva o crecimiento de celulas anormalmente grandes, que causa la producci6n de areas de la planta hinchadas 0 deformes.
Las plantas pueden ser consideradas dianas faciles para la infecci6n virica; a diferencia de los animales, no pueden escapar; sin embargo, las plantas exhiben una amplia gama de respuestas a las infecciones viricas disefiadas para minimizar sus efectos.
Inicialmente, la infecci6n produce una «respuesta hipersensible», que se manifiesta
como:
• La sintesis de una gama de nuevas proteinas, las proteinas relacionadas con la patogenesis («RP» ).
• Un incremento en la producci6n de fenoles de pared celular.
• La liberaci6n de moleculas con oxigeno activo.
• La producci6n de fitoalexinas.
• La acumulaci6n de acido salicilico; sorprendentemente, las plantas pueden avisarse
incluso unas a otras de que llegan virus emitiendo sefiales aereas con compuestos
volatiles como el salicilato de metilo.
Aunque este sistema no se conoce bien, al menos algunas proteinas RP se han caracterizado y se han identificado como proteasas, que presumiblemente destruyen proteinas viricas, limitando asi la diseminaci6n de la infecci6n. Existe alglin parecido
entre esta respuesta y la producci6n de interferones en animales (ver mas adelante).
La resistencia sistemica a la infecci6n virica ocurre como un fen6meno natural en
algunas estirpes de plantas. Esta es claramente una caracteristica altamente deseable
que es valorada por los cultivadores de plantas, quienes intentan que este atributo se
extienda entre las plantas econ6micamente valiosas. Probablemente existen muy dis-
lnfecci6n
tintos mecanismos implicados en esta resistencia, pero en terminos generales existe la
tendencia bacia una necrosis local aumentada, ya que son producidas por la planta
sustancias como proteasas y peroxidasas para destruir el virus y prevenir su diseminaci6n y posterior enfennedad sistemica. Un ejemplo de esto es el gen N del tabaco, que
codifica una proteina citoplasmatica con un sitio de union a nucle6tidos que interfiere
con la replicasa del VMT. Cuando esta presente en las plantas, este gen causa que el
VMT produzca una infecci6n localizada necr6tica en vez de los sintomas sistemicos
del mosaico normalmente observados.
Se han creado plantas resistentes a virus produciendo plantas transgenicas que expresan proteinas viricas recombinantes, o acidos nucleicos que interfieren con la
replicaci6n virica, sin producir las consecuencias patol6gicas de la infecci6n; por ejemplo:
•
•
•
•
•
•
•
Proteinas de capside virica, que tienen una variedad de efectos complejos, incluyendo ( 1) inhibici6n de Ia decapsidaci6n del virus, y (2) interferencia con la expresi6n del virus a nivel del ARN («silenciamiento de genes» por ARNs «no traducibles» ).
Replicasas viricas completas o parciales que interfieren con la replicaci6n del genoma.
ARNs antisentido.
Genomas viricos defectivos.
Secuencias satelites (ver Capitulo 8).
Secuencias de ARN catalitico (ribozimas).
Proteinas de movimiento modificado.
Esta es una tecnologia muy prometedora que ofrece la posibilidad de aumentar
sustancialmente la producci6n en agricultura sin el uso de productos quimicos caros,
t6xicos y ecol6gicamente perjudiciales (fertilizantes, herbicidas o pesticidas), pero que
esta todavia en su infancia.
RESPUESTAS INMUNITARIAS A LAS INFECCIONES ViRICAS
EN ANIMALES
La respuesta mas significativa a la infecci6n virica en vertebrados es la activaci6n
tanto de la rama celular como de la humoral del sistema inmunol6gico. Esta fuera de
los objetivos de este capitulo describir detalladamente los sucesos implicados en la
respuesta inmunitaria ante la presencia de antigenos extrafios en el cuerpo. Los tectores deberan recurrir a los libros citados en la secci6n de bibliografia para asegurar que
conocen los mecanismos inmunol6gicos (jy la terminologia!) descrita a continuaci6n.
Sin embargo vale la pena considerar un breve resumen de algunos de los aspectos mas
pertinentes, comenzando con la respuesta inmunitaria humoral, que da Iugar a la producci6n de anticuerpos.
El mayor impacto de la respuesta inmunitaria humoral es la eliminaci6n final del
virus del organismo; esto es, la neutralizaci6n serica detiene la diseminaci6n de virus a
celulas sin infectar y permite a otros mecanismos eliminar la infecci6n. La Figura 6.2
Principios de virologfa molecu lar
Dosis
de recuerdo
Vacunaci6n
prima ria
~
~
<J)
0
e-
lgG
Q)
:::l
0
-~
(1)
Q)
"0
0
0
~
<J)
0
:a
f=
I
0
2
3
4
5
6
lgM
1
7
Tiempo (semanas)
.? Version simplificada de la cinetica de la respuesta inmunitaria humoral frente a m1 virus
«tipico» u otro antigeno extraiio.
muestra una version muy simplificada de Ia respuesta inmune ala infeccion en mamiferos. La infeccion virica induce al menos tres clases de anticuerpos: inmunoglobulina
G (IgG), IgM e IgA. IgM es una molecula grande, multivalente, que es muy efectiva
provocando entrecruzamientos con grandes dianas (por ej., paredes de celulas bacterianas o flagelos), pero que probablemente sea menos importante en la lucha contra las
infecciones viricas. En contraste, la produccion de IgA es muy importante para la proteccion inicial frente a las infecciones viricas. La IgA secretoria es producida en las
superficies mucosas y produce una «inmunidad de mucosas», un factor importante en
la prevencion de las infecciones viricas. La induccion de inmunidad de mucosas depende en gran medida de la via de presentacion de los antigenos al sistema inmunologico y de su reconocimiento por este. A este respecto, antigenos similares incorporados a diferentes sistemas de presentacion de vacunas (ver Prevencion y terapia de las
infecciones viricas, mas adelante) pueden conducir a muy distintos resultados, y la
inmunidad de mucosas es un factor tan importante que vacunas parecidas pueden variar considerablemente en su grado de eficacia. La IgG es probablemente la clase de
anticuerpo mas importante para la neutralizacion directa de particulas viricas en suero
y otros liquidos biologicos (a los que difunde).
La neutralizacion directa de virus por anticuerpos es el resultado de una variedad
de mecanismos, que incluyen cam bios conformacionales en la caps ide virica provocados por la union de los anticuerpos, o bloqueo de la funcion de la molecula diana para
el virus (es decir, la union al receptor) por impedimento esterico. Una consecuencia
secundaria de la union de los anti cuerpos es Ia fagocitosis de moleculas diana recubiertas
de anticuerpos («opsonizadas») por celulas mononucleadas 0 leucocitos polimorfonucleares. Este proceso es mediado por la presencia de receptor para Fe en la superficie de estas celulas, pero, como ya se comento en el Capitulo 4, en algunos casos la
lnfecci6n
opsonizaci6n de virus por anticuerpos no neutralizantes puede provocar un aumento de la
captaci6n de virus. Esto se ha demostrado que sucede con el virus de la rabia, y en el caso
del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) puede promover la incorporaci6n del
virus a los macr6fagos. La union de anticuerpos tambien conduce a la activaci6n de la
cascada del complemento, que contribuye a la neutralizaci6n de particulas viricas. Las
alteraciones morfol6gicas inducidas por la disrupci6n de virus por el complemento puede
visualizarse a veces al microscopio electr6nico. El complemento es particularmente importante en el comienzo de la infecci6n virica cuando se producen cantidades limitadas de
anticuerpos de baja afinidad; el complemento potencia su actividad.
A pesar de todos los mecanismos anteriores, en terminos generales la inmunidad
celular es probablemente mas importante que la inmunidad humoral en el control de
las infecciones viricas. Esto se demuestra por las siguientes observaciones:
• Los defectos congenitos de la inmunidad celular tienden a causar predisposici6n a
padecer infecciones viricas (y parasitarias), mas que infecciones bacterianas.
Los defectos funcionales del sindrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) es
una reducci6n de la proporci6n de celulas T colaboradoras (T -helper o CD4+):celulas
T-supresoras (CDS+) del valor normal de aproximadamente 1,2 a 0,2. Los pacientes
de SIDA con frecuencia sufren muchas infecciones oportunistas (por ej., por varios
virus herpes como virus herpes simplex [VHS], citomegalovirus [CMV] y virus de
Epstein-Barr [VEB]), que pueden haber estado presentes antes de la instauraci6n
del SIDA, pero que previamente estaban suprimidos por el sistema inmunol6gico
competente.
La inmunidad celular es efectuada a traves de tres sistemas principales (Figura 6.3)
por mecanismos que seran explicados mas adelante (ver Virus y Apoptosis, despues):
Lisis celular inespecifica
(no restringida por MHC)
Anticuerpo
Receptores Fe
CCDA
(dependiente de anticuerpos)
f
1
ur 6.3
~
Lisis celular especifica
(restring ida por MHC)
J
Diagrama ilustrativo de los tres mecanismos efectores principales de Ia inmunidad celular.
Principios de virologia molecular
• Destruccion celular inespecifica (mediada por celulas asesinas naturales o «natural
killen> [NK]).
• Destruccion celular especifica (mediada por linfocitos T citotoxicos [LTCs]).
• Citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos (CCDA).
Las celulas «natural killer» median la lisis celular independientemente de la especificad inmunologica convencional (es decir, el reconocimiento clonal del antigeno).
No son restringidas por el sistema principal de hi stoco mp atibil idad («major
histocompatibility complex», MHC, es decir, el reconocimiento de un antigeno especifico en el contexto de antigenos MHC mas el complejo receptor de celula T/CD3). Las
ventajas de esto es que tienen amplia especificidad y que son activas sin requerir de la
sensibilizacion de anticuerpos. Constituyen por lo tanto la primera linea de defensa
contra la infeccion virica. Las celulas NK son mas activas en las etapas iniciales de la
infeccion (es decir, en los primeros dias) y su actividad es estimulada por el interferon
a/~ (ver mas adelante). Las celulas NK no son inducidas directamente por la infeccion
virica; existen incluso en individuos inmunologicamente naive y se «revelmm en presencia de interferon a/~. Son por tanto parte de la respuesta inmune «innata». Su funcion es complementaria de la de los LTCs, que mas tarde las reemplazan (ver mas
adelante); parte de la respuesta inmune «adaptativa». Nose sabe cual es Ia diana de las
celulas NK en Ia superficie de celulas infectadas, pero su accion es inhibida por los
antigenos MHC de clase I (que estan presentes en todas las celulas nucleadas), permitiendo el reconocimiento de «lo propio» y previniendo la destruccion total del organismo. Es sabido que algunas infecciones viricas alteran la expresion normal de MHC-I
en las celulas y este es probablemente un mecanismo de reconocimiento por NK de las
celulas infectadas. La citotoxicidad de las celulas NK es activada por interferon a/~,
conectando directamente la actividad NK con la infeccion viral (ver despues).
Los linfocitos T citotoxicos (LTCs) son habitualmente de fenotipo CD8+ (supresor). Los LTCs constituyen la principal respuesta celular a las infecciones viricas y
estan restringidos por el MHC, es decir, clones de celulas reconocen un antigeno especifico solamente cuando es presentado por antigenos MHC-I en la celula diana al complejo receptor de celula T/CD3 en la superficie del LTC. (Los antigenos MHC-1 son
expresados en todas las celulas nuc leadas del organismo; los antigenos MHC-II se
expresan solo en la superficie de las celulas presentadoras de antigeno del sistema
inmunologico; celulas T, celulas B y macr6fagos.) La actividad citotoxica (CT) requiere «ayuda» (es decir, produccion de citoquinas) por parte de las celulas T-helper. Los
LTCs mismos reconocen antigenos extraiios a traves del complejo receptor de celula
T/CD3, que «encaja» con el antigeno presentado por MHC-I en la superficie de la
celula diana (Figura 6.4). No obstante, el mecanismo de los LTCs para destruir celulas
es similar al de las celulas NK (ver mas adelante). La induccion de una respuesta LTC
tambien provoca la liberacion de muchas citoquinas por las celulas T-helper, algunas
de las cuales provocan la proliferacion clonal de LTCs especificos de antigeno y de
otras que tienen efectos antivirales directos; por ejemplo, interferones (ver despues).
La cinetica de la respuesta LTC (alcanzando un maximo a los 7 dias tras la infeccion)
es algo mas lenta que lade la respuesta NK (3-7 dias frente a 0,5-3 dias); por lo tanto,
estos sistemas son complementarios.
lnfecci6n
Linfoquinas
por ej., IL-2
LFA-3 ~
MHCII ~ ~
ICAM-l~
~
~S:; T~
tl"~ ~TCR
~"""'
~
CD4
02
CelulaT
helper
LFA-1
Figura 6.4 Proteinas de superficie celular implicadas en el reconocimiento imnunol6gico. Los contactos directos entre celulas provocan seiiales de celula a celula que regulan Ia respuesta imnunitaria.
La induccion de una respuesta de LTCs es dependiente del reconocimiento por el
sistema inmunitario de epitopos especificos de celulas T. Estos son distintos de los
epitopos de celulas B reconocidos par la rama humoral del sistema inmunitario. Los
epitopos de celulas T estim con frecuencia mas conservados (son menos variables) que
los epitopos de celulas B, que frecuentemente son capaces de mutar con rapidez para
escapar de Ia presion inmune. Estas consideraciones son importantes para el disefio de
vacunas antivirales. La especificidad de la muerte celular provocada par LTCs no es
absoluta. Aunque «Se comportan» mejor que las celulas NK., la difusion de la perforina
y la produccion local de citoquinas causa frecuentemente inflamacion y da:fios colaterales. Este es un mecanismo que contribuye a la patologia de muchas enfermedades
viricas (ver Capitulo 7), pero una altemativa menos atractiva es permitir al virus que
rep!ique sin control.
La citotoxicidad celular dependiente de anticuerpos es peor comprendida que cualquiera de los mecanismos anteriores. Puede ser mediada por celulas NK o par LTCs. El
mecanismo de produccion de la mue11e celular es el mismo que se describe en la proxima seccion, aunque el complemento puede participar tambien en la CCDA; sin embar-
Principios de virologfa molecular
go, este mecanismo depende del reconocimiento de un antigeno en la superficie de la
celula diana por anticuerpos en la superficie de la celula efectora. Los anticuerpos
implicados son habitualmente IgG, que estan unidas a receptores Fe sobre la superficie
de las celulas T. La CCDA requiere por tanto la pre-existencia de una respuesta de
anticuerpos y en consecuencia no ocurre precozmente durante las infecciones viricas
primarias; forma parte de la respuesta inmunitaria adaptativa. No esta claro cual es la
contribuci6n en conjunto de la CCDA al control de las infecciones viricas, aunque
actualmente se piensa que juega un papel importante en su control.
VIRUS Y APOPTOSIS
Apoptosis, o «muerte celular programada» es un mecanismo critico en la remodelaci6n de los tejidos durante el desanollo y en la muerte celular provocada por el sistema
inmunitmio. Existen dos vias por las que una celula puede morir: necrosis y apoptosis.
•
•
ecrosis es la respuesta normal de las celulas a un dafio causado por toxinas o
estres ambiental. La necrosis esta marcada por cambios inespecificos tales como la
disrupci6n de la membrana plasmatica y la membrana nuclear, ruptura de organelos
delimitados por membranas tales como mitocondrias y lisosomas, hinchaz6n celular, fragmentaci6n al azar de ADN/ARN, entrada de iones de calcio en la celula y
perdida del potencial electrico de membrana. La liberaci6n de los componentes de
la celula que se esta muriendo provoca dafios en otras celulas y en los tejidos adyacentes, dafio celular colateral.
Apoptosis es, por el contrario, un proceso estrechamente regulado que se basa en
complejas cascadas moleculares para su control. Esta marcado por un encogimiento celular, condensaci6n y fonnaci6n de acumulos de cromatina, un patron regular
de fragmentaci6n de ADN, y transformaci6n del contenido celular en vesiculas o
pequefias burbujas asociadas a membranas, que son posteriormente fagocitadas por
los macr6fagos, previniendo la aparici6n de inflamaci6n.
Cuando son estimuladas por las sefiales apropiadas (arriba), las celulas inmunes
efectoras como los LTCs y las celulas NK liberan granulos liticos previamente fabricados y almacenados en sus citoplasmas. :Estos acruan sobre la celula diana e inducen
apoptosis por dos mecanismos:
Liberaci6n de citotoxinas como: (1) perforina (citolisina), un peptido relacionado
con el componente C9 del sistema del complemento que, cuando se libera, polimeriza
para fonnar poliperforina, que forma canales transmembrana, causando cambios en
la penneabilidad de ]a membrana de la celula diana; y (2) granzimas, que son serina
proteasas relacionadas con la tripsina. Estos dos efectores acruan en colaboraci6n,
pennitiendo los poros en la membrana la entrada de granzimas en la celula diana.
Los canales en la membrana tambien permiten la liberaci6n de calcio intracelular
de la celula diana, lo cual activa las vias de la apoptosis.
Ademas, los LTCs (pero no las celulas NK) expresan ligando de Fas en su superficie, que se une a Fas en la superficie de la celula diana, estimulando la apoptosis.
lnfecci6n
La union de ligando de Fas en la celula efectora a Fas (CD95) en la celula diana
activa las proteasas celulares conocidas como «caspasas», que a su vez desencadenan una cascada de eventos que conducen ala apoptosis.
El proceso de induccion y represion de la apoptosis durante la infeccion virica ha
recibido mucha atencion durante los ultimos afios. Ahora sabemos que esta es una
respuesta innata importante a la infeccion virica. La regulacion de la apoptosis es una
cuestion compleja que no puede ser expuesta aqui completamente (ver Bibliografia y la
Figura 6.5 como resumen), pero las infecciones viricas perturban la bioquimica celular y
frecuentemente desencadenan una respuesta apoptotica:
•
Sefiales de receptor: la union de las particulas viricas a los receptores celulares
pueden activar tambien seiiales que desencadenen apoptosis (por ej., VIR [ver Capitulo 7], reovirus).
Activacion de PKR: el efector de interferon PKR (proteina kinasa activada por
ARN; ver despues) puede ser activada por algunos virus (por ej., VIR, reovirus).
Fasl
FNT
Fas
RFNT
FADD
TRADD
Membrana
plasmatica
clAP
procaspasa-fl
RIP
ONCOGENES
ACTIVADOS
OTROS
ACTIVADO RES
Daiio
aiADN
Activaci6n ciclo celular
u, E2F, c-Myc)
( 0,
ADN-PK
TRAF-2
RB
p21
Cdk
(activo)
lniciador
de caspasas
activado
NFaB
DETENCION
DEL
CRECIMIENTO
JNK
c-Jun
Bax
Factores de supervivencia
Bad
Ras
MITOCO NDRIA
lniciador de
caspasas
PER MEABILIDAD
DE TRANSICION
EFECTOR DE
CASPASAS
ACTIVADO
(CASPASA-3)
DIANAS
DE CASCADA
DE CASPASAS
lnhibici6n de
sintesis proteica
J
6.5 Perspectiva general de la apoptosis. Los terminos en verde son de mayor impottancia en la
infecci6n virica.
Principios de virologia molecular
•
•
•
Activacion de p53: virus que interaccionan con p53 (Capitulo 7) pueden causar
detenci6n del crecimiento o apoptosis (por ej., adenovirus, SV40, papilomavirus).
Disregulacion transcripcional: virus que codifican proteinas reguladoras de la
transcripci6n pueden activar una respuesta apopt6tica (por ej., Tax de VLTH).
Expresion de proteinas extrafias: la sobreexpresi6n de proteinas viricas en etapas
tardias del ciclo replicativo puede causar tambien apoptosis por una variedad de
mecamsmos.
En respuesta a este sistema celular de alanna, muchos, si no la mayoria de los virus,
han desarrollado mecanismos para contranestar este efecto y reprimir la apoptosis:
Homologos de Bcl-2: diversos virus codifican hom6logos de Bcl-2 (un regulador
negativo de la apoptosis) (por ej., E1B-19k de adenovirus, KSbcl-2 de VHH-8).
• Inhibicion de caspasa: las caspasas son una familia de cistefn proteasas que son
importantes inductoras de la apoptosis. Inhibir estas enzimas es una forma eficaz de
prevenir la apoptosis (por ej., p35 de baculovirus, serpinas , viAP: «inhibidores de
la apoptosis»).
• lnhibicion de Fas/FNT: los virus han desanollado diversos mecanismos para bloquear los efectos de Fas/FNT, incluyendo sefiales de bloqueo a traves de la membrana plasmatica (por ej., E3 de adenovirus), mimetizadores del receptor para el
factor de necrosis tumoral (RFNT) (por ej., cnnA de poxvirus), mimetizadores de
factores de sefiales de muerte (vFLIPs), e interacciones con factores de sefiales
como el dominio de muerte asociado a Fas (Pas-associated death domain, FADD
en ingles) y el dominio de muerte asociado a RFNT (TNFR: associated death domain,
TRADD en ingles) (por ej ., LMP-1 de VHH-4 [VEB]).
• Inhibicion de p53: varios virus que interaccionan con p53 han desanollado proteinas para contrarrestar posibles activaciones de la apoptosis (por ej., E1B-55k y E4
de adenovirus, antigeno T de SV40, E6 de papilomavirus).
• Miscehinea: muchos otros mecanismos estan siendo descritos actualmente en diversos virus (por ej., VIH, influenza, reovirus).
•
En ausencia de tales mecanismos inhibitorios, la mayoria de los virus habrian sido
sencillamente incapaces de replicarse, a causa de la muerte de la celula hospedadora
antes de que se hubiese completado su ciclo replicativo; sin embargo, hay evidencias
de que al menos algunos virus utilizan la apoptosis en su propio beneficio. Virus con
ARN de senti do positivo como poliovirus, virus de la hepatitis A y el virus Sindbis con
ciclos liticos de replicaci6n parecen ser capaces de regular la apoptosis, inicialmente
reprimiendola para que tenga lugar la replicaci6n y despues induciendola para permitir
la liberaci6n de particulas viricas de la celula.
INTERFERONES
En la decada de 1950, la interferencia (o sea, el bloqueo de una infecci6n virica por
un virus competidor) era un fen6meno bien conocido en virologia. En algunos casos,
lnfecci6n
el mecanismo responsable es tal que, por ejemplo, los retrovirus aviares se agrupan en
nueve grupos de interferencia (del A al I), basados en su capacidad de infectar varias
razas de pollos, faisanes, perdices, codomices, etc. o lineas celulares derivadas de
estas especies. En este caso, la incapacidad de un virus en particular por infectar las
celulas de algunas razas se debe a la expresion de la glicoproteina de envoltura de un
provirus endogeno presente en las celulas, que secuestra al receptor celular necesario
para la infeccion por el virus exogeno. En otros casos el mecanismo de la interferencia
virica esta menos claro.
En 1957, Alick Isaacs y Jean Lindenmann estaban estudiando este fenomeno y realizaron el siguiente experimento. Expusieron fragmentos de membrana corioalantoidea
de polio en cultivo celular a virus influenza inactivado con luz ultravioleta (UV) (virus
no infectivo ). Observaron que el medio «acondicionado» de estos experimentos (que
no con tenia virus infectivo) inhibia la infeccion por virus influenza (infectivo) en cultivos separados de nuevos fragmentos de membrana corioalantoidea. Llegaron a la
conclusion de que un factor soluble, que ellos llamaron «interferon», era producido
por las celulas como resultado de la infeccion virica, y que este factor podia proteger
de la infeccion a otras celulas. Como resultado de esta observacion tan sugestiva, el
interferon se convirtio en la gran esperanza de la virologia y se penso que podria ser el
equivalente directo del uso de los antibioticos para tratar las infecciones bacterianas.
La verdadera situacion ha resultado ser mucho mas compleja de lo que se penso en
un principia. Los interferones no tienen propiedades antiviricas, sino que por lo general sus efectos son ejercidos indirectamente por medio de su principal funcion como
proteinas de regulacion celular. Los interferones son intensamente potentes; menos de
50 moleculas por celula muestran evidencias de actividad antiviral. Por lo tanto, siguiendo el descubrimiento inicial de Isaacs y Lindemnann, se emplearon muchos aiios,
que fueron bastante poco productivos, tratando de purificar cantidades diminutas de
interferon producido naturalmente. Esta situacion cambio con el desarrollo de la biologia molecular que permitio la clomicion y la expresion de los genes del interferon, que
ha conducido a rapidos avances en nuestro conocimiento durante los ultimos 15 aiios.
Los tres tipos de interferon son a, By y.
•
•
•
Interferon a: Existen al menos 15 especies moleculares de interferon a , todas las
cuales estan estrechamente relacionadas, diferenciandose algunas de elias por un
cambio en un solo aminoacido. Son sintetizadas predominantemente por linfocitos.
Las proteinas maduras contienen 143 aminoacidos, con un minimo de homologia
del 77% entre los diferentes tipos. Todos los genes que codifican interferon a se
localizan en e1 cromosoma humano 9, y se piensa que la duplicacion de genes es
responsable de esta proliferacion de genes.
Interferon B: El gen linico para el interferon Bse locali za tambien en el cromosoma
humano 9. La protein a madura contiene 145 aminoacidos y, a diferencia del interferon
a , esta glicosilada, con aproximadamente un 30% de homologia con otros interferones. Es sintetizado predominantemente por fibroblastos.
Interferon y: El gen unico para el interferon y se localiza en el cromosoma humano
12. La proteina madura contiene 146 aminoacidos, esta glicosilada, y tiene tma
Principios de virologfa molecular
homologia de secuencia muy baja con otros interferones. Es sintetizado predominantemente por linfocitos.
Debido a que existen diferencias biologicas claras entre los tres tipos de interferon, el
IFN-a y el IFN- ~ son conocidos como IFN de tipo I y el IFN-y como el IFN de tipo II. La
induccion de la sintesis de interferon resulta de la activacion de la transcripcion por los
promotores del gen de interferon. Existen tres mecanismos principales implicados:
•
Infecciones viricas: Este mecanismo se piensa que actlia por inhib icion de la sintesis proteica que ocurre durante muchas infecciones viricas, que provoca una disminucion de las proteinas represoras intracelulares y por tanto un aumento de la transcripcion del gen de interferon. En general, los virus ARN son potentes inductores
de interferon, mientras que los virus ADN son relativamente pobres inductores; sin
embargo, existen excepciones a esta regia (por ej., los poxvirus son muy potentes
inductores). No estin claros los sucesos moleculares implicados en la induccion de
la sintesis de interferon por infecciones viricas. En algunos casos (por ej., virus
influenza), los virus inactivados por UV son potentes inductores; por lo tanto, no se
requiere necesariamente la replicacion virica. La induccion por virus puede implicar una perturbacion del ambiente celular normal y/o produccion de pequefias cantidades de ARN bicatenario (ver a continuacion).
• ARN bicatenario (be): Todos los ARNs bicatenarios naturales (por ej., genomas
de reovirus) son potentes inductores de interferon, como lo son las moleculas sinteticas (por ej., poli I:C); por lo tanto este proceso es independiente de la secuencia
nucleotidica. El ARN monocatenario y el ADN bicatenario no son inductores, por
lo tanto, el mecanismo de induccion se piensa que depende de la estructura secundaria del ARN mas que de una secuencia nucleotidica en particular.
• Inhibidores metabolicos: Compuestos que inhiben la transcripcion celular (por
ej., la actinomicina D) o la traduccion (por ej., la cicloheximida) causan una induecion de interferon. Algu nos promotores de tumores como el acetato de
tetradecanoilforbol (ATP) o el dimetil sulfoxido (DMSO) son tambien inductores.
Su mecanismo de accion continua siendo desconocido, pero casi con certeza actlian a nivel de la transcripcion.
Los efectos de los IFNs se ejercen por medio de receptores especificos que son
ubicuos y estan presentes en casi todos los tipos celulares (por lo tanto, casi todas las
celulas potencialmente responden al IFN). Existen distintos receptores para IFN tipo I
e IFN tipo II, cada uno de ellos constituido por dos cadenas polipeptidicas. La union de
IFN al receptor de tipo I activa una tirosin kinasa citoplasmatica especifica (kinasa
Janus o Jakl), que fosforila a otra proteina celular, transductora de sefial y activadora
de la transcripcion 2 (<<Signal transducer and activator of transcription 2», STAT2).
Esta es transportada hasta el nucleo, y estimula la activacion transcripcional de los
genes de respuesta al IFN (incluyendo al IFN, provocando una amplificacion de la
sefial original). La union de IFN al receptor de tipo II activa una tirosin kinasa citoplasmatica diferente (Jak2), que fosforila la proteina celular STATl, produciendo la activacion transcripcional de un conjunto diferente de genes.
lnfecci6n
La principal accion se ejerce sobre actividades de regulacion celular y es bastante
complicada. El interferon afecta tanto a la proliferacion celular como a la inmunomodu lacion. Estos efectos resultan de la induccion de la transcripcion de una amplia variedad de genes celulares, incluyendo otras citoquinas. El resultado neto es una regulacion compleja de la capacidad de una celula de proliferar, diferenciarse y comunicarse.
Esta actividad regulatoria celular tiene efectos indirectos sobre la replicacion viral (ver
despues). Todos los interferones tienen similar capacidad antiviral, pero el IFN y es
con diferencia el regulador celular mas potente.
El efecto de los interferones sobre la infeccion virica in vivo es extremadamente
importante. Animates infectados experimentalmente con virus e inyectados con anticuerpos anti-interferon experimentan infecciones mucho mas graves que los animates
control infectados con el mismo virus. Esto es porque los interferones protegen a las
celulas del dafio y de la muerte. Sin embargo, no parecen desempefiar un papel importante en el aclaramiento de la infeccion virica; para ello son necesarias las otras partes
de la respuesta inmunitaria. El interferon es un «cortafuegos» que inhibe la replicacion
viral en sus etapas mas tempranas por diversos mecanismos. Dos de ellos se conocen
con bastante detalle (ver despues), pero otros (en algunos casas especificos de algunos
virus) son peor comprendidos.
Los interferones inducen la transcripcion de un gen celular que codifica la 2' ,5 '-oligo
A sintetasa (Figura 6.6). Existen al menos cuatro especies moleculares de 2' ,5 '-oligo A,
inducidas por distintas formas de interferon. Este compuesto activa una enzima que
digiere el ARN, la ARNasa L, que digiere los ARNs genomicos virales y ARNm celulares, asi como ARNs ribosomicos. El resultado final de este mecanismo es una reduccion de la sintesis proteica (debida ala degradacion de los ARNm y ARNr); en consecuencia, la celula es protegida del dafio producido por el virus. El segundo metoda
consiste en la activacion de una proteina de 68 kDa llamada PKR (proteina kinasa
activada por ARN) (Figura 6.7). PKR fosforila a un factor celular, eiF2cx, que es requerido por los ribosomas para el inicio de la traduccion; por lo tanto, el resultado neto de
este mecanismo es tambien la inhibicion de la sintesis proteica que refuerza el meca-
lnterferones
2' ,5'-oligo A sintetasa
(n + 1)ATP
(cofactor ARNbc)
ARNv.
ARNm
ARNasa L
(activa)
(resistente a ARNasa)
(2' ,5')pppA(pA)n + nPPi
ARNasa L
(inactiva)
ARNr
Figura 6.6
Mecanismo de inducci6n por intetferones de 2' ,5 '-oligo A sintetasa.
Principios de virologfa molecular
lnterferones
I
~
PKR (inactivo)
I
I
L
I eiF2a
GDP + 'GEF' _
Figura 6.7
_
PKR (activo)
1
L
1
1 -- --L--
_L__l_ _
J
eiF2a-PO+
(inactivo)
met-tRNAmeteiF2.GTP
(inicio de Ia traducci6n)
Mecanisme de inducci6n por interferones de PKR.
nismo de la 2' ,5' -oligo A. Un tercer mecanismo bien establecido depende del gen Mx, un
gen de una sola copia localizado en el cromosoma humano 21, cuya transcripci6n es
inducida por el IFN a y por el IFN ~ , pero no por el IFN y. El producto de este gen inhibe
la transcripci6n primaria del virus influenza pero no Ia de otros virus. No se conoce su
modo de acci6n. Ademas de estos tres mecanismos, hay constancia de otros muchos
efectos de los interferones. Inhiben la penetracion y la decapsidacion de SV40 y de
algunos otros virus, posiblemente por alterar la composici6n o la estructura de la membrana celular; inhiben la transcripci6n primaria de muchos genomas vfricos (por ej.,
SV40, VHS) y tambien Ia transformacion celular por retrovirus. No se han logrado
explicar completamente los mecanismos moleculares que median estos efectos.
En conclusion, se puede a:firmar que los interferones son armas potentes contra la
infecci6n virica, pero que acman mas como un trabuco que como una «bala magica».
Los importantes efectos secundarios (fiebre, nauseas, malestar) que resultan de su poderosa acci6n regulatoria celular determinan que no se vayan a utilizar nunca para el
tratamiento habitual de infecciones vfricas triviales; no son la cura del resfriado comun. No obstante, conforme se va comprendiendo mejor el potencial de regulaci6n
celular de los interferones, estan encontrando un uso mas amplio en el tratamiento de
algunos canceres (por ej., el uso del IFN-a en el tr·atamiento de la leucemia de celulas
peludas o tricoleucemia). Los usos terapeuticos actuales de los interferones se resumen en la Tabla 6. L Las perspectivas a largo plazo de su aplicaci6n como antivirales
son mas inciertas, exceptuando posiblemente su uso en infecciones que comprometan
la vida, cuando no exista otra altemativa terapeutica (por ej., hepatitis vfrica cr6nica).
EVASION DE LA RESPUESTA INMUNITARIA POR LOS VIRUS
En conjunto, los numerosos componentes innatos y adaptativos de la respuesta inmunitaria constituyen una poderosa barrera frente a la replicaci6n virica. Simplemente
en virtud de su permanente existencia, es obvio que los virus han desarrollado durante
lnfecci6n
Tabla 6.1
Usos terapeuticos de los interferones.
Enfermedad
Virus
Hepatitis cr6nica activa
Condilomata accuminata (verrugas genitales)
Hepatitis B (VHB), hepatitis C (VHC)
Papi lomavirus
Tum ores
Leucemia de celulas peludas
Sarcoma de Kaposi (en pacientes de SIDA)
Herpesvims humano 8 (VHH-8) (?)
Enfermedades congenitas
Enfermedad granulomatosa cr6nica
(IFN-y reduce las infecciones bacterianas)
milenios mecanismos eficaces de «contra-vigilancia» en esta carrera de armamentos
moleculares.
lnhibici6n de Ia presentaci6n de antigeno restringida por MHC I
Como antes se describi6, los LTCs s6lo pueden responder a antigenos extrafios
cuando son presentados en complejos MHC de clase I sabre la celula diana. Diversos
virus interfieren con la expresi6n de MHC I o son capaces de desbaratar este proceso y
evadir la respuesta LTC. Tales mecanismos incluyen la regulaci6n negativa de la expresion de MHC I por los adenovirus y la interferencia con el procesamiento de antigeno
requerida para formar un complejo MHC I-antigeno de los herpesvirus.
lnhibici6n de Ia presentaci6n de antigeno restringida por MHC II
Los antigenos MHC II son esenciales en la respuesta inmune adaptativa para estimular el desarrollo de clones de celulas efectoras en respuesta a un antigeno. De nuevo, los herpesvirus y los papilomavirus interfieren con el procesamiento y la expresi6n
en superficie de los complejos MHC II-antigeno, inhibiendo la respuesta LTC.
lnhibici6n de Ia lisis por celulas asesinas naturales (NK)
El poxvirus Molluscum contagiosum codifica un hom6logo de MHC I que se expresa en la superficie de celulas infectadas, pero que es incapaz de unir un peptido
antigenico, evitando asi la muerte por celulas NK que seria activada en ausencia de
MHC I en la superficie celular. Otros virus sintetizan proteinas similares, como el
Principios de virolog ia molecular
VHH-5 (CMV), y los herpesvirus en general parecen disponer de diversos mecanismos sofisticados para evitar Ia muerte por celulas NK.
lnterferencia con apoptosis
Ver Ia discusion anterior.
lnhibici6n de Ia acci6n de citoquinas
Las citoquinas son polipeptidos secretados que coordinan importantes aspectos de
Ia respuesta inmunitaria, incluyendo Ia inflamacion, Ia activacion celular, Ia proliferacion, Ia diferenciacion y Ia quimiotaxis. Algunos virus son capaces de inhibir directamente Ia expresion de algunas citoquinas. Por otra parte, los herpesvirus y los poxvirus
codifican «viroceptores»; homologos viricos de receptores de citoquinas que compiten
con los receptores celulares por Ia union de la citoquina, pero que no son capaces de
enviar sefiales transmembrana. Las citoquinas pueden ser tambien neutralizadas directamente por moleculas que se les unen con una alta afinidad, y unas moleculas conocidas como «viroquinas» bloquean los receptores de citoquinas, de nuevo sin activar Ia
cascada de sefializacion intracelular.
Los interferones son un medio eficaz para frenar los peores efectos de las infecciones viricas. Parte de sus eficaces resultados de amplio espectro son consecuencia de
sus efectos inespecificos y generalizados (por ej ., Ia inhibicion de Ia sintesis proteica
en celulas infectadas por virus). Esta falta de especificidad significa que es muy dificil
para los virus desarrollar estrategias para contrarrestar sus efectos; sin embargo, hay
situaciones en que esto ha ocurrido. El efecto anti-interferon de los ARNs VA de los
adenovirus ya se ha descrito en el Capitulo 5. Otros mecanismos de resistencia de los
virus a los interferones son los siguientes:
• Los ARNs EBER del virus de Epstein-Barr son similares en estructura y funcion a
las de los ARNs VA de los adenovirus. La proteina EBNA-2 tambien bloquea Ia
sefial de transduccion inducida por el interferon.
• El virus vacunal (vaccinia) es conocido por mostrar resistencia a los efectos
antivirales de los interferones. Uno de los genes precoces de este virus, K3L, cadifica una proteina que es homologa a eiF-2a, que inhibe Ia actividad de PKR. Ademas, Ia proteina E3L tambien se une al ARNbc e inhibe Ia activacion de PKR.
• La infeccion por poliovirus activa un inhibidor celular de PKR en las celulas infectadas.
• La proteina de dpside cr3 de reovirus se cree que secuestra ARNbc y con ello
previene la activacion de PKR.
Evasion de Ia inmunidad humoral
Aunque Ia inmunidad humoral directa es menos importante que Ia inmunidad celular, Ia accion antiviral de la citotoxicidad celular mediada por anticuerpos (CCDA) y el
lnfecci6n
complemento la convierten en un objetivo valioso a inhibir. La forma mas frecuente de
subvertir la respuesta inmunitaria es mediante una alta frecuencia de variaciones
geneticas en los epitopos de celulas B de antigenos a los que se unen los anticuerpos.
Esto s6lo es posible para virus que son geneticamente variables (por ej., virus influenza y VIH). Los herpesvirus utilizan estrategias altemativas como codificar receptores
Fe virales para prevenir !a activaci6n inmunitaria dependiente de Fe.
Evasion de Ia cascada del complemento
Las familias de los poxvirus, herpesvirus y retrovirus codifican proteinas que
mimetizan reguladores normales de la activaci6n del complemento (por ej., proteinas
secretadas que bloquean el ensamblaje de la conve1iasa de C3 y aceleran su degradaci6n). Los poxvirus tambien pueden inhibir la polimerizaci6n de C9, previniendo la
permeabilizaci6n de membranas .
INTERACCIONES VIRUS-HOSPEDADOR
En este momenta seria conveniente afirmar de nuevo que la patogenesis virica es
una situaci6n anormal que no tiene valor para el virus: Ia gran mayoria de las infecciones viricas son asintomaticas; sin embargo, para los virus patogenicos, un cierto m1mero de etapas de la replicaci6n son criticas para determinar la naturaleza de la enfermedad que producen. Para todos los virus, pat6genos y no pat6genos, el primer factor que
influye en el curso de la infecci6n es el mecanismo y el sitio de entrada en el cuerpo
(Figura 6.8):
La piel: los mamiferos tienen una piel que actUa como una barrera eficaz contra los
virus. La capa extema (epidermis) consiste en celulas muertas y por tanto no puede
sustentar la replicaci6n virica. Muy pocos virus infectan directamente por esta via,
a no ser que antes se produzca una lesion, como un pequefio trauma o una punci6n
de la barrera, como picaduras de insectos, mordeduras de animales o inyecciones
subcutaneas. Algunos virus que utilizan esta via son los virus herpes simplex y los
papilomavirus, aunque estos virus probablemente tambien requieran una disrupci6n de la piel, como pequefias abrasiones o eczemas.
• Mucosas: las membranas mucosas del ojo o del tracto genitourinario (GU) son
rutas mucho mas favorables para el acceso de los virus a los tejidos del cuerpo. Esto
se refleja en el numero de virus que pueden transmitirse sexualmente; las infecciones viricas del ojo tambien son bastante frecuentes (Tabla 6.2).
• Tracto digestivo: los virus pueden infectar el canal alimentario por la boca, la
orofaringe, el intestino o el recto, aunque los virus que infectan el intestino por la
via oral tienen que sobrevivir su paso a traves del est6mago, un ambiente extremadamente hostil, con un pH muy bajo y altas concentraciones de enzimas digestivas.
No obstante, el intestino es un premia de gran valor para los virus; el epitelio intestinal esta replicandose constantemente y gran cantidad de tejido linfoide esta aso-
•
Principios de virologia molecular
Piel: abrasi6n/herida
artr6podos vectores ~~~f-
Figura 6.8
Diagrama esquematico que ilustra los posibles sitios de entrada de virus al cuerpo.
I
•
Virus
Lugar de infeccion
Adenovirus
Picornavirus: enterovirus 70
Papilomavirus
Herpesvirus
Retrovirus: virus de la inmunodeficiencia humana (VIH),
virus de Ja leucemia de celulas T humana (VLTH)
Conjuntiva
Conjuntiva
Tracto genitourinario
Tracto genitourinario
Tracto genitourinario
ciado al intestine, ofreciendo muchas oportunidades para la replicaci6n de los virus. Ademas, el ingreso constante de comida y liquidos proporciona amplias oportunidades para que los virus infecten estos tejidos (Tabla 6.3). Para contrarrestar
este problema, el intestine tiene muchos mecanismos defensives, especificos (por ej.,
lnfecci6n
Virus
Lugar de infeccion
Herpesvirus
Adenovirus
Calicivirus
Coronavirus
Picornavirus: enterovirus
Reovirus
Boca y orofaringe
Tracto intestinal
Tracto intestinal
Tracto intestinal
Tracto intestinal
Tracto intestinal
anticuerpos secretorios) e inespecificos (por ej., acidos en el est6mago y sales
biliares).
• Tracto respiratorio: el tracto respiratorio es probablemente el sitio en el que mas
frecuentes son las infecciones viricas. Como el intestino, esta en constante contacto
con particulas viricas extemas que penetran durante la respiraci6n. Como resultado, el tracto respiratorio tambien tiene defensas contra la infecci6n virica; filtrando
las materias particuladas en los senos y mediante la presencia de celulas inmunitarias
y anticuerpos en las regiones inferiores. Los virus que infectan el tracto respiratorio
habitualmente provienen directamente del tracto respiratorio de otros sujetos, pues
la diseminaci6n en aerosoles es muy eficiente: <<toses y estomudos transmiten enfermedades» (Tabla 6.4).
El medio ambiente natural es una barrera notable para las infecciones viricas. La
mayoria de los virus son relativamente sensibles al calor, la desecaci6n, la luz ultravio-
Virus
Infeccion localizada
Adenovirus
Coronavirus
Orthomyxovirus
Picornavirus - rhinovirus
Paramyxovirus - parainfluenza,
virus respiratorio sincitial (VRS)
Tracto
Tracto
Tracto
Tracto
Tracto
Virus
Infeccion sistemica
Herpesvirus
Paramyxovirus
Poxvirus
Toga virus
Virus varicela-zoster (VVZ)
Sarampi6n, parotiditis
Viruela
Rubeola
respiratorio
respiratorio
respiratorio
respiratorio
respiratorio
superior
superior
superior
superior
inferior
Principios de virologia molecular
leta (luz solar), etc., aunque algunos virus escasos son bastante resistentes a estos agentes. Esto es particularmente importante para los que se transmiten por medio de agua o
alimentos contaminados; no solo tienen que ser capaces de sobrevivir en el medio
ambiente basta que sean ingeridos por un nuevo huesped, sino que, como la mayoria se
transmiten por la via fecal-oral, deben ser capaces de sobrevivir el paso a traves del
est6mago para infectar el intestine antes de ser eliminados por las heces. Una forma de
superar el estres del medio ambiente es aprovecharse de un vector secundario para
transmitirse entre los hospedadores primaries (Figura 6.9). Como sucede con los virus
de plantas (vease mas arriba), el virus puede o no replicar en el vector. Los virus sin un
vector secundario tienen que con:fiar en una transmisi6n continua de huesped a huesped y haber desarrollado varias estrategias para lograrlo (Tabla 6.5):
Transmisi6n horizontal: Es la transmisi6n directa de los virus de huesped a huesped. Esta estrategia se basa en una alta tasa de infecci6n para mantener la poblaci6n
virica.
• Transmision vertical: Es la transmisi6n de un virus de una generaci6n de hospedadores a la siguiente. Puede ocurrir por la infecci6n del feto antes, durante o
escaso tiempo despues del nacimiento (por ej., mediante la lactaci6n). Mas raramente, puede consistir en la transmisi6n directa del virus a traves de la misma
•
Insecto vector
Calor
Enzimas:
proteasas,
nucleasas
Radiaci6n
ultravioleta
Figura 6.9 Transmisi6n de virus a traves del medio ambiente. Algunos virus han adoptado el uso de
vectores como insectos u otros artr6podos para evitar los riesgos ambientales.
lnfecci6n
Tabla 6.5
Patrones de transmision de virus.
Patron
Ejemplo
Transmisi6n horizontal
Humano-humano (aerosol)
Humano-humano (fecal-oral)
Animal-humano (directo)
Animal-humano (vector)
Influenza
Rotavirus
Rabia
Bunyavirus
Transmisi6n vertical
Placenta-feto
Madre-hijo (nacimiento)
Madre-hijo (lactancia)
Linea germinal
Rubeola
Virus herpes simplex (VHS), virus de la inmunodeficiencia humana (VIH)
VIH, virus de la leucemia de celulas T humanas
(VLTH)
En raton, retrovirus; en humanos (?)
linea germinal (por ej., retrovirus). En contraste con la transmisi6n horizontal,
esta estrategia se basa en una persistencia a largo plazo del virus en el huesped,
mas que en una propagaci6n nipida y diseminaci6n del virus.
Habiendo conseguido acceder al hospedador potencial, el virus tiene que iniciar
una infecci6n penetrando en una celula susceptible (replicaci6n primaria). Esta interacci6n inicial con frecuencia determina si la infecci6n permaneceni localizada en el
sitio de entrada o se diseminani para convertirse en una infeccion sistemica (Tabla
6.6). En algunos casos, la diseminaci6n del virus es controlada por la infecci6n de
celulas polarizadas y la liberacion preferencial del virus desde la superficie apical
(por ej., el virus influenza; una infecci6n localizada en el tracto respiratorio superior) o
basolateral (por ej., los rabdovirus; una infecci6n sistemica) de las celulas (Figura 6.10).
Tabla 6.6
Ejemplos de infecciones viricas localizadas y sistemicas.
Virus
Replicacion primaria
Infecciones localizadas
Papillomavirus
Rhinovirus
Rotavirus
Dermis
Tracto respiratorio superior
Epitelio intestinal
Infecciones sistemicas
Enterovirus
Herpesvirus
Epitelio intestinal
Orofaringe o tracto genitourinario
Replicacion secundaria
Tejido linfoide, SNC
Tejido linfoide, SNC
Principios de virologia molecular
Virus influenza
(infecci6n localizada,
el virus es eliminado
par via respiratoria)
Superficie apical
Lumen
Epitelio
\
Membrana basolateral
Tejidos
subepiteliales
Virus del sarampi6n
(infecci6n sistemica, el virus
pasa a los tejidos subepiteliales
produciendo viremia)
Figura 6.10
Infecci6n virica de celulas epiteliales polarizadas.
Tras la infecci6n primaria en el sitio de infecci6n, la siguiente etapa puede ser la diseminaci6n por el hospedador. Ademas del contacto directo celula a celula, existen dos
mecanismos para la diseminaci6n por el organismo:
Via torrente sanguineo: los virus pueden alcanzar la sangre circulante por inoculaci6n directa; por ejemplo por artr6podos vectores, por transfusion sanguinea o
mediante el uso de drogas intravenosas (compartiendo jeringuillas no esteriles). El
virus puede viajar libre en el plasma (por ej. , togavirus, enterovirus) o en asociaci6n con hematies (orbivirus ), plaquetas (VHS), linfocitos (VEB, CMV) o monocitos
(lentivirus). La viremia primaria habitualmente precede yes necesaria para la diseminaci6n del virus a otras regiones del cuerpo por la circulaci6n sanguinea, y se ve
seguida de una viremia secundaria, mas generalizada, de titulo viral mas elevado,
conforme el virus alcanza otros tejidos diana o replica directamente en las celulas
san guineas.
• Via sistema nervioso: como antes, la diseminaci6n de virus al sistema nervioso es
precedida generalmente por una viremia primaria. En algunos casos, Ia diseminaci6n ocurre directamente por contacto con neuronas en el sitio de la infecci6n primaria; en otros casos, ocurre por via de Ia corriente sanguinea. Una vez en los
nervios perifericos, el virus puede diseminarse al SNC por transporte axonal a lo
largo de las neuronas. El ejemplo clasico de esto es el virus herpes simplex (ver
Infecciones latentes, mas adelante ). Los virus pueden cruzar las uniones sinapticas
lnfecci6n
ya que estas frecuentemente contienen receptores para virus, permitiendo al virus
saltar de una celula a otra.
La diseminacion del virus a varias partes del cuerpo es controlada en gran medida
por su tropismo celular o tisular. Este tropismo es controlado parcialmente por la via
de infeccion, pero en gran parte por la interaccion de una proteina virica de union
celular con una molecula receptora especifica en la superficie de la celula (como se
discutio en el Capitulo 4) y tiene un efecto considerable sobre la patogenesis.
En este momenta, tras una replicacion significativa de virus y la produccion de
antigenos viricos, entra en juego la respuesta inmunitaria del huesped. Esto ya se ha
comentado antes y obviamente tiene un impacto importante sobre el resultado de una
infeccion. En gran parte, la eficacia de la respuesta inmunitaria determina la cantidad
de replicacion secundaria que se produce y, por lo tanto, la diseminacion a otras partes
del cuerpo. Si se puede prevenir que un virus alcance los tej idos don de se puede producir la replicacion secundaria, generalmente no se produce enfermedad, aunque existen
algunas excepciones. El sistema inmunologico desempefia tambien un papel importante determinando la cantidad de daiio celular y tisular que se produce como resultado de
Ia replicacion virica. Como se ha descrito antes, la produccion de interferones constituye un factor de gran importancia en la prevencion del daiio inducido por virus.
El sistema inmunitario no es el unico factor que controla la muerte celular, cuya
intensidad varia considerablemente para distintos virus. Algunos virus pueden replicar
ampliamente por todo el cuerpo sin producir sintomas, si no causan daiios celulares
significativos o muerte celular. Los retrovirus no causan generalmente muerte celular,
siendo liberados de las celulas por gemacion en vez de por !isis celular, y provocan
infecciones persistentes, incluso siendo transferidos verticalmente a la descendencia si
infectan la linea germinal. Todos los genomas de vertebrados, incluido el de los burnanos, contienen genomas de retrovirus que han estado con nosotros durante millones de
afios (Capitulo 3). Actualmente, no se sabe que estos antiguos genomas virales causen
enfermedad alguna en los humanos, aunque existen varios ejemplos de tumores causados por ellos en roedores. Por el contrario, los picornavirus causan lisis y muerte de las
celulas en las que se replican, provocando fiebre e incremento de la secrecion de moco,
en el caso de los rinovirus, y panilisis o muerte (generalmente debida a un fallo respiratorio a causa del dafio del sistema nervioso central, resultante, en parte, de la replicacion virica en estas celulas) en el caso de los poliovirus.
El resultado de cualquier infeccion virica depende de un balance entre dos procesos. El aclaramiento es mediado por el sistema inmunitario (como se discutio anteriormente); sin embargo, el virus es una diana movil que responde nipidamente ala presion del sistema inmunitario modificando su composicion antigenica (cuando es posible).
El ejemplo clasico de este fenomeno es el virus de la gripe, que presenta dos mecanismos geneticos que le permiten alterar su constitucion antigenica:
•
Deslizamiento antigenico («antigenic drift») : implica Ia acumulacion gradual de
mutaciones puntuales (por ej ., sustituciones nucleotidicas) en el genoma viral,
que provoca una sutil modificacion del potencial de codificacion y por lo tanto
una antigenicidad alterada, causando una disminucion en su reconocimiento por
Principios de virologia molecular
el sistema inmunitario. Este proceso ocurre en todos los virus continuamente,
pero con frecuencias muy diferentes; por ejemplo, es mucho mas frecuente en los
virus ARN que en los virus ADN. En respuesta, el sistema inmunitario se adapta
constantemente al reconocimiento y a la respuesta a las nuevas estructuras antigenicas; pero siempre va un paso por detnis. En la mayoria de los casas, sin embargo, el sistema inmunol6gico es capaz finalmente de imponerse al virus, causando su eliminaci6n.
• Salto antigenico («antigenic shift»): en este proceso se produce un cambia brusco
y dramatico en la antigenicidad de un virus debido al reordenamiento del genoma
virico segmentado con otro genoma de un tipo antigenico diferente (ver Capitulo 3). Esto origina inicialmente un fallo del sistema inmunitario en el reconocimiento de un nuevo tipo antigenico, dandole ventaja al virus (Figura 6.11 ).
Se tiene constancia de la aparici6n en el pasado de saltos antigenicos en las poblaciones de virus influenza por la existencia de pandemias (epidemias de distribuci6n
mundial; Figura 6.12). Estos sucesos estan marcados par la introducci6n repentina de
Deslizamiento antigemico:
acumulaci6n gradual
de mutaciones
Saito antigenico:
cambia brusco
del tipo antigenico
Figura 6.11
Saito («shift;>) y desli zamiento («drift;>) antigenico en virus influenza.
lnfecci6n
0
1889:
H2N2
1890
1900:
H3N2
1900
1910
~(HA)
(NA)
--:
~
~
1918:
H1N1
1920
-~
~
-~
H1N1
<< Espanola»
59
aiios
1930
68
aiios
1940
1950:
1950
1957:
H2N2
1960
-
-
~
59
~ H2N2
<<Asiatica>>
0
1968:
H3N2
1970
~
-=
<<Hong Kong»
0
1977:
H1Nl
1980
-~
<< Rusa»
1990
???
Figura 6.12
Pandemias de gripe.
~
H3N2
aiios
Pri ncipios de virolog ia molecular
un nuevo tipo antigenico de hemaglutinina y/o de neuraminidasa en el virus circulante,
venciendo a la inmunidad previa de la poblacion humana. Los tipos antigenicos previos de hemaglutinina/neuraminidasa surgen de nuevo cuando ha fallecido una proporcion suficientemente alta de poblacion con «memoria inmunologica» frente a esos
tipos, venciendose de esta forma la «inmunidad de rebafio».
La otra faceta de la relacion que determina el resultado final de una infeccion virica
es la capacidad del virus de persistir en el hospedador. La persistencia a largo plazo de
los virus es el resultado de dos mecanismos principales. El primero es la regulacion del
potencial litico. La estrategia que se sigue aqui consiste en lograr la supervivencia
continua de un numero critico de celulas infectadas por el virus (es decir, suficientes
para continuar la infeccion sin matar al organismo hospedador). Para los virus que
habitualmente no matan las celulas en las que se replican, esto generalmente no supone un problema; en consecuencia, estos virus tienden de forma natural a causar infecciones persistentes (por ej., los retrovirus). Para los virus que provocan infeccion litica
(por ej., los herpesvirus), es necesario desarrollar mecanismos que restrinjan la expresion de los genes virales y, consecuentemente, el dafio celular (ver mas adelante). El
segundo aspecto de la persistencia es la evasion de la vigilancia inmunologica, comentado anteriormente.
EL CURSO DE LAS INFECCIONES ViRICAS
Los patrones de las infecciones viricas se pueden dividir en una variedad de tipos
distintos.
lnfecci6n abortiva
Una infeccion abortiva tiene lugar cuando un virus infecta una celula (o un huesped) pero no puede completar el ciclo replicativo completo, causando asi una infeccion no productiva. El resultado de tales infecciones, sin embargo, no es necesariamente insignificante; por ej emplo, la infeccion por SV40 de celulas de roedor no
permisivas a veces causa la transformacion de las celulas (ver Capitulo 7).
lnfecci6n aguda
Este patron es habitual en muchas infecciones viricas comunes (por ej ., catarros).
En estas infecciones relativamente breves, el virus es habitualmente eliminado por
completo por el sistema inmunitario. Tipicamente, en las infecciones agudas, gran parte de la replicacion virica acontece antes de la aparicion de cualquiera de los sintomas
(por ej., fiebre), que son resultado no solo de la replicacion virica sino tambien de la
activacion del sistema inmunitario; por lo tanto, las infecciones agudas presentan un
serio problema para el epidemiologo y constituyen el patron mas frecuente asociado a
epidemias (por ej., gripe, sarampion).
lnfecci6n
lnfecci6n cr6nica
Estas son lo contrario de las infecciones agudas (o sea, prolongadas y terraces).
Para causar este tipo de infecci6n, el virus tiene que persistir en el hospedador un
periodo de tiempo considerable. Para el clinico no hay una distinci6n clara entre infecciones cr6nicas, persistentes y latentes, y estos terminos son utilizados a menudo de
forma indistinta. Se citan en este listado por separado porque, para los vir6logos, hay
diferencias significativas en los sucesos que ocurren durante estas infecciones.
lnfecci6n persistente
Estas infecciones son el resultado de un delicado balance entre el virus y el organismo hospedador, en el que Ia replicaci6n virica est<i en marcha, pero el virus ajusta su
replicaci6n y Ia patogenicidad para evitar Ia muerte del hospedador. En las infecciones
cr6nicas, el virus es con frecuencia eliminado finalmente por el hospedador (a no ser
que Ia infecci6n resulte fatal), pero en las infecciones persistentes el virus puede continuar estando presente y replicando en el hospedador durante toda la vida de este.
El ejemplo mejor estudiado es Ia infecci6n del raton por el virus de Ia coriomeningitis
linfocitaria (VCML; un arenavirus) (Figura 6.13). Los ratones pueden infectarse experimentalmente con este virus bien en un sitio periferico (por ej., en Ia almohadilla
plantar o en Ia cola) o por inoculaci6n directa intracerebral. Los ratones adultos infectados por esta ultima via mueren a consecuencia de Ia infecci6n, pero aquellos infectados por via periferica pueden seguir dos evoluciones distintas: algunos ratones mueren, pero otros sobreviven, habiendo eliminado completamente el virus del organismo.
Raton adulto
Raton
inmunosuprimido
Raton
reciE'm nacido
Figura 6.13
~
~
- jtf)
s;{ ---....__ ~
jtP
~ ~ -
.
~
~
lnfeccion
persistente
.
~
Muerto
Virus eliminado
Li nfocitos T
_l
jiffo
Linfocitos T
~
_l
~
Infecci6n persistente en ratones por el virus de !a coriomeningitis linfocitaria (VCML).
Principios de virologia molecular
No esta claro que factores determinan la supervivencia o la muetie de los ratones infectados con el VCML, pero existen evidencias de que el resultado depende de la
respuesta inmunitaria frente al virus. En ratones adultos inmunosuprimidos infectados
por la via del sistema nervioso central (SNC), se establece una infecci6n persistente en
la que el virus noes eliminado (debido a que el sistema inmunol6gico noes funcional) ,
pero, curiosamente, estos ratones no son matados por el virus. No obstante, si se inyectan linfocitos T singenicos, especificos del VCML, a estos ratones persistentemente
infectados, los animales desarrollan la sintomatologia completa del cuadro patogenico
de la infecci6n por VCML y mueren. Cuando se infectan ratones recien nacidos, cuyo
sistema inmunol6gico esta inmaduro, por la via del SNC, tambien desarrollan una infecci6n persistente, pero en este caso, si son inyectados posteriormente con linfocitos
T singenicos, especificos del VCML, eliminan el virus y los ratones sobreviven a la
infecci6n. No se comprenden completamente los mecanismos que controlan estos sucesos, pero es evidente que existe un delicado balance entre el virus y el animal hospedador, y que la respuesta inmunitaria frente al virus es parcialmente responsable de la
patologia de la enfermedad y de la muerte de los animates.
No rara vez, las infecciones persistentes pueden ser el resultado de la producci6n
de particulas defectivas interfirientes (D.I.) (ver Capitulo 3). Tales particulas contienen una deleci6n parcial del genoma virico y son defectivas en replicaci6n, pero son
mantenidas y pueden incluso tender a acumularse durante las infecciones porque pueden replicarse en presencia de un virus auxiliar competente en replicaci6n. La producci6n de particulas D.I. es una consecuencia comun de las infecciones viricas de animates, particularmente por virus ARN, pero tambien ocurre con virus ADN y virus de
plantas y puede ser reproducida in vitro por pases continuos con titulo alto del virus.
Aunque no son capaces de replicar elias mismas de forma independiente, las particulas
D.I. no son necesariamente inertes geneticamente y pueden alterar el curso de una
infecci6n por llevar a cabo recombinaciones con el genoma de un virus competente en
replicaci6n. La presencia de particulas D.I. puede influir profundamente sobre el curso
y el resultado de una infecci6n virica. En algunos casos, son capaces de moderar la
patogenesis, mientras que en otros la potencian, agravando los sintomas de la enfermedad. Ademas, como las particulas D.I. causan efectivamente una expresi6n genica restringida (porque tienen deleciones genicas), pueden originar una infecci6n persistente
por un virus que normalmente provoca una infecci6n aguda y que es rapidamente eliminado del organismo.
lnfecci6n latente
jEsta es la infecci6n definitiva! En la infecci6n latente el virus es capaz de disminuir su expresi6n genica y establecer un estado inactivo (es decir, manteniendose con
una expresi6n genica estrictamente limitada y sin llevar a cabo replicaci6n virica). Las
infecciones viricas latentes tipicamente persisten durante toda la vida del hospedador.
Un ejemplo de tal infecci6n en humanos es el virus herpes simplex (VHS). La infecci6n de los nervios sensitivos que inervan la mucosa resulta en una replicaci6n prima-
lnfecci6n
ria localizada. Posteriormente, el virus viaja por mecanismos de transporte axonal bacia el sistema nervioso. En el se esconde en los ganglios de las raices dorsales, como
en el ganglia trigemino, estableciendo una verdadera infeccion latente. El sistema nervioso es un lugar privilegiado desde un punto de vista inmunologico y noes patrullado
por el sistema inmunitario del mismo modo que el resto del cuerpo; no obstante, el
principal factor en la latencia es la capacidad del virus de restringir su expresion genica.
Esto elimina la posibilidad de reconocimiento de las celulas infectadas por el sistema
inmunitario. La expresion genica restringida se logra por una regulacion estrecha de la
expresion de genes a, que es un modo esencial de control de la replicacion de los
herpesvirus (Capitulo 5). Se ha centrado un gran interes en los ARNm fabricados por
el VHS durante la infeccion latente; se conocen como transcritos asociadas ala latencia
(«latency-associated transcripts», LATs) y suscitan la posibilidad de establecer un paralelismo entre la latencia de VHS y la Iisogenia en el bacteriOfago 'A. Recientemente
se ha demostrado, sin embargo, que los LATs promueven la supervivencia de las neuronas tras haber sido infectadas por VHS inhibiendo la apoptosis . La funcion antiapoptosis podria promover la reactivacion por:
•
•
•
Proporcionar mas neuronas infectadas latentemente para futuras reactivaciones.
Proteger a las neuronas en las que ocurre la reactivacion.
Proteger neuronas previamente no infectadas durante una reactivacion.
Cuando se reactiva por diversos estimulos, el VHS viaja de vuelta a traves de los
nervios sensitivos para causar manifestaciones perifericas, tales como herpes labial o
ulceras genitales. No esta completamente aclarado que constituye un estimulo provocador de reactivacion, pero existen muchas posibilidades, incluidos factores psicologicos y fisicos. La reactivacion periodica establece el patron de la infeccion, en ocasiones con reapariciones muy dolorosas de la sintomatologia para el resto de la vida del
hospedador. Peor incluso que esto, la inmunosupresion en la vida posterior del sujeto
puede causar una reactivacion de la infeccion latente (lo que indica que el sistema
inmunologico desempefia normalmente un papel protector, ayudando a suprimir estas
infecciones latentes), dando lugar a una infeccion muy grave, sistemica, que en ocasiones amenaza la vida del paciente.
De una forma en cierto modo similar a los herpesvirus, las infecciones por retrovirus pueden originar una infeccion latente. La integracion del provirus en el genoma
del hospedador da Iugar ala persistencia del virus durante toda la vida del organismo
hospedador y puede causar un patron episodico de enfermedad. En cierto modo, el
sindrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), que resulta de la infeccion por VIH,
muestra aspectos de este patron de infeccion. La patogenesis del SIDA se discute con
mas detalle en el Capitulo 7.
Prevenci6n y terapia de Ia infecci6n virica
Existen dos componentes en la respuesta a la amenaza de las infecciones viricas: en
primer lugar, la prevencion de la infeccion y, en segundo, el tratamiento de la enferme-
Principios de virologia molecular
dad. La primera estrategia se basa en dos enfoques: higiene publica y personal, que
quizas juegue el principal papel en la prevenci6n de las infecciones viricas (por ej., el
suministro de agua potable y la eliminaci6n correcta de las aguas residuales; una buena
practica medica que incluye la esterilizaci6n del instrumental quirurgico) y la vacunacion , que hace uso del sistema inmunol6gico para combatir las infecciones viricas. La
mayor parte del dafio que sufren las celulas durante las infecciones viricas ocurre muy
pronto, a menudo antes de que aparezcan los sfntomas clinicos. Esto hace muy dificil
el tratamiento de la infecci6n virica; en consecuencia, ademas de que resulta mucho
mas barata, la prevenci6n de la infecci6n virica es sin duda mejor que la curaci6n.
Para disefiar vacunas eficaces, es importante comprender tanto la respuesta inmunitaria frente ala infecci6n virica (ver anteriormente) como las fases de la replicaci6n
virica que son mas adecuadas como dianas para la intervenci6n inmunol6gica. Para
resultar eficaces, las vacunas tienen que estimular el mayor numero posible de mecanismos de defensa del organismo. En la practica, esto generalmente significa tratar de
imitar a la infecci6n sin, por supuesto, causar patogenesis; por ejemplo, utilizando
vacunas gripales de administraci6n nasal y vacunas frente a la poliomielitis de administraci6n oral. Para ser eficaz, no es necesario conseguir el 100% de inmunizaci6n de
los vacunados. La «inmunidad de rebafim> es el resultado de 1a interrupci6n de la transmisi6n de un virus, que sucede cuando una proporci6n suficientemente alta de la poblaci6n ha sido vacunada. Esta estrategia es mas efectiva cuando no existe un hospedador alternativo para el virus (por ej., el sarampi6n) yen la practica es la situaci6n que
generalmente se produce, pues es imposible lograr un 100% de cobertura con ninguna
vacuna. De todas formas, esta es una empresa arriesgada; si la protecci6n de la poblaci6n desciende por debajo de un nivel critico, es facil que ocurran epidemias . Existen
tres tipos basicos de vacunas: vacunas de subunidades, vacunas inactivadas y vacunas
de virus vivos.
Vacunas de subunidades
Las vacunas de subunidades consisten en algunos componentes del virus solamente,
suficientes para inducir una respuesta inmunitaria protectora e incapaces de producir una
infecci6n. En terminos generales, son completamente seguras, excepto en casos muy
raros en los que pueden producirse reacciones inmunes adversas. Desafortunadamente,
por el momento son tambien las vacunas menos efectivas y las mas caras. Los principales problemas tecnicos asociados a las vacunas de subunidades son su antigenicidad
relativamente pobre y Ia necesidad de nuevos sistemas de aplicaci6n, como adyuvantes
y vectores mejorados. Existen varias categorias de estas vacunas: sinteticas, recombinantes y vectores virales.
Las vacunas sinteticas son peptidos de cadena corta de sintesis quimica. Su mayor
desventaja es que habitualmente no son inmun6genos muy eficaces y son muy costosos de producir; sin embargo, al poderse fabricar seglin cualquier secuencia deseada,
tienen un gran potencial para el futuro. Ninguna vacuna de este tipo esta actualmente
en uso.
lnfecci6n
Las vacunas recombinantes se producen por ingenieria genetica. Estas vacunas ya
se han obtenido, y son mejores que las sinteticas porque tienden a provocar una respuesta inmunitaria mas eficaz. Algunos exitos de tipo pnictico se han obtenido ya con
este tipo de vacunas. Por ejemplo, la vacunacion frente al virus de la hepatitis B (VHB)
se comenzo realizando con antigeno Australia (AgHBs) obtenido del suero de portadares cronicos de VHB. Este era un procedimiento muy arriesgado (porque los portadores de VHB a menudo estan tambien infectados con VIR). Actualmente se utiliza
una vacuna recombinante frente al VHB producida en levaduras completamente segura.
Los vectores virales son genomas viricos recombinantes geneticamente manipulados para que expresen antigenos protectores de virus patogenos (no relacionados).
Aqui la idea es utilizar el genoma de un virus bien conocido, atenuado, para expresar y
presentar antigenos al sistema inrnunologico. Virus muy diferentes ofrecen posibilidades para este tipo de estrategia, pero hasta el momenta, el sistema mas desarrollado se
basa en el genoma del virus vacuna (vaccinia) (VV). Este virus ha sido empleado para
vacunar a millones de personas en todo el mundo en la campafia para erradicar la
viruela (ver mas adelante) y generalmente es un vehiculo seguro y eficaz para presentar antigenos. Estas vacunas son dificiles de producir. Ningun ejemplo aplicado a humanos ha tenido claramente exito, aunque actualmente estan en curso muchos ensayos
diferentes, pero los recombinantes VV-rabia se han utilizado para erradicar la rabia en
poblaciones de zorros europeos. Las vacunas basadas en VV tienen ventajas y desventajas para ser usadas en humanos:
•
•
Un elevado porcentaje de la poblacion humana ya ha sido vacunada durante la
campafia de erradicacion de la viruela, y esta proteccion de por vida puede ser
origen de una pobre respuesta a las vacunas recombinantes.
Aunque generalmente seguro, el VV es peligroso en huespedes inmunocomprometidos, por lo que no puede ser usado en pacientes infectados con el VIR.
Una posible solucion a estos problemas puede ser el empleo de vectores de poxvirus
aviarios (por ej., viruela de los pollos o viruela del canario) como «vectores suicidas»
que solo pueden establecer infecciones abortivas en celulas de mamifero y que ofrecen las siguientes ventajas:
• Expresion de altos niveles de proteinas heterologas.
• No presentan riesgo patogenico (infeccion abortiva).
• No existe infeccion natural en humanos (son virus aviarios).
Vacunas inactivadas
Las vacunas inactivadas se producen por exposicion del virus a un agente desnaturalizante bajo condiciones controladas con precision. El objetivo es causar la perdida de la
infectividad del virus sin perder antigenicidad. Obviamente esto implica lograr un balance delicado; sin embargo, las vacunas inactivadas tienen ciertas ventajas, como ser generalmente inmunogenos eficaces (si estan adecuadamente inactivadas), ser relativamente
estables y no implicar riesgo de infecciones asociadas a la vacuna (si estan adecuada-
Principios de virologia molecular
mente inactivadas, pero pueden suceder accidentes y de hecho ocurren). La desventaja
de estas vacunas es que no se pueden producir vacunas inactivadas para todos los virus,
ya que la desnaturalizaci6n de las proteinas viricas puede conducir a la perdida de
antigenicidad (por ej ., con el virus del sarampi6n). Aunque relativamente eficaces, las
vacunas «muertas» son a veces menos efectivas previniendo infecciones que las vacunas
de virus «vivos» (ver mas adelante), a menudo porque no son capaces de estimular una
inmunidad protectora de mucosas e inmunidad celular con la misma intensidad. Una
preocupaci6n mas reciente es que estas vacunas contienen acidos nucleicos viricos que
pueden ellos mismos ser una fuente de infecci6n, bien por si mismos (por ej ., genomas
de virus ARN de polaridad (+)) o por recombinacion con otros virus.
Vacunas viricas vivas (atenuadas)
Esta estrategia se basa en el uso de virus con patogenicidad reducida para estimular
una respuesta inmunitaria sin causar enfermedad. La cepa vacunal puede ser un virus
natural (por ej., el uso del virus de Ia viruela de las vacas por Edward Jenner para
vacunar contra la viruela) o atenuado artificialmente in vitro (por ej ., la vacuna oral de
Ia poliomielitis obtenida por Albert Sabin) . La ventaja de las vacunas atenuadas es que
son buenos inmun6genos e inducen una inmunidad suficiente para toda la vida. Frente
a esta ventaja se encuentran sus numerosas desventajas. Con frecuencia son bioquimica y geneticamente inestables y pueden perder infectividad (volviendose inutiles) o
revertir su virulencia de forma inesperada. A pesar de intensos estudios, no es posible
producir una vacuna atenuada a la carta, y parece que no existen unos mecanismos
generales por los cuales diferentes virus puedan atenuarse de forma fiable y segura.
Tambien es posible la contaminaci6n de los preparados vacunales con otros virus, posiblemente pat6genos; este fue el modo en que se descubri6 por vez primera SV40 en
las vacunas orales de poliovirus en 1960. El uso inapropiado de las vacunas de virus
vivos, por ejemplo en pacientes inmunocomprometidos o en mujeres embarazadas,
puede causar enfermedades asociadas a las vacunas, mientras que la misma vacuna
administrada a un individuo sano puede ser perfectamente segura.
A pesar de estas dificultades, la vacunaci6n contra las infecciones viricas ha sido uno
de los grandes triunfos de la medicina durante el siglo XX. La mayor parte de las historias con exitos son el resultado del uso de vacunas vivas atenuadas, por ejemplo, el uso
del virus vacuna contra la viruela. El 8 de mayo de 1980 la Organizaci6n Mundial de la
Salud (O.M.S.) declar6 oficialmente enadicada la viruela, Ia prirnera enfermedad causada por un virus eliminada del mundo. La O.M.S. se propane actualmente erradicar la
poliomielitis en el afio 2008, asi como reducir la incidencia y la mortalidad del sarampi6n e introducir la vacunaci6n frente al virus de la hepatitis B a nivel mundial.
Las vacunas vi vas no tienen por que basarse en las proteinas estructurales del virion.
Por ejemplo, la infecci6n por el papilomavirus humano (PVH) se asocia con carcinoma cervical (Capitulo 7). Dos proteinas reguladoras del PVH, E6 y E7, se expresan de
forma constante en las celulas tumorales, y estan en desarrollo vacunas basadas en
virus vacuna recombinante expresando las proteinas E7 y E7 de PVH 16 y 18 para la
lnfecci6n
prevenci6n y el tratamiento del cancer cervical. Esto plantea otro aspecto importante.
Aunque la prevenci6n de la infecci6n mediante vacunaci6n profilactica es la opci6n
preferida, las vacunas terapeuticas post-exposici6n pueden resultar de gran valor para
modificar el curso de algunas infecciones viricas. Un ejemplo de ello lo constituye el
virus de la rabia, cuyo curso de la infecci6n puede ser muy prolongado y hay tiempo
para inducir una respuesta inmunitaria eficaz mediante la vacunaci6n post-exposici6n,
previniendo asi la replicaci6n secundaria del virus en el SNC, que es responsable de la
patogenesis de la rabia. Otros ejemplos potenciales pueden encontrarse en tumores
asociadas a virus, como el carcinoma cervical inducido por el PVH, como se ha descrito anteriormente.
Vacunas de ADN y ARNi
Las vacunas de ADN y ARNi son los mas recientes tipos de vacunas, y consisten
solamente en una molecula de ADN que codifica el antigeno o los antigenos de interes
y, posiblemente, moleculas coestimuladoras como citoquinas. El fundamento de estas
vacunas es que el ADN es expresado in vivo, produciendo pequefias cantidades de
proteina antigenica que sirven para estimular la respuesta inmunitaria, de forma que se
pueda generar una rapida respuesta protectora cuando se enfrente al antigeno real. En
teoria, estas vacunas podrian fabricarse con rapidez, y deberian inducir con eficacia
ambas respuestas inmunitarias, humoral y celular. Los estudios clinicos iniciales han
indicado que es necesario recorrer todavia un camino hasta que este tecnologia experimental se convierta en una realidad practica.
Se ha descubierto que un fen6meno descrito hace relativamente poco, conocido como
ARN interfiriente (ARNi) puede ser utilizado para inhibir in vitro la replicaci6n virica de
una amplia variedad de virus, incluidos el virus de la hepatitis C, poliovirus, virus influenza, rotavirus, virus de la hepatitis B, virus respiratorio sincitial (VRS) y papilomavirus.
Como reminiscencia del estimulo de los interferones, el ARNbc sirve como estimulo
para el ARNi. Una enzima muy conservada en la evoluci6n de los eucariotas, denominada Dicer, digiere el ARNbc en fragmentos de 21 a 23 nucle6tidos de longitud conocidos
como ARNs pequefios inhibidores (ARNpi), que finalmente causan la destrucci6n del
ARN hom6logo diana. En algunas especies, pero aparentemente no en la humana, los
ARNpi pueden dirigir tambien la sintesis de mas ARNbc, provocando una amplificaci6n
del efecto y permitiendo su diseminaci6n de celula a celula. Si se logran solucionar los
problemas tecnicos asociadas actualmente ala introducci6n de los ARNpi en las celulas,
la tecnologia del ARNi podria convertn·se en una nueva e importante herramienta en el
tratamiento y la prevenci6n de las infecciones viricas.
VECTORES VIRALES Y TERAPIA GENICA
Se estan desarrollado virus para ser utilizados como sistemas de transporte y entrega en el tratamiento de enfermedades hereditarias y tambien adquiridas. La terapia
genica ofrece:
Principios de virologia molecular
• Transporte de grandes biomoleculas a las celulas.
• La posibilidad de ajustar la entrega a un tipo celular concreto.
• Elevada potencia de acci6n debido a la replicaci6n del vector.
• Posibilidad de tratar ciertas enfermedades (como canceres de cabeza y cuello y tumores cerebrates) que responden escasamente a otras terapias o que son inoperables.
Los primeros vectores retrovirales y adenovirales se caracterizaron a principios de los
afios 80. El p1imer ensayo clinico para tratar nifios con inmunodeficiencia por deficit de
la enzima adenosina desaminasa (ADA) comenz6 en 1990 y mostr6 resultados esperanzadores, aunque no alcanz6 un exito completo. Como la mayoria de los intentos iniciales, en este ensayo se utilizaron genom as recombinantes de retrovirus como vectores. En
1995, se public6la primera terapia genica con exito para celulas epiteliales y motoneuronas, mientras que en 1997 comenz6 el primer ensayo de terapia genica en fase III (ampliamente aplicado ). En 1999 se logr6 el primer tratamiento con exito de un paciente con
inmunodeficiencia combinada grave («severe combined immunodeficiency disease»
SCID), pero desgraciadamente tambien se produjo Ia p1imera muerte debida a un vector
viral, y en 2002 se observ6 Ia aparici6n de leucemias debidas a Ia inserci6n oncogenica
de un vector retroviral en algunos pacientes con SCID bajo tratamiento. Se estan ensayando diferentes virus como potenciales vectores virales (Tabla 6.7). Metodos no virales
de transporte y entrega de genes, incluidos complejos ADN/liposomas, complejos ADN/
peptidos y Ia inyecci6n directa de ADN recombinante, estan siendo tambien activamente
investigados. Es importante resaltar que tales experirnentos tienen como fin complementar genes celulares defectivos en celulas somaticas de pacientes para aliviar los sintomas
de la enfermedad y no manipular la linea germinal humana, lo cual es un asunto diferente. No puede haber duda de que, cuidadosamente manejada, esta nueva aplicaci6n de Ia
virologia cambiara en el futuro el tratamiento de las enfennedades hereditarias.
QUIMIOTERAPIA DE LAS INFECCIONES ViRICAS
La altemativa a Ia vacunaci6n es intentar el tratamiento de las infecciones viricas
utilizando drogas que bloqueen la replicaci6n virica (Tabla 6.8). Hist6ricamente, el
descubrimiento de las drogas antivirales ha sido un proceso fortuito. Estimulados por
el exito del tratamiento de las infecciones bacterianas con antibi6ticos, las compafiias
farmaceuticas emprendieron a ciegas grandes proyectos para identificar compuestos
quimicos con actividad antiviral, con un exito relativamente escaso. La Have para el
exito de cualquier droga antiviral reside en su especificidad. Practimente cualquier
etapa de Ia replicaci6n virica puede ser una diana para una droga, pero esta tiene que
ser mas t6xica para el virus que para el hospedador. Esto se mide con el indice
quimioterapeutico, que viene dado por:
Dosis de la droga que inhibe Ia replicaci6n viralldosis de Ia droga que es t6xica
para el hospedador
Cuanto mas pequefio sea el valor del indice quimioterapeutico, mejor. En la practica, para producir una droga clinicamente uti! y segura se requiere habitualmente una
lnfecci6n
Virus
Ventajas
Posibles desventajas
Adenovirus
Relativamente faciles de manipular
in vitro (comparados con retrovirus);
los genes acoplados a! promotor
principal tardio se expresan
eficazmente en grandes cantidades.
Posible patogenesis asociada a vectores
parcialmente atenuados (especiaimente
en pulm6n); Ia respuesta inmunitaria
provoca que multiples dosis sean
ineficaces si el gen debe administrarse
repetidas veces (el virus nose integra).
Parvovirus
(VAA)
Se integran en el ADN celular con
alta frecuencia para establecer un
estado de latencia estable; no se
asocian a ninguna enfermedad;
se pueden construir vectores
que no expresaran ning(m producto
genico viral.
S6lo se pueden empaquetar -5 kb de
ADN en la capside del parvovirus y
algunas secuencias virales tienen que
mantenerse para el empaquetamiento;
Ia integraci6n en el ADN celular del
hospedador puede tener consecuencias
lesivas.
Herpesvirus
Relativamente facil de manipular
in vitro; crece a titulos elevados;
persistencia largo tiempo en celulas
neuronales sin integraci6n.
Consecuencias patogenicas (a largo
plazo)?
Retrovirus
Se integran en el genoma celular,
originando Ia expresi6n del gen
recombinante de larga duraci6n
(i,de por vida?).
Dificiles de cultivar a titulos altos y de
purificar para su administraci6n directa
(las celulas del paciente han de ser
cultivadas in vitro); no pueden infectar
celulas que no esten en division:
Ia mayoria de las celulas somaticas
(1,excepto los lentivi.Jus?); mutagenesis/
activaci6n insercional de oncogenes
celulares.
Poxvirus
Pueden expresar niveles elevados
de proteinas ex6genas. Los vectores
de avipoxvirus (por ej., viruela
aviar o viruela del canario) son
«vectores suicidas» que sufren una
replicaci6n abortiva en celulas de
marnifero, no existiendo riesgo de
patogenesis ni inmunidad natural
en humanos.
Una alta proporci6n de Ia poblaci6n
hum ana ya ha sido vacunada; Ia
protecci6n de por vida puede causar w1a
pobre respuesta a las vacunas
recombinantes (?). Riesgo en
pacientes inmunocomprometidos.
diferencia de varios 6rdenes de magnitud entre ambos valores de toxicidad. La tecnologia modema, incluidas la biologia molecular y el disefi.o por ordenador de compuestos quimicos, permite el disefi.o de nuevas drogas, pero es necesario «conocer al enemigo»; entender los pasos criticos en la replicaci6n virica que pueden ser inhibidos .
Droga
Virus
Composicion quimica
Diana
Vidarabina
Aciclovir
Ganciclovir
Herpesvirus
Virus herpes simplex (VHS)
Citomegalovirus (CMV)
Analogo de los nucle6sidos
Analogo de los nucle6sidos
Anatogo de los nucle6sidos
Polimerasa viral
Polimerasa viral
Polimerasa viral (el virus requiere kinasa
UL98 para su activaci6n)
Transcriptasa inversa
Tnhibidores de Ia tra nscriptasa
inversa analogos de los
nucle6sidos - Zidovudina
(AZT), didanosina (ddl),
zalcitabi na (ddC), estavud ina
(d4T), Jamiv udin a (3TC)
lnhibidores no nucle6sidos
de Ia t:ranscriptasa inversa;
nev irapina, de lavird ina
!nhibidores de !a proteasa;
saquinavir, ritonav ir,
indinav ir, nelfinavir
Ribavirina
Amantadi na/rimantadina
Inhibidores de Ia neuraminidasa;
oseltamiv ir, zanami vi r
Retrovi rus (VIH)
Am1logos de los nucle6sidos
~
s·
0
-o·
(5'
en
0..
(1)
<
~~r
0
<.0
iii'
3
0
10
0
Retrovirus: virus de Ia
inmunodeficiencia humana
(VIH)
VII-I
Diversos compuestos
(por ej., dipiridodiazepinonas)
Transcriptasa inversa
Am\ logos de peptidos
Proteasa de VIH
Amplio-espectro: virus de
hepatitis C (VHC), virus
herpes simplex (VHS),
sarampi6n, parotiditis,
fiebre de Lassa
Influenza A
Influenza A y 8
Triazol carboxamida
Mutageno de ARN
Amina triciclica
La forma etil ester requiere ser
hid rolizada para convertirse
en Ia fom1a carboxilada activa
Proteina matri z/hemaglutinina
N euram inidasa
c
~
lnfecci6n
Cualquiera de las etapas de la replicaci6n virica puede constituir una diana para una
intervenci6n antiviral. Los unicos requerimientos son:
• El proceso diana tiene que ser esencial para la replicaci6n.
• La droga debe ser activa contra el virus pero tiene que tener una «toxicidad aceptable» para el organismo hospedador.
El grado de toxicidad que es «aceptable» varia considerablemente; por ejemplo,
entre una cura para el resfriado comlin, que puede venderse libremente al publico y ser
tornado por millones de personas, y una droga utilizada para tratar infecciones viricas
fatales como el SIDA.
La fase de adsorci6n del ciclo replicativo puede ser inhibida por dos vias: por agentes que mimetizan la proteina de union del virus (PUV) y que se unen al receptor
celular o por agentes que mimetizan al receptor y se unen a la PUV. Los peptidos
sinteticos son la clase mas 16gica de compuestos que pueden ser usados con este objetivo. Aunque esta es una prometedora linea de investigaci6n, existen considerables
problemas con el uso clinico de estas sustancias, principalmente el alto coste de los
peptidos sinteticos y las pobres propiedades farmacocineticas de muchas de estas moleculas sinteticas.
Es dificil dirigirse especificamente contra las etapas de penetraci6n/decapsidaci6n
del ciclo de replicaci6n virica ya que se sabe relativamente poco sabre elias. La
decapsidaci6n en particular depende en gran medida de enzimas celulares y por tanto
es una diana pobre para interferirla, aunque, al igual que la penetraci6n, a menudo se
ve influenciada por una o mas proteinas viricas. Dos drogas activas sabre los virus
influenza A son la amantadina y la rimantadina. La acci6n de estos dos agentes estrechamente relacionados consiste en bloquear los canales de iones en la membrana celular. La diana para ambas drogas es la proteina matriz M 2 del virus influenza, pero Ia
resistencia a ellas puede tambien mapear en el gen de la hemaglutinina. Esta acci6n
bifasica resulta de la incapacidad de las celulas tratadas con droga de bajar el pH del
compartimento endos6mico (funci6n que normalmente es controlada par el producto
del gen M 2), que es esencial para inducir cambios conformacionales en la proteina HA
que permiten la fusion de membranas (ver Capitulo 4).
Muchos virus han desarrollado sus propias enzimas especificas para replicar sus
acidos nucleicos viricos a expensas de los celulares. Con frecuencia las polimerasas
viricas poseen suficiente especificidad para que puedan ser la diana de un agente
antiviral, y este hecho ha determinado que Ia mayoria de las drogas especificas antivirales
actualmente en usa sean inhibidores de las polimerasas. La mayoria de estas drogas
funcionan como analogos de sustratos de la polimerasa (es decir, nucle6sidos/nucle6tidos), y su toxicidad varia considerablemente, desde algunos que son bien tolerados
(por ej., aciclovir) a otros que son bastante t6xicos (por ej., azidotimidina o AZT). Se
presenta un problema con la farmacocinetica de estos analogos de los nucle6sidos y es
que su vida media caracteristica es de 1 a 4 horas. Los analogos de los nucle6sidos son,
de hecho, pro-drogas, ya que deben ser fosforiladas antes de que resulten activas, lo
cual es clave para su selectividad de acci6n:
Principios de virologia molecular
• El aciclovir es fosforilado por la timidina kinasa del VHS con 200 veces mas eficacia que por enzimas celulares.
• El ganciclovir es 10 veces mas eficaz contra el CMV que el aciclovir, pero tiene
que ser fosforilado por una kinasa codificada por el gen UL97 de CMV antes que
resulte farmacol6gicamente activo.
• Se han desarrollado otros analogos de los nucle6sidos derivados de estas drogas y
activos frente a herpesvirus (por ej., valciclovir y famciclovir). Estos compuestos
han mejorado sus propiedades farmacocineticas, como mejor biodisponibilidad oral
y vidas medias mas largas. Ademas de ellos existen otros productos que no son
analogos de los nucle6sidos que inhiben a las polimerasas viricas; por ejemplo, el
foscarnet, que es un analogo de pirofosfato que interfiere con la union de nucle6tido
trifosfatos por ADN polimerasas viricas.
• La ribavirina es un compuesto con un espectro muy amplio de actividad frente a
muy diferentes virus, especialmente contra muchos virus ARN de polaridad (-).
Esta droga acma como un mutageno de ARN, incrementando 10 veces la mutagenesis
de genomas de virus ARN y una perdida del 99% en la infectividad tras un solo
ciclo de infecci6n virica en presencia de ribavirina. La ribavirina es por tanto bastante diferente a los otros analogos de los nucle6sidos antes descritos, y es probable
que su uso se generalice mas en el futuro.
La expresi6n de los genes viricos es menos susceptible de ser interferida qufmicamente que la replicaci6n genomica, porque los virus son mucho mas dependientes de
la maquinaria celular para la transcripci6n, el corte y empalme (splicing) de los ARNm,
la exportaci6n citoplasmatica y la traducci6n que la replicaci6n. Hasta la fecha no se
han desarrollado drogas de aplicaci6n clinica que discriminen entre la expresi6n genica
virica y celular. Como con la penetraci6n y la decapsidacion, no se comprenden bien
los procesos de ensamblaje, maduracion y liberacion de la maymia de los virus, por
lo que no se han considerado todavia dianas de tratamientos antivirales, a excepci6n de
las drogas anti-influenza oseltamivir y zanamivir, que son inhibidores de la neuraminidasa del virus influenza. La neuraminidasa esta implicada en la liberaci6n por gemaci6n de las partfculas viricas de las celulas infectadas, y se cree que estas drogas reducen la diseminaci6n del virus a otras celulas.
El aspecto mas llamativo de la quimioterapia antiviral es el escaso numero de drogas disponibles para uso clfnico. Como si esto no fuese suficientemente negative, existe ademas el problema de la resistencia a los antivirales. En la practica, Ia velocidad y
la frecuencia con la que surgen estas resistencias, cuando se usan estas drogas para
tratar infecciones viricas, varia considerablemente, y depende en gran medida de la
biologia del virus implicado mas que de la naturaleza quimica del compuesto. Para
ilustrar este aspecto, se describen a continuaci6n dos casos extremos.
El aciclovir, utilizado para tratar las infecciones por virus herpes simplex (VHS), es
facilmente la droga antiviral mas ampliamente empleada. Esto es particularmente cierto en el caso del herpes genital, que causa ulceras genitales dolorosas y recurrentes. Se
calcula que en los Estados Unidos sufren este proceso 40 a 60 millones de personas.
Afortunadamente, la resistencia al aciclovir surge con poca frecuencia. Esto se debe en
lnfecci6n
parte a la elevada fidelidad con que se copia el ADN genomico de VRS (Capitulo 3).
Los siguientes mecanismos conducen a una resistencia al aciclovir:
• Mutantes del gen VRS pol, que no incorporan aciclovir.
• Mutantes de la timictina kinasa (TK), en los que la actividad TK esta ausente (TK-) o
disminuida, o muestra una especificidad de sustrato alterada.
Por extrai:lo que parezca, es posible encontrar en aislados clinicos de VHS mutaciones que dan Iugar a estos fenotipos con una frecuencia entre I0- 3 y 10-4. La discrepancia
entre este dato y la frecuencia tan baja con la que se describen resistencias clinicas probablemente se deba a la observaci6n de que Ia mayorfa de los mutantes pol/TK parecen
ser atenuados (por ej., los mutantes TK- de VRS no se reactivan del estado latente).
Por el contrario, el tratamiento con azidotimidina (AZT) de la infecci6n por VIR es
mucho -menos efectivo. En individuos infectados por VIR no tratados, el AZT produce
un incremento en las cifras de celulas CD4+ en un plaza de 2 a 6 semanas. Sin embargo, este efecto beneficioso es transitorio; tras 20 semanas, los recuentos de celulas T
CD4+ generalmente revie1ien a las cifras iniciales. Esto se debe, en parte, al desarrollo
a resistencia al AZT en las poblaciones VIR tratadas y ala toxicidad del AZT sabre la
hematopoyesis, ya que el indice quimioterapeutico del AZT es mucho peor que el del
aciclovir. La resistencia al AZT se inicia por la adquisici6n de una mutaci6n en el
codon 215 del gen de la transcriptasa inversa (TI) del VIR. En conjunci6n condos a
tras mutaciones adicionales en el gen TI se desarrolla un fenotipo de resistencia completa al AZT. Tras 20 semanas de tratamiento, el 40 al 50% de los pacientes con VIR
tratados desarrollan al menos dos de estas mutaciones. Esta alta frecuencia se debe a la
naturaleza propensa al error de la transcripci6n inversa (Capitulo 3). Debido al elevado numero de genomas de VIR que estan replicandose en los pacientes infectados
(Capitulo 7), continuamente se producen errores. Se ha demostrado que las mutaciones que confieren resistencia ya se encuentran en las poblaciones de virus no tratadas.
Por tanto, el tratamiento con AZT- no causa, sino que simplemente selecciona los virus
resistentes del conjunto total. Con otras drogas inhibidoras de la TI, como la didanosina
(ddi), se puede desarrollar un fenotipo resistente por el cambia de un solo par de bases,
pero la ddl tiene un indice terapeutico mas bajo que el AZT y niveles relativamente
bajos de resistencia pueden hacer a esta droga ineficaz. No obstante, algunas combinaciones de mutaciones de resistencia pueden dificultar la replicaci6n del VIR y la resistencia a un inhibidor de la TI puede contrarrestar la resistencia a otro. La estrategia
actual en la terapeutica de las infecciones por VIR se conoce como TARGA (terapeutica anti-retroviral de gran actividad) y emplea combinaciones de diferentes drogas, tal
como un inhibidor de Ia proteasa mas dos nucle6sidos inhibidores de la TI. Cuando se
disefian los regimenes de combinaciones son importantes los mecanismos moleculares
de resistencia y las interacciones entre las drogas:
• Combinaciones tales como AZT + ddl o AZT + 3TC tienen patrones antagonistas
de resistencia y son eficaces.
• Combinaciones tales como ddC + 3TC que muestran resistencia cruzada deben
evitarse.
Principios de virologia molecu lar
•
Algunos inhibidores de proteasas afectan a la funci6n hepatica y pueden afectar
favorablemente la farmacocinetica de los inhibidores de la TI tornados en combinaci6n.
Otros beneficios potenciales de Ia terapia antiviral combinada incluyen perfiles de
toxicidad disminuida y el uso de drogas que pueden tener distribuciones tisulares o
tropismos celulares diferentes. Las terapias combinadas pueden prevenir tambien o
retrasar el desanollo de resistencias. Las combinaciones de drogas que se pueden emplear incluyen no s6lo pequeiias moleculas sinteticas sino tambien «modificadores de
Ia respuesta biol6gica» como interleuquinas e interferones.
RESUMEN
La infecci6n viral es una interacci6n compleja en multiples etapas entre el virus y el
organismo hospedador. El curso y el resultado final de cualquier infecci6n dependen
del balance entre procesos del hospedador y del virus. Factores del huesped implicados incluyen la exposici6n a Ia transmisi6n del virus por distintas vias y el control de Ia
replicaci6n virica por parte de la respuesta inmunitaria. Los procesos del virus incluyen Ia infecci6n inicial del hospedador, su diseminaci6n a traves del mismo y Ia regulaci6n de la expresi6n genica para evadir la respuesta inmunitaria. La intervenci6n
medica contra las infecciones viricas incluyen el uso de vacunas para estimular Ia respuesta inmunitaria y de drogas para inhibir la replicaci6n virica. La biologia molecular
esta promoviendo la producci6n de una nueva generaci6n de drogas antivirales y de
vacunas.
BIBLIOGRAFiA
Burgert, H.G. et al. (2002). Subversion of host defense mechanisms by adenoviruses.
Current Topics in Microbiology and Immunology, 269: 273-318.
Crotty, S. and Andino, R. (2002). Implications of high RNA virus mutation rates:
lethal mutagenesis and the antiviral drug ribavirin. Microbes and Infection, 4:
1301-1307.
DeClereq, E. (Ed.) (2000). Antiretroviral Therapy. American Society for Microbiology, Washington, D.C. ISBN 1555811566.
Doherty, P.C. and Christensen, J.P. (2000) . Accessing complexity: the dynamics of
virus-specific T cell responses. Annual Review if Immunology, 18: 561-592.
Driscoll, J.S. (2002). Antiviral Drugs. Gower Publishing, Hampshire, U.K. ISBN
0566083108.
Kuby, J. et al. (Eds.) (2003). Immunology. WH. Freeman, New York. ISBN
0716749475.
Gurunathan, S. et al. (2000). DNA vaccines: immunology, application, and optimization. Annual Review of Immunolo_ey, 18: 927- 974.
lnfecci6n
Lee, S.H. et al. (2003). Complementing viral infection: mechanisms for evading
innate immunity. Trends in Microbiology, 11: 449-452.
Lemoine, N.R. (Ed.) (2000). Understanding Gene Therapy. BIOS Scientific, New
York. ISBN 0387915125.
Noad, R. and Roy, P. (2003) . Virus-like particles as immunogens. Trends in Microbiology, 11: 438-444.
Scalzo, A. (2002). Successful control of viruses by NK cells-a balance of opposing forces? Trends in Microbiology, 10: 470-474.
Seet, B.T. et al. (2003). Poxviruses and immune evasion. Annual Review of Immunology, 21: 377-423.
Sen, G. C. (2001).Viruses and interferons. Annual Review of Microbiology, 55:255-281.
Saksela, K. (2003). Human viruses under attack by small inhibitory RNA. Trends
in Microbiology, 11: 345-347.
Tortorella, D. et al. (2000). Viral subversion of the immune system. Annual Review
of Immunology, 18: 861-926.
Webby, R.J. and Webster, R.G. (2003) .Are we ready for pandemic influenza? Science,
302: 1519-1522.
Welsh, R.M. et al. (2004). Immunological memory to viral infections. Annual
Review of Immunology, 22:711-743.
CAPiTULO
7
PATOGENESIS
Objetivos del aprendizaje
Al terminar este capitulo, ellector debeni ser capaz de:
• Explicar el concepto de patogenesis en el contexto de las infecciones viricas.
• Exponer las bases moleculares de la inmunodeficiencia inducida por virus
(incluido el SIDA) y la transformacion celular por virus.
• Comprender las vias por las cuales la infeccion virica puede causar dafio celular.
La patogenicidad, que es la capacidad de un organismo de producir enfermedad en
otro, es un fenomeno complejo y variable. Por una parte, es bastante dificil de definir.
Al nivel mas sencillo, existe la necesidad de definir que es la enfennedad. Una definicion universal seria la que establece que es la salida de los parametros fisiologicos
normales de un organismo. Esto podria variar desde una alteracion muy ligera y transitoria, como una elevacion ligera de la temperatura o sensaciones subjetivas de sopor, a
condiciones patologicas cronicas que finalmente desencadenan la muerte. Cualquiera
de estas situaciones pueden ser el resultado de un numero tremendo de causas intemas
o extemas; sin embargo, raramente una enfermedad es «causada» por un solo factor.
La mayorfa de los estados de enfermedad son en algun grado multifactoriales.
Si consideramos solo las enfennedades causadas por virus, dos componentes estan
implicados: los efectos directos de la replicacion virica y los efectos de la respuesta del
cuerpo a la infeccion. El curso de cualquier infeccion virica viene determinado por un
delicado y dinamico equilibrio entre el hospedador y el virus, como se describe en el
Capitulo 6. La extension y la gravedad de la patogenesis virica es determinada de
forma similar. En algunas infecciones viricas la mayoria de los sintomas patologicos
observados son atribuibles no solo a la replicacion virica, sino tambien a los efectos
Principios de virologfa molecular
colaterales de Ia respuesta inmunitaria. La inflamaci6n, Ia fiebre, las cefaleas y las
empciones cutaneas generalmente no son producidas por los propios vims, sino por
las celulas del sistema inmunol6gico que liberan potentes efectores quimicos como
interferones e interleuquinas. En los casos mas extremos, es posible que ninguno de
los efectos patol6gicos de algunas enfermedades sean causados directamente por el
vims, excepto que su presencia estimula Ia activaci6n del sistema inmunol6gico.
La patogenesis virica es una situaci6n anormal y bastante rara. La mayoria de las
infecciones viricas son procesos silentes y no manifiestan signos extemos de enfermedad. A veces se afirma que los vims desaparecerian si matasen a sus hospedadores. Esto no es necesariamente verdad. Es posible imaginarse vims con una estrategia de «golpea y huye», moviendose rapidamente desde un hospedador agonizante al
siguiente y dependiendo de una circulaci6n continua para su supervivencia. Sin embargo, hay una clara tendencia de los vims porno dafiar a sus huespedes si es posible. Un buen ejemplo de esto es el vims de la rabia. Los sintomas de las infecciones
por el vims de la rabia en humanos son realmente espantosos, pero af01iunadamente
raros. En sus hospedadores normales (por ej ., zorros), la infecci6n por el virus de la
rabia produce una enfennedad mucho mas leve que habitualmente no mata al animal.
Los humanos son hospedadores no naturales para el vims y Ia gravedad de Ia rabia
humana es tan extrema como rara Ia enfermedad. De forma ideal, un virus ni siquiera
provocaria una respuesta inmunitaria en el hospedador, o al menos seria capaz de
esconderse para evitar sus efectos. Los herpesvirus y los retrovims han desarrollado
estilos de vida complejos que les permiten acercarse a este objetivo. Por supuesto,
las infecciones fatales como la rabia y el sindrome de inmunodeficiencia adquirida
(SIDA) siempre ocupan los titulares . Se ha dedicado mucho menos esfuerzo en aislar y estudiar el sinfin de virus que no han causado (a{m) enfermedades bien conocidas en humanos, animales domesticos y en cosechas de plantas valiosas econ6micamente.
En las ultimas decadas, el analisis genetico molecular ha contribuido enormemente
a nuestro conocimiento de la patogenesis virica. Se han aplicado la secuenciaci6n
nucleotidica y Ia mutagenesis directa para explorar los detenninantes moleculares de
vimlencia en muy distintos virus. Se han identificado las secuencias especificas y las
estmcturas encontradas s6lo en cepas de virus causantes de enfermedad y no en cepas
aviru1entas estrechamente relacionadas. Los anatisis de secuencias han permitido identificar tambien los epitopos de celulas T y B en las proteinas viricas responsables de su
reconocimiento por el sistema inmunol6gico. Por desgracia, estos avances no conducen automaticamente a una comprensi6n de los mecanismos responsables de Ia
patogenicidad.
A diferencia del resto de este libro, este capitulo esta especificamente dedicado a
los virus que causan enfermedades en animales. No trata sobre virus causantes de enfermedad en plantas que ya han sido considerados en el Capitulo 6. Se consideran tres
aspectos principales de la patogenesis virica: el dafio celular directo resultante de la
replicaci6n virica, el dafio resultante de Ia activaci6n inmunitaria o de su supresi6n y Ia
transformacion celular causada por virus.
Patogenesis
MECANISMOS DE LESION CELULAR
La infeccion vfrica causa una variedad de cambios que son detectables mediante el
examen visual o bioquimico de las celulas infectadas. Estos cambios son el resultado
de la produccion de proteinas y de acidos nucleicos viricos, pero tambien de las alteraciones de las capacidades biosinteticas de las celulas. El parasitismo intracelular de los
virus secuestra componentes celulares como los ribosomas y las materias primas que
normalmente se dedicarian a sintetizar moleculas necesarias para las celulas. Las celulas eucariotas tienen que llevar a cabo una sintesis constante de macromoleculas, tanto si estan creciendo y dividiendose como si estan en estado de inactividad. Una celula
en crecimiento claramente necesita sintetizar mas proteinas, mas acidos nucleicos y
mas de toda una miriada de componentes para incrementar su tamaiio antes de dividirse; sin embargo existe un requerimiento mucho mas fundamental para esa actividad.
La funcion de todas las celulas es regulada por la expresion controlada de su informacion genetica y la posterior degradacion de las moleculas producidas. Dicho control
depende de un delicado y dinamico balance entre sintesis y degradacion, que determina los niveles intracelulares de todas las moleculas importantes en la celula. Esto es
particularmente cierto en el control del ciclo celular, que determina el comportamiento
de las celulas en division (ver Transformacion celular por virus ADN, mas adelante).
En terminos generales, en las celulas infectadas por virus pueden ser reconocidos varios cambios fenotipicos comunes. Estos cambios se denominan a menudo efectos
citopaticos (e.c.p. ) del virus, e incluyen:
Forma alterada: Las celulas adherentes que normalmente estan pegadas a otras
celulas (in vivo) o a un sustrato artificial (in vitro) pueden adoptar una morfologia
redondeada diferente de su apariencia aplanada normal. Son eliminados de Ia celula los procesos de ampliacion (con extensiones de la superficie celular que semejan
zarcillos) implicados en la adhesion y la movilidad.
• Despegamiento del sustrato: Para las celulas adherentes, esta es la fase de dafio
celular que sigue a la anterior. Ambos efectos son causados por la degradacion
parcial o la disrupcion del citoesqueleto, que normalmente es responsable de mantener la forma de la celula.
• Lisis: Este es el caso mas extremo, cuando la celula entera se rompe. Se pierde la
integridad de la membrana, y la celula se puede hinchar por la absorcion de liquidos extracelulares y finalmente estalla. Este es un caso extremo de daiio celular, y
es importante tener en cuenta que no todos los virus inducen este efecto, aunque
puedan causar otros efectos citopaticos. La lisis es beneficiosa para un virus en el
sentido de que constituye un metoda de liberar nuevas particulas viricas de una
celula infectada, sin embargo, existen vias alternativas para lograr esto, como la
liberacion por gemacion (Capitulo 4).
• Fusion de membranas: Las membranas de las celulas adyacentes se fusionan, dando
Iugar a una masa de citoplasma que contiene mas de un nucleo, conocida como
sincitio o, dependiendo del numero de celulas que se fusionan, una celula gigante.
Las celulas fusionadas tienen una vida corta y posteriormente se lisan; aparte de los
•
Principios de virologia molecular
efectos directos del virus, no pueden tolerar mas de un nucleo no sincronizado por
celula.
• Permeabilidad de membranas: Diversos virus causan un aumento en la permeabilidad de membranas, permitiendo la entrada de iones extracelulares como el sodio.
La traducci6n de algunos ARNm viricos es resistente a altas concentraciones de
iones de sodio, permitiendo la expresi6n de genes viricos a expensas de mensajeros
celulares.
• Cuerpos de inclusion: Estas son areas de la celula en las que se han acumulado
componentes viricos. Se trata frecuentemente de sitios de ensamblaje de viriones y
algunas inclusiones celulares consisten en acumulos cristalinos de particulas viricas.
No esta claro si estas estructuras dafian ala celula, pero frecuentemente estan asociadas a virus que causan !isis celular, como los herpesvirus y el virus de la rabia.
• Apoptosis: La infecci6n virica puede activar la apoptosis («muerte celular programada» ), un mecanismo altamente especifico implicado en el crecimiento normal y
el desarrollo de los organismos (ver Capitulo 6).
En algunos casos se conoce una gran cantidad de detalles sobre los mecanismos
moleculares del dafio celular. Algunos virus que causan lisis celular muestran un fen6meno conocido como «apagado» (en ingles, «shutoff>>) al principia de la infecci6n.
Este «apagado» es el repentino y dramatico cese de la mayoria de la sintesis
macromolecular de la celula hospedadora. En celulas infectadas por poliovirus, el apagado es el resultado de la producci6n de la proteina virica 2A. Esta molecula es una
proteasa que digiere el componente p220 de eiF-4F, un complejo de proteinas necesario para la traducci6n dependiente de caperuza («cap») de los ARNs mensajeros en los
ribosomas. Debido a que el ARN de los poliovirus no tiene una una caperuza metilada
en el extremo 5', pero esta modificado por la adici6n de la proteina VPg, el ARN virico
continua siendo traducido. En las celulas infectadas por poliovirus se puede observar
la disociaci6n de los ARNm y los polirribosomas del citoesqueleto, y esta es la raz6n
de la incapacidad de !a celula de traducir sus propios mensajeros. Unas pocas horas
despues del cese de la traducci6n, se produce la lisis celular.
En otros casos, el cese de la sintesis molecular es el resultado de diferentes mecanismos moleculares. De muchos virus no se conoce la secuencia de sucesos que se
producen. En el caso de los adenovirus, la proteina del pent6n (parte de la capside
virica) tiene un efecto t6xico sobre las celulas. Aunque se desconoce la acci6n precisa
que tiene sobre las celulas, la incorporaci6n de proteina del pent6n purificada a celulas
en cultivo provoca su muerte rapida. La producci6n de toxina por bacterias pat6genas
es un fen6meno corriente, pero este es el unico caso bien establecido de una molecula
codificada por un virus con una acci6n similar a una toxina*. Sin embargo, algunos de
los componentes normales de las celulas liberados por la !isis pueden tener efectos
t6xicos sobre otras celulas, y los antigenos que no son reconocidos como «propios»
* N. del T.: Recientemente se ha descrito tambien en rotavirus que Ia proteina virica no estructural NSP4
acrua como una enterotoxina.
Patogemes is
por el cuerpo (por ej., proteinas nucleares) pueden causar activacion inmunitaria e
inflamacion. La protefna E3-11.6K de adenovirus se sintetiza en pequefias cantidades
desde el promotor E3 en las etapas tempranas de la infeccion, y en grandes cantidades
desde el promotor principal tardio en las etapas tardias de la infeccion (Capitulo 5).
Recientemente se ha demostrado que E3-11.6K es necesaria para la !isis de las celulas
infectadas por adenovirus y la liberacion de particulas viricas desde el nucleo.
La fusion de membrana es el resultado de la accion de proteinas de codificacion
virica necesarias para la infeccion de las celulas (ver Capitulo 4), caracteristicamente, las glicoproteinas de los virus envueltos. Uno de los mejores ejemplos conocidos
de tales proteinas precede del virus Sendai (un paramixovirus), que se ha utilizado
para inducir fusion celular durante la producci6n de anticuerpos monoclonales (Capitulo 1). Al menos 9 de las 11 glicoproteinas conocidas de virus herpes simplex
(VHSNHH-1) han sido caracterizadas en relacion con su papel en la replicaci6n viral.
Varias de estas proteinas estan implicadas en la fusion de la envuelta del virus con la
membrana celular y tambien en la penetracion en la celula. La producci6n por fusiones celulares de sincitios es una caracteristica de la infeccion por VHS.
Otro virus que causa fusion celular es el virus de la inmunodeficiencia humana
(VIH). La infecci6n de las celulas CD4+ con algunos, pero no con todos los aislados de
VIH, causa fusion de celula con celula y la produccion de sincitios o celulas gigantes
(Figura 7.1). La proteina responsable de esto es Ia glicoproteina transmembrana de la
envuelta del virus (gp41), y se ha identificado por analisis genetico molecular al dominic situado cerca del extreme amino-terminal como el responsable de esta actividad
fusogenica. Debido a que el VIH infecta celulas CD4+ y Ia disminucion en el numero
de estas celulas cruciales del sistema inmunol6gico es el defecto mas obvio en el SIDA,
inicialmente se crey6 que la destrucci6n directa de estas celulas por el virus era Ia base
de la patogenesis del SIDA. Aunque Ia muerte directa por VIH se produce indudablemente in vivo, ahora se piensa que la patogenesis del SIDA es considerablemente mas
compleja (ver Virus e inmunodeficiencia, a continuaci6n). Muchos retrovirus animales
tambien causan muerte celular y, en la mayoria de los casos, parece que la proteina de la
envuelta del virus es necesaria, aunque puede haber mas de un mecanisme implicado.
VIRUS E INMUNODEFICIENCIA
Al menos dos grupos de virus, herpesvirus y retrovirus, infectan directamente las
celulas del sistema inmunol6gico. Esto tiene importantes consecuencias para el resultado de la infeccion y para el sistema inmunol6gico del huesped. El virus herpes simplex
(VHS) establece una infeccion sistemica, diseminandose por via sanguinea asociado a
las plaquetas, pero no muestra un tropismo especial por celulas del sistema inmunitario. Sin embargo, el virus Herpes saimirii y el virus de Ia enfermedad de Marek son
herpesvirus que causan enfermedades linfoproliferativas (pero no tumores clonales)
en monos y pollos, respectivamente. Todos los herpesvirus descubiertos mas recientemente, el virus herpes humano 6 (VHH-6), el VHH-7 y el VHH-8 infectan linfocitos
(Capitulo 8).
Principios de virolog ia molecu lar
CD4
,&_,
~ Prate ina de envuelta
w /
Celula
sin infectar
A
""' ~
l
doV'H
Celula infectada
porVIH
UNION
l
FUSION
Sincitio
Figura 7.1 Mecanismo de fusion celular inducida por Vlli. La glicoproteina de Ia envuelta del virus,
que juega un papel en las particulas viricas en Ia union al receptor y la fusion de membrana, se expresa
en Ia superficie de las celulas infectadas. Las celulas CD4+ no infectadas que entran en contacto con
estas celulas infectadas se fusionan juntas para formar un sincitio multinucleado.
La infecci6n de celulas B por el virus de Epstein-Barr (VEB; VHH-4) produce su
inmortalizaci6n y proliferaci6n, causando la «fiebre ganglionam o mononucleosis, una
enfermedad debilitante pero benigna. El VEB fue identificado inicialmente en una
linea celular linfo blastoide derivada dellinfoma de Burkitt y, en mas raras ocasiones,
la infecci6n por VEB puede conducir a la formaci on de un tumor maligno (ver Transformaci on celular por virus ADN, mas adelante). Mientras algunos herpesvirus como
el VHS son notablemente citopaticos, la mayor parte de los herpesvirus linfotr6picos
Patogemesis
no causan un grado significativo de dafio celular. No obstante, la infecci6n de las fragiles celulas del sistema inmunitario puede perturbar su normal funci6n. Ya que el
sistema inmunitario esta intemamente regulado por complejas redes de sefiales interconectadas, cambios relativamente ligeros en la funci6n celular pueden provocar su
colapso . La alteraci6n del patron normal de producci6n de citoquinas podria tener
profundos efectos en Ia funci6n inmunol6gica. Las proteinas trans-reguladoras implicadas en el control de la expresi6n genica de los herpesvirus puede afectar tambien ala
transcripci6n de genes celulares; por tanto, los efectos de los herpesvirus sabre el sistema inmunitario son mas complejos que solamente provocar la muerte celular.
Los retrovirus causan una serie de enfermedades que incluyen paralisis, artritis,
anemia y transformacion celular maligna. Un numero significativo de retrovirus infectan las celulas del sistema inmunitario. Aunque estas infecciones pueden generar
una variedad de enfermedades y de anomalias bematopoyeticas, como anemia y
linfoproliferaci6n, la consecuencia mas conocida de Ia infecci6n por retrovirus es la
formaci6n de tumores linfoides (ver Transformaci6n celular por virus ARN, mas adelante). De todas formas, cierto grado de inmunodeficiencia, variando desde un grado
muy leve a bastante grave, es una consecuencia comun de la interferencia con el sistema inmunitario, resultado de la presencia de un tumor linfoide o mieloide.
La consecuencia mas importante de Ia inmunodeficiencia inducida por virus es el sindrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), resultado de la infecci6n con el virus de la
inmunodeficiencia humana (VIH), un miembro del genera Lentivirus de la familia
Retroviridae. Diversos lentivirus parecidos causan enfennedades con inmunodeficiencia
en animales. A diferencia de la infecci6n por otros tipos de retrovirus, la infecci6n por VIH
no causa directamente Ia formaci6n de tumores. Algunos tumores como los linfomas de
celulas B se observan en pacientes con SIDA, pero estos son consecuencia de Ia falta de
vigilancia inmunol6gica responsable de la destrucci6n de tumores en individuos sanos. El
curso clinico del SIDA es largo y muy variable. Un gran nlimero de anomalias diferentes
del sistema inmunol6gico se observan en el SIDA (Tabla 7.1 ). Como resultado de Ia biologia de las infecciones por lentivirus, la patogenesis del SIDA es muy compleja.
Expresi6n alterada de citoquinas
Disminuci6n de Ia funci6n de los linfocitos T citot6xicos (LTCs) y de las celulas asesinas naturales
o «natural killers» (NK)
Disminuci6n de Ia respuesta humoral y proliferativa a antigenos y mit6genos
Expresi6n disminuida de moleculas de clase II del complejo principal de hi stocompatibilidad
(MHC-11)
Descenso de Ia quimiotaxis de los monocitos
Depleci6n de celulas CD4+
Reacciones de hipersensibilidad retardada alteradas
Linfopenia
Activaci6n policlonal de celulas B
Principios de virologia molecu lar
Todavia no esta claro que proporcion de la patologia del SIDA esta causada directamente por el virus y que proporcion se debe al sistema inmunitario. Se han sugerido
muchos modelos para explicar como causa inmunodeficiencia el VIH. Estos mecanismos no son mutuamente excluyentes y realmente es probable que la perdida subyacente de celulas CD4+ en el SIDA sea multifactorial, como se describe despues.
Muerte celular directa
Este fue el primer mecanismo sugerido, basado en el comportamiento de los aislados de laboratorio del VIH. La fusion celular resultante de la formaci on de sincitios es
uno de los principales mecanismos de muerte celular por VIH in vitro (Figura 7.1 ); sin
embargo, distintos aislados de VIH varian considerablemente en su capacidad de promover la fusion de las celulas infectadas . Experimentos posteriores sugirieron que es
posible que no haya suficiente virus en los pacientes de SIDA para causar todo el dafio
que se observa aunque, en algunas circunstancias, la muerte de las celulas CD4+ puede
contribuir a la patogenesis global del SIDA. Recientemente ha quedado claro que hasta una mitad de las celulas CD4+ del cuerpo puede estar infectada por el VIH, asi que
se ha reconsiderado la idea de la muerte celular directa, pero como consecuencia de la
induccion de apoptosis (ver despues) mas que por fusion celular.
Muerte indirecta de celulas infectadas por VIH
Los efectos indirectos de la infeccion (por ej., trastomos de la bioquimica celular y
de la produccion de citoquinas) puede afectar tambien a la regulacion del sistema inmunologico; no obstante, la expresion de antigenos viricos en la superficie de las celulas infectadas provoca su muerte indirecta por el sistema inmunologico; realmente un
tipo de autoinmunidad. La intensidad de esta actividad depende de la carga viral y de la
cinetica de replicacion en los individuos infectados (ver despues).
Diversidad antigenica
Esta teoria propone que la generacion continua de nuevas variantes antigenicas
acaba desbordando al sistema inmunitario, provocando su colapso. No hay duda de
que durante el largo curso del SIDA surgen constantemente nuevas variantes antigenicas de VIH debido a la baja fidelidad de la transcripcion inversa (Capitulo 3). Se ha
sugerido que puede existir un efecto «trinquete», contribuyendo cada nueva variante a
un leve pero irreversible declive del sistema inmunitario (ver las secciones de Anergia
de celulas T y Apoptosis, despues) (Figura 7.2). Debido al modo en que el sistema
inmunitario maneja las infecciones viricas, es probable que las variaciones de los
epitopos de celulas T, reconocidos por linfocitos T citotoxicos (LTCs) en las proteinas
diana, sean mas importantes que los epitopos de celulas B que generan la respuesta de
anticuerpos frente a un antigeno extrafio (Capitulo 6). Se han construido modelos
PatogE'mesis
Abundancia relativa de cepas individuales de VIH
/
I
0
-
'
4
2
1
10
8
6
Tiempo tras Ia infecci6n (afios)
Recuento total de VIH
y de celulas CD4•
Celulas CD4•
Carga vi rica total
0
I
I
2
4
6
8
10
Tiempo tras Ia infecci6n (afios)
Figura 7.2 Teoria del umbral de la diversidad antigenica en la patogenesis del SIDA. Cada linea de la
grafica superior muestra la abundancia relativa (te6rica) de una cepa individual de VIH (tipo antigenico)
en un solo caso de SIDA. La grafica inferior muestra la carga vfrica total (es decir, el numero total de
cepas VIH) y las cifras de celulas CD4+ predichas por un modelo infonnatico.
Principios de virologfa molecular
matematicos que simulan la variacion antigenica durante el curso de la infeccion. Cuando
son calculados con datos conocidos del estado del sistema inmunologico durante la
infeccion por VIH, proporcionan una descripcion precisa del curso del SIDA. Se ha
demostrado que existe una proporcion directa entre carga viral y tiempo de supervivencia, y que un paciente puede sobrevivir solo 1.300 «afios virales» de VIH (es decir,
copias de genoma viral ml- 1 x tiempo de supervivencia en afios).
Anergia de celulas T
La anergia es un estado de falta de respuesta inrnunologica en el cuallos linfocitos
estan presentes pero no son funcionalmente activos. Esto se debe generalmente a sefiales de activacion incompletas y puede constituir un mecanismo regulador importante
del sistema inmunitario (por ej., la tolerancia a antigenos propios). En el SIDA, la
anergia podria ser inducida por la infeccion por VIH (por ej., interferencia con la expresion de citoquinas). Existe una evidencia experimental in vitro de que las interacciones gp 120-CD4 causan anergia por la interferencia con una sefial de transduccion.
Muchos pacientes de SIDA son anergicos; es decir, no desarrollan una respuesta de
hipersensibilidad tardia en una prueba cutanea de estimulacion antigenica. Esta respuesta celular debilitada esta directamente relacionada con los recuentos disminuidos
de linfocitos T CD4+; no obstante, no existe una clara evidencia de que este fenomeno
este directamente relacionado con la infeccion por VIH in vivo mas que con la deplecion general de las funciones inrnunitarias.
Apoptosis
Se cree que la apoptosis o «muerte celular programada» es una parte normal de la
maduracion de la celula T (por ej., en la eliminacion de clones autorreactivos). Se sabe
que muchos virus no relacionados inducen apoptosis en las celulas infectadas (Capitulo 6). Como la anergia de celulas T, potencialmente la apoptosis podria ser inducida en
grandes cantidades de celulas no infectadas por factores liberados de un numero mucho menor de celulas infectadas por VIH. Ademas de la delecion clonal como parte
normal de la evolucion del repertorio de celulas T, la apoptosis puede ser inducida tras
la activacion de celulas T como un mecanismo regulador negativo para controlar la
intensidad y la duracion de la respuesta inmunitaria. Esto es importante, ya que la
infeccion por VIH de las celulas T induce un fenotipo activado (con expresion en
superficie de los marcadores CD45 y HLA-DR), lo que sugiere que estas celulas pueden estar inevitablemente condenadas debido a la activacion de la via apoptotica. Ya
que el VIH establece una infeccion persistente, no esta en absoluto claro que la apoptosis tenga un efecto completamente negativo; la induccion de la muerte celular puede
limitar la produccion de virus y enlentecer el curso de la infeccion. La situacion actual
es bastante confusa, habiendose identificado varias proteinas del VIH tanto inductoras
como represoras de la apoptosis bajo determinadas circunstancias (Tabla 7.2); no obstante, la proporcion de celulas T CD4+ en las ultirnas fases de la apoptosis es aproxirnadamente dos veces mayor en individuos infectados por VIH que en personas no infectadas.
Patogemesis
Tabla 7.2
Vll'us de Ia inmunodeficiencia humana y apoptosis.
Gen viral
Efectos
tat
lnduccion
Aumento de la sintesis de FasL; expresi6n reprimida de super6xido dismutasa
dependiente de manganeso; activaci6n de kinasas dependientes de ciclina
gpl60
vpr
Incremento de niveles de calcio intracelular; entrecruzamiento de CD4;
activaci6n de la sefial del receptor de la quimioquina CXCR4
Detenci6n del ciclo celular en fase G2
tat
vpr
Represion
Inducci6n de Bcl-2
Supresi6n de la actividad del factor de transcripci6n NF-KB
Superantlgenos
Los superantigenos son moleculas que establecen cortocircuitos en el sistema inmunitario, produciendo una activacion masiva de celulas T en vez de la respuesta habitual,
cuidadosamente controlada, frente a antigenos extrafios. Se cree que logran esto por
unirse tanto a la region variable de la cadena ~ del receptor de la celula T (V~) como a
moleculas del complejo mayor de histocompatibilidad de clase II (MHC-II), conectandolos de un modo inespecifico (Figura 7.3). Esto genera una activacion policlonal de celulas T, en vez de la situacion habitual en la que solo se activan unos pocos clones de
celulas Ten respuesta a un antigeno concreto presentado por una molecula MHC-II. La
respuesta exacerbada del sistema inmunologico origina autoinmunidad, ya que se activan familias enteras de celulas T que fijan superantigenos, e inmunosupresion, pues las
celulas activadas son destruidas por otras celulas T activadas o sufren apoptosis. Sin
embargo, a diferencia de otros retrovirus (por ej ., virus del tumor mamario del raton y
virus de la leucemia murina responsable del sindrome de inmunodeficiencia adquirida
murina), nose han identificado superantigenos en el VIH, a pesar de las intensas investigaciones llevadas a cabo. Por tanto, la importancia de los superantigenos en el SIDA es
actualmente dudosa; no obstante es posible que la exposicion a superantigenos producida por las infecciones oportunistas pueda jugar un papel en el SIDA.
Disbalance Th1/Th2
La regulacion del sistema inmunitario depende de una compleja red de celulas,
siendo de capital importancia el papel desempefiado por las celulas CD4+ T-helper
(Th) o T cooperadoras. La inmunologia sugiere que hay dos tipos de estas celulas:
Thl, que promueven la respuesta celular y Th2, que promueven la respuesta humoral
(Figura 7.4). Una teoria sugiere que en la infeccion inicial por VIH predomina lares-
Principios de virologfa molecu lar
CELULA PRESENTADORA DE ANTiGENO
=------------
~
CELULA PRESENTADORA DE ANTiGENO
=-------
~
MHCII
MHCII
Antigeno
Superantigeno
Va
v~
Va
v~
Receptor de celula T
Receptor de celula T
c~
Ca
-------=
=--------
c~
Ca
.--------:::'
-------
CELULA T
CELULA T
Mecanismo normal de presentaci6n
de antigeno
El superantigeno hace un «cortocircuito»
en el mecanismo normal de presentaci6n
del antigeno
Solo responde un numero pequefto de clones
de celulas T especificas de antigeno
Se activan muchos clones de celulas T
(quiza 20% del total de Ia poblaci6n)
Figura 7.3
Mecanismo de acci6n de los superantigenos.
puesta de celulas Thl, que son efectivas en el control (pero no en la eliminacion) del
virus. En un momenta determinado se produce una perdida (relativa) de la respuesta
Thl y entonces predominan las celulas Th2 en la respuesta al VIH. Se ha descrito que
al menos algunas variantes del virus pueden inhibir Ia respuesta de LTCs al VIH. La
hipotesis era que, por tanto, Ia respuesta dominante Th2 humoral, no seria efectiva en
mantener a un bajo nivel Ia replicacion del VIH, y la carga viral se incrementaria,
causando el SIDA. Aunque esta era en gran medida una propuesta teorica, esta interpretacion condiciona nuestra idea de Ia respuesta inmunitaria frente a muy distintos
patogenos, no solo al VIH. Ningun estudio experimental, sin embargo, ha demostrado
un cambia real del patron Thl a Th2 de expresion y secrecion de citoquinas que se
asocia a la progresion de la enfermedad, por lo que no existe una evidencia demostrada
de Ia implicacion de este mecanismo en el SIDA.
Carga
ra y c· netica e re
icaci6n
Los experimentos llevados a cabo para cuantificar con exactitud la cantidad de
virus presente en los individuos infectados ha revelado que existen cargas virales mucho mas intensas que las que inicialmente se habian medido por tecnicas mucho menos
Patog€mesis
Sistema inmunol6gico innato
Macr6fago
Respuesta
celular
IFNy
Celula NK
Celula T inmadura yo
Monocito
Bas6filo
frV..
Celula T CD4• naive
~ ---+----- - -
®
«:])
~
j
~
!L-4
rry
IL-4
IL-5
!L-6
_IL-_1o
_
'0:})
TH2
Celula presentadora
de antigeno (CPA)
_.
Respuesta
humoral
Figura 7.4 Regulaci6n de las respuestas inmunitarias celular y humoral. IFN, interferon; IL,
interleuquina; Th, celula T-helper o colaboradora.
sensibles. Utilizando metodos de reaccion en cadena de la polimerasa (PCR) cuantitativa para medir con precision la cantidad de virus presente y determinar como cambian
estos niveles cuando se trata a los pacientes con drogas que inhiben la replicacion del
VIH, se ha demostrado que:
Se produce la replicacion de VIH de forma continua y altamente productiva en
todos los individuos infectados, aunque las tasas de produccion del virus varian
hasta en mas de 70 veces entre distintos individuos.
La vida media in vivo de una particula virica de VIH es de 2, 1 dias.
Cada dia se fabrican de 10 9 a 10 10 particulas de VIH.
• Diariamente se producen por termino medio 2 x 10 9 celulas CD4+ nuevas.
Por lo tanto, y al contrario de lo que inicialmente se creia, existe una situacion muy
dinamica en las personas infectadas por VIH que implica la infeccion continua, la
destruccion y la sustitucion de celulas CD4+. Se producen miles de millones de nuevas
celulas CD4+, que son infectadas y destruidas cada dia. Este dato sugiere una vuelta a
la idea de que la destruccion celular (aunque predominantemente a traves de apoptosis
y muerte mediada inmunologicamente mas que por fusion celular) es una causa directa
del declinar de las celulas CD4+ en el SIDA.
Estas nuevas ideas estan determinando algunos planteamientos futuros de posibles
estrategias terapeuticas en pacientes VIH positivos. Lo que esta claro es que la presen-
Principios de virologia molecular
cia del VIH es necesaria para el desarrollo del SIDA, y que es vital que la diseminaci6n
a nivel mundial de la infecci6n por VIH sea controlada. La labor por desarrollar vacunas anti-VIR esta en marcha, pero debido a la compleja biologia del virus se esta
demostrando que son extraordinariamente dificiles de conseguir. Resulta de vital importancia un mejor conocimiento de la patogenesis del SIDA y, en particular, del papel
que juega el sistema inmunol6gico en las etapas iniciales de la enfermedad, para permitir el desarrollo de terapias mas apropiadas para el SIDA. La terapia anti-retroviral
de gran actividad (TARGA; ver Capitulo 6) tiene un efecto espectacular sabre la supresi6n de la producci6n de virus y restaura temporalmente las poblaciones de celulas
CD4+. Desafortunadamente, debido ala larga vida media de las celulas infectadas, el
tiempo que se estima necesario para erradicar al VIH del organismo es aproximadamente de 12 a 60 afios; algo que no resulta alcanzable actualmente debido a los fallos
de la terapia por la toxicidad de las drogas y la resistencia viral.
ENFERMEDADES RELACIONADAS CON VIRUS
Se piensa que la infecci6n por un virus es un requisito previa en algunas enfermedades humanas. En algunos casas, la relaci6n entre un virus determinado y un estado
patol6gico esta bien establecida, pero esta clara que la patogenesis de la enfermedad
es compleja y tambien implica al sistema inmunitario del hospedador. En otros casas,
la participaci6n patogenica de un virus en particular es menos probable y, en unas
pocas ocasiones, bastante especulativa.
Aunque la incidencia de la infecci6n por el virus del sarampi6n se ha reducido intensamente por la vacunacion (Capitulo 6), esta enfermedad todavia causa cientos de miles
de fallecimientos cada afio. El curso normal de la infecci6n por el virus del sarampi6n es
una enfermedad febril aguda durante la cual el virus se disemina por el cuerpo, infectando muchos tejidos. La gran mayoria de la gente se recupera espontaneamente sin quedar
secuelas. En raras ocasiones (alrededor de 1 cada 2.000) el sarampi6n puede progresar a
una encefalitis grave. Esta es tambien una enfermedad aguda que bien regresa o mata al
paciente en unas pocas semanas; sin embargo, existe otra consecuencia tardia mucho
mas rara de la infecci6n por el virus del sarampi6n que ocurre muchos meses o afios tras
la infecci6n inicial del hospedador. Esta es la situaci6n conocida como panencefalitis
esclerosante subaguda (PEES). Se encuentran evidencias de la infecci6n previa por el
virus del sarampi6n (anticuerpos o detecci6n directa del virus) en todos los pacientes con
PEES, tanto si recuerdan haber padecido sarampi6n como si no. En aproximadamente 1
de 300.000 casas de sarampi6n, el virus no es eliminado del cuerpo por el sistema inmunol6gico y establece una infecci6n persistente en el SNC. En esta situaci6n, la replicacion del virus continua a un bajo nivel, pero algunos defectos en los genes de las proteinas de la envoltura previenen de la producci6n de particulas viricas extracelulares infecciosas. La falta de producci6n de proteinas de la envoltura provoca el fallo del sistema
inmunol6gico en reconocer y eliminar las celulas infectadas; de todas formas, el virus es
capaz de diseminarse directamente de celula a celula, acortando la ruta usual de infecci6n. No se sabe hasta que punta el dafio de las celulas del cerebra es causado directamente por el virus o si existe alguna participaci6n del sistema inmunol6gico en la pato-
Patogt=mesis
genesis de la PEES. La vacunaci6n contra el sarampi6n y la prevenci6n de la infecci6n
primaria deberian en ultimo extremo eliminar esta enfermedad.
Otro caso bien establecido en el que el sistema inmunol6gico esta implicado en la
patogenesis esta relacionado con las infecciones por el virus del dengue. El virus del
dengue es un flavivirus que se transmite de un huesped humano a otro por la picadura
de mosquitos. La infecci6n primaria puede ser asintomatica o puede causar la fiebre
del dengue. Esta es normalmente una enfermedad autolimitada de la que los pacientes
se recuperan tras 7 a 10 dias sin mayores complicaciones. Tras las infecciones primarias los pacientes poseen anticuerpos frente al virus. Desafortunadamente existen cuatro serotipos del virus del dengue (DEN-1 , 2, 3 y 4) y la presencia de anticuerpos frente
a un tipo no confiere protecci6n cruzada frente a los otros tres; al reves, lo empeara el
hecho de que los anticuerpos pueden facilitar la infecci6n de las celulas hematicas
perifericas mononucleadas a traves de receptores Fe que unen particulas viricas del
dengue recubiertas de anticuerpos (ver Capitulo 4). En unos pocos casas, las consecuencias de la infecci6n par el virus del dengue son mucho mas graves que la fiebre
habitual. La fiebre del dengue hemorragico (FDH) es una enfermedad que pone en
peligro la vida. En los casas mas extremos se producen hemorragias intemas graves
que provocan un shock hipovolemico (sindrome del shock del dengue, o SSD). Este
SSD es con frecuencia fatal. La causa del shock en el dengue y en otras fiebres hemorragicas es en parte debida al virus, pero en gran medida el da:fio es mediado par mecanismos inmunitarios sabre las celulas infectadas par virus (Figura 7.5). La FHD y el
INFECCION
Producido inmuno/6gicamente
Producido par el virus
~
DaFio celular
~
I
. - - 1- - - - - - - ,
.
DaFio celular
l
t
Deshidrataci6n
l
SHOCK
Figura 7.5
I _,
Permeabilidad capilar
l
Hipovolemia
/I -- !
Causas de shock en fiebres hemorragicas.
,,--A-ci-do-s-is-,a-n-o-xi-a--,
Principios de virologia molecular
SSD tras la infeccion primaria por el virus del dengue ocurren aproximadamente en 1
cada 14.000 y en 1 cada 500 pacientes, respectivamente; no obstante, tras infecciones
secundarias por el virus del dengue, Ia incidencia de la FHD es de 1 en 90 y del SSD de
1 en 50 pacientes, ya que los anticuerpos con reactividad cruzada frente al virus pero no
neutralizantes estan ya presentes. Estas cifras ilustran los problemas de la infeccion cruzada con diferentes serotipos del virus del dengue, y las dificultades que se han de afrontar para desarrollar una vacuna segura contra el virus. El virus del dengue se comenta
mas adelante en este capitulo (ver la seccion de Virus nuevos y emergentes).
Otra situacion en la que vacunas antivirales han causado un incremento en la patologia en vez de una prevencion de la enfermedad es la aparicion del sindrome de Reye
post-vacunal. El sindrome de Reye es un trastomo neurologico consistente en edema
agudo cerebral que ocurre casi exclusivamente en nifios. Es bien conocida como una
complicacion rara tras la infeccion por diversos virus, pero mas habitualmente por
virus influenza y virus varicela-zoster (VVZ). Los sintomas incluyen vomitos frecuentes, intensas cefaleas, cambios de conducta, astenia extrema y desorientacion. Las posibilidades de contraer el sindrome de Reye se incrementan si se administra aspirina
durante el comienzo de la enfermedad. Se desconocen por completo las bases de la
patogenesis de esta enfermedad, pero algunos de los casos mas desgraciados se han
producido tras la administracion de vacunas experimentales frente al virus influenza.
El sindrome de Guillain-Barre es una enfermedad igualmente misteriosa en la que
la desmielinizacion de los nervios causa paralisis parcial y debilidad muscular. El comienzo del sindrome de Guillain-Barre sigue generalrnente a una infeccion aguda de
tipo virico, pero nunca se ha asociado firmemente un agente a esta enfermedad. La
enfermedad de Kawasaki es similar al sindrome de Reye en que aparece en nifios, pero
se diferencia en que provoca una grave lesion cardiaca. Igual que el sindrome de
Guillain-Barre, la enfermedad de Kawasaki parece que surge tras infecciones agudas.
La enfermedad misma no es infecciosa, pero parece presentarse en forma de epidemias, lo que sugiere que la causa sea un agente infeccioso. Se ha propuesto un gran
numero de patogenos bacterianos y viricos que podrian estar asociadas con la induecion de !a enfermedad de Kawasaki, pero tam bien se desconoce la causa subyacente de
esta patologia. Parece como que la propia infeccion aguda, mas que un patogeno determinado, es la responsable de la aparicion de estas enfermedades.
En los ultimos afios se ha llevado a cabo la busqueda de un agente responsable de
una enfermedad nueva denominada sindrome de fatiga cronica (SFC) o encefalomielitis
mialgica (EM). A diferencia de las patologias antes descritas, el SFC es una enfermedad mal definida que no es aceptada por todos los medicos. Algunas investigaciones
recientes han descartado la idea de que el VEB pueda causar el SFC, pero se ha sugerido una diversidad de otras causas posibles, incluyendo otros herpesvirus, enterovirus
y retrovirus. Algunos informes han propuesto que la infeccion por el virus del sarampion antes del desarrollo de una madurez inmunologica completa (es decir, antes de los
2 afios de edad) puede estar asociada a colitis ulcerosa y enfermedad de Crohn. Esta
idea es verosimil, ya que el virus del sarampion puede infectar y persistir en celulas
endoteliales en el tracto gastrointestinal y causar una respuesta inmunitaria con formacion de celulas gigantes; sin embargo, hay que conseguir mas evidencias para que esto
Patogenesis
pueda ser verificado. Todas estas enfermedades y sfndromes ilustran la complejidad de
la patogenesis vfrica y demuestran que a veces resulta dificil distinguir los efectos
_directos de la replicaci6n viral y el dafio causado por un control deficiente del sistema
-inmunol6gico.
BACTERIOFAGOS Y ENFERMEDAD HUMANA
~Pueden los bacteriOfagos, virus que son solo capaces de infectar a celulas
procarioticas, desempefiar un papel en las enfermedades humanas? Sorprendentemente,
la respuesta es afirmativa. Las cepas de Escherichia coli productoras de toxina de
Shiga (Stx) (ECTS) son capaces de producir enfermedades intestinales transmitidas
por alimentos, como diarrea y colitis hemomigica. El serotipo 0157:H7 de E. coli
enterohemomigico, elllamado «microbia de las hamburguesas», ha despertado mucho
interes en los ultimos afios. Las infecciones por ECTS pueden conducir a complicaciones fatales, como el sfndrome hemolitico-uremico, asf como a trastomos neurol6gicos.
Las principales caracterfsticas de virulencia de estas cepas de bacterias son su capacidad de colonizar el intestino (un rasgo natural de E. coli) y de producir y secretar
«toxinas de Shiga», que pueden lesionar las celulas endoteliales y tubulares y provocar
un fracaso renal agudo. Al menos 100 serotipos diferentes de E. coli producen toxinas
Stx, y las bacterias ECTS se encuentran frecuentemente en el intestino del ganado
bovina y de otros animales domesticos como ovejas, cabras, cerdos y caballos. Se
puede producir la contaminaci6n fecal de la came, generalmente en el momenta del
sacrificio. La came picada como la de las hamburguesas es particularmente peligrosa,
ya que la contaminacion bacteriana superficial se convierte en profunda en el interior
de la came, donde no puede ser inactivada por la coccion.
~Que tiene esto que ver con los bacteri6fagos? Se conocen varios tipos de Stx, que
se clasifican en dos tipos principales: toxina Shiga 1 (Stxl) y toxina Shiga 2 (Stx2).
Los genes de las toxinas Stx 1 y Stx2 son codificados por el genoma de profagos
lisogenicos parecidos a lambda introducidos en la bacteria. Es sabido que estimulos
como la luz UV o la mitomicina C inducen a estos profagos a liberar cosechas de
particulas fagicas que pueden infectar y lisogenizar otras bacterias susceptibles en el
intestino, lo que causa la alta prevalencia de bacterias ECTS (hasta el 50% del ganado
en algunas explotaciones). Se ha demostrado en estudios recientes que el escandaloso
y excesivo uso de los antibi6ticos como «promotores del crecimiento» en la cria de
animales de granja, e incluso el tratamiento con antibi6ticos de personas con infecciones, puede estimular la producci6n de partfculas fagicas y contribuye al incremento en
la prevalencia de bacterias ECTS yen el numero de victimas mortales humanas. Otros
detenninantes de virulencia bacteriana tambien son codificados por fagos lisogenicos
(por ej., la toxina difterica, las toxinas eritrogenicas de Streptococcus, las enterotoxinas de Staphylococcus), aunque las presiones selectivas que mantienen estos procesos
nose conocen todavia. Los datos que se van obteniendo de las secuencias de genomas
bacterianos indican claramente que los fagos han sido responsables de la diseminaci6n
de los determinantes de virulencia en una amplia gama de pat6genos.
Principios de virologia molecular
La otra area en la que los bacteri6fagos pueden influir en las enfermedades humanas es la bacteriofagoterapia; el uso de bacteri6fagos como antibi6ticos. Esta no es una
idea nueva, pues los experimentos iniciales fueron realizados (sin exito) al poco tiempo del descubrimiento de los bacteri6fagos hace casi 100 afios (Apendice 3); sin embargo, con el desarrollo progresivo de resistencias de las bacterias a los antibi6ticos y
la aparici6n de «supermicrobios» inmunes a todos los tratamientos, el interes por esta
idea ha experimentado un resurgimiento. Aunque atractiva en teoria, esta estrategia
adolece de una serie de defectos:
•
•
•
Los bacteri6fagos son bastante especificos en su empleo de receptores y por tanto
en las cepas de bacterias que pueden infectar; por tanto, son agentes antibacterianos
de «espectro reducido».
Las bacterias expuestas a los bacteri6fagos desarrollan rapidamente resistencia a la
infecci6n reduciendo la expresi6n o mutando el receptor del fago.
La liberaci6n de endotoxinas como consecuencia de la intensa lisis de bacterias en el
organismo puede producir un shock t6xico.
La administraci6n reiterada de bacteri6fagos resulta en una respuesta inmunitaria
que neutraliza las particulas fagicas antes de que puedan actuar.
Podria ser, sin embargo, que esta resultase ser una terapia util para ciertas infecciones bacterianas que no pueden ser tratadas por metodos convencionales. Recientemente se ha demostrado que unos anticuerpos producidos por bioingenieria pueden ser
dirigidos al cerebro por vectores fagicos, y esta nueva estrategia esta siendo explorada
para el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer y de la adicci6n a la cocaina.
TRANSFORMACION CELULAR POR VIRUS
La transformacion es un cambio en los parametros morfol6gicos, bioquimicos y
de crecimiento de una celula. La transformaci6n puede originar o no celulas capaces
de producir tumores en animales de experimentaci6n, lo que se conoce propiamente
como transformaci6n neoplasica. Por lo tanto, las celulas transformadas no causan
automaticamente el desarrollo de un «cancer». La carcinogenesis (o dicho con mas
propiedad, la oncogenesis) es un proceso complejo, en varias etapas, en el que la transformaci6n celular puede ser solo el primer paso, aunque esencial, del proceso. Las
celulas transformadas tienen un fenotipo alterado, que se manifiesta como una (o mas)
de las siguientes caracteristicas:
Perdida de Ia dependencia de anclaje: Las celulas adherentes normales (o sea, no
transformadas) como los fibroblastos o las celulas epiteliales requieren una superficie ala que poderse adherir. En el cuerpo este requerimiento se suple por las celulas
adyacentes o por otras estructuras; in vitro es ej ercido por el crista! o el plastico de
los recipientes en los que se cultivan las celulas . Algunas celulas transformadas
pierden su capacidad de adherirse a las superfi cies s6lidas y flo tan libremente (o en
grumos) en el medio de cultivo, sin perder su viabilidad.
Patogenesis
• Perdida de Ia inhibicion por contacto: Las celulas adherentes normales en cultivo se dividen y crecen basta que han recubierto toda la superficie disponible para
adherirse. En ese momento, cuando las celulas adherentes estin en contacto unas
con otras, cesa la division celular; las celulas no siguen creciendo y no se amontonan unas encima de otras. Muchas celulas transformadas han perdido esta propiedad. Celulas transformadas individuates en una placa de cultivo se vuelven visibles
como pequefias areas engrosadas de crecimento llamadas «focos transformados»;
clones de celulas derivadas todas elias de una sola celula originaria.
• Formacion de colonias en medio semisolido: La mayor parte de las celulas normales (tanto las adherentes como las no adherentes, como los linfocitos) no crecer:in en medios que sean parcialmente s6lidos debido a que se les han afiadido sustancias como agarosa o hidroximetilcelulosa; sin embargo, muchas celulas transformadas creceran en estas condiciones formando colonias, ya que el movimiento
de las celulas esta restringido por el medio.
• Disminucion de Ia necesidad de factores de crecimiento: Todas las celulas necesitan factores de crecimiento. En un sentido amplio, estos incluyen compuestos
como iones, vitaminas y hom1onas que no pueden fabricar las celulas. Mas especificamente, se incluyen peptidos reguladores como el factor de crecimiento epidermico (FCE) y el factor de crecimiento derivado de las plaquetas (FCDP) que regulan
el crecimiento de las celulas. Son moleculas potentes que tienen efectos profundos
sobre el crecimiento celular. Algunas celulas transformadas pueden haber disminuido o incluso perdido sus requerimientos de algunos factores especificos. La producci6n por una celula de un factor de crecimiento necesario para su propio
crecimiento se conoce como estimulaci6n autocrina y es uno de los mecanismos
por los que se pueden transformar las celulas.
La transformaci6n celular es un proceso de un solo «golpe»; esto es, un solo virus
transforma una sola celula (ver oncogenesis, que es la formaci6n de tumores y un
proceso en multiples etapas). Toda o parte del genoma virico persiste en la celula
transformada y se integra (aunque no siempre) en la cromatina de la celula hospedadora.
La transformaci6n usualmente se acompafia de la expresi6n continuada de un repetiorio limitado de genes virales o rara vez de una infeccion productiva. Los genomas
viricos que se encuentran en las celulas transformadas son con frecuencia defectivos
en replicaci6n y contienen deleciones importantes.
La transformaci6n es mediada por proteinas codificadas por oncogenes. Estos genes
reguladores se pueden agrupar segun distintos criterios; por ejemplo, segl!n su origen,
funci6n bioquimica o localizaciones subcelulares (Tabla 7.3). Los virus transformantes de celulas pueden contener genomas de ADN ode ARN, pero todos ellos tienen al
menos una etapa de ADN en su ciclo de replicaci6n; esto es, los l!nicos virus ARN
directamente capaces de realizar transformaci6n celular son los retrovirus (Tabla 7.4).
Ciertos retrovirus contienen hom6logos de c-ones derivados originariamente de genes
celulares conocidos como v-oncs. Por el contrario, los oncogenes de los virus transfermantes con ADN son exclusivos del genoma viral; no existen secuencias hom6logas
presentes en las celulas normales. Los genes implicados en la formaci6n de tumores se
pueden clasificar segl!n sus funciones bioquimicas:
Principios de virologia molecular
Tipo
Ejemplo
Factores de crecimiento extracelular
(hom6logos de factores
de crecimiento normales)
c-sis:
int-2:
codifica la cadena B. del factor de crecimiento
derivado de plaquetas (FCDP) (v-sis en el virus
del sarcoma de simio)
codifica un factor de crecimiento relacionado con
el factor de crecirniento de los fibroblastos (FCF)
(sitio comtm de integraci6n para el virus del
tumor mamario del raton)
Receptores de tirosina kinasas
(asociadas con la superficie intema
de la membrana celular)
c-fms: codifica el receptor del factor estimulante de
colortias 1; identificado primero como
un oncogen de retrovirus
c-kit: codifica el receptor del factor de crecimiento
de mastocitos
Tirosina kinasas no receptores
asociadas a membranas
c-src:
lck:
v-src fue el primer oncogen identificado
(virus del sarcoma de Rous)
asociado con los antigenos CD4 y CD8
de celulas T
Receptores acoplados a proteina G
(seiial de transducci6n)
mas:
Proteinas G asociados a membrana
(seiial de transduce ion)
e-ras: tres hom6logos diferentes del gen e-ras, cada
uno identificado en un tipo diferente de tumor
y transducido por un retrovirus diferente
Serina/treonina kinasas
(seiial de transducci6n)
c-rcif.
Urti6n a ADN nuclear/factores
de transcripci6n
c-myc (v-myc en el virus de la mielocitomatosis aviar):
se producen sarcomas por disrupci6n de c-myc
por integraci6n retroviral o reordenamientos
cromos6micos
c-fos (c-fos en el virus del osteosarcoma felino) :
inteacciona con una segunda proteina de
proto-oncogen, Jun, para formar un complejo
regulador de !a transcripci6n
codifica el receptor de la angiotensina
participa en activaci6n de seiiales; responsable
de la fosforilac i6n de treonina en la proteina
kinasa activada por mit6geno tras activaci6n
del receptor
Oncogenes y proto-oncogenes: Los oncogenes son formas mutadas de proto-oncogenes, genes celulares cuya funcion normal es promover el crecimiento normal y
la division de las celulas.
• Genes supresores de tumores: Estos genes norrnalmente funcionan inhibiendo el
ciclo y la division celular.
•
Patogemesis
(
Tiempo
de formacion
del tumor
Eficacia
en Ia formacion
del tumor
Transductor
(transformantes
agudos)
Breve (semanas)
Elevada (>100%)
c-one transducido por virus
(es decir, v-ane en el genoma
virico; generalmente defectivo
en replicaci6n)
Activaci6n en cis
(transformantes
cr6nicos)
Intermedio (meses)
Intermedia
c-one en el genoma celular
activado por inserci6n del
provirus; no hay oncogen en
el genom a virico (competente
en replicaci6n)
Activador en trans
Largo (afios)
Baja (<1%)
Activaci6n de genes celulares
por proteinas viricas que act:Uan
en trans (competente en
replicaci6n)
Tipo de virus
•
Tipo de oncogen
Genes reparadores del ADN: Estos genes aseguran que cada cadena de informacion genetica sea copiada fielmente durante la division de la celula en su ciclo
celular. Las mutaciones en estos genes conducen a un incremento en la frecuencia
de otras mutaciones (por ej., en enfermedades como la ataxia-telangiectasia y el
xeroderma pigmentoso ).
La funcion de los productos de los oncogenes depende de su localizacion celular
(Figura 7.6). Varias clases de oncogenes se asocian con el proceso de transduccion de
sefial; la transferencia al nucleo de la informacion resultante de la union de ligandos
extracelulares a receptores celulares (Figura 7.7). Muchas de las kinasas en estos grupos tienen un tipo comun de estructura con dominios funcionales conservados presentes en las regiones transmembrana hidrofobica e intracelular hidrofilica (Figura 7.8).
Estas proteinas se asocian con las membranas celulares o se encuentran en el citoplasma. Otras clases de oncogenes localizados en el nucleo estan normalmente encargados
del control del ciclo celular (Figura 7.9). Los productos de estos genes vencen larestriccion entre las fases G 1 y S del ciclo celular, que es el momento clave de control que
previene la division celular descontrolada. Algunos oncogenes viricos no son suficientes por si solos para producir un fenotipo completo de celula transformada; no obstante, en algunos casos pueden cooperar con otro oncogen con funcion complementaria
para producir el fenotipo transformado completo; por ejemplo, el gen ElA de adenovirus mas el gen ElB o el gen e-ras transforma las celulas NIH3T3 (una linea celular de
fibroblastos de raton). Esto ultimo subraya el hecho de que la oncogenesis es un proceso complejo, en multiples etapas.
Principios de virologia molecular
abl, src, yes
ErbB, fms, kit, ros, sea
Receptores de factores
de crecimiento
Proteina kinasas
ligadas a membranas
Proteina kinasas
citoplasmaticas
fps, mos, raf
58
einas G
erbA, ets, fos, jun
myb, myc, rei, ski
Oncogenes nucleares
reguladores de Ia transcripci6n,
reguladores del ciclo celular
Figura 7.6
Localizaci6n subcelular de oncoproteinas.
Transformaci6n celular por retrovirus
No todos los retrovirus son capaces de transformar celulas; por ejemplo, los lentivirus
como el VIH no transforman celulas, aunque son citopaticos. Los retrovirus que pueden
transformar celulas se clasifican en tres grupos: transductores, activadores en cis y
activadores en trans. Las caracteristicas de estos tres grupos se muestran en la Tabla 7.4.
Si hay oncogenes en todas las celulas, wor que la transformaci6n ocurre como resultado
de una infecci6n virica? La causa es que los oncogenes pueden ser activados de una de
dos maneras, bien por cambios sutiles de la estructura normal del gen o por interrupci6n
del control normal de la expresi6n. Los genes transformantes de los retrovirus transfermantes agudos (v-anes) se derivan de los genes c-ones, con los que tienen una alta
homologia, y se piensa que han sido transducidos por virus; sin embargo, la mayoria de
los v-anes poseen ligeras alteraciones respecto a sus progenitores c-ones. Muchos contienen pequefias modificaciones en Ia secuencia que alteran Ia estructura y Ia funci6n de
la oncoproteina producida. Otros contienen pequefias deleciones de parte del gen. La
mayoria de las oncoproteinas de los retrovirus transformantes agudos, defectives en replicaci6n, son proteinas de fusion, que contienen secuencias adicionales derivadas de
genes viricos, comunrnente secuencias del gen gag en el extrema amino-terminal de la
proteina. Estas secuencias adicionales pueden alterar la funci6n de la localizaci6n celular de la proteina, y estas anomalias generan Ia transforrnaci6n .
Patog€mesis
Factor de crecimiento
Mensajero
intracelular
\
Proteina diana
\
OJ ------------ ~
ViaAMPc
Figura 7.7
Via Ca 2+
Mecanismos celulares de transducci6n de seiiales.
Altemativamente, los virus pueden causar una expresi6n anormal de una oncoproteina no alterada. Esto podria suceder por sobreexpresi6n de un oncogen bajo el control de un promotor virico en vez de bajo su promotor celular normal, o bien puede ser
la expresi6n temporal inapropiada de una oncoproteina que trastoma el ciclo celular.
Los genomas de retrovirus transformantes cr6nicos no contienen oncogenes. Estos
virus activan c-ones por un mecanisme conocido como activaci6n insercional. Un
provirus que se integra en el genoma celular proximo a una secuencia c-one puede
activar indirectamente la expresi6n del gen, de un modo analogo a aquel por el que los
v-anes han sido activados por transducci6n (Figura 7.10). Esto puede ocurrir si el
provirus se integra por delante del gen c-one, que podria ser expresado por media de
una transcripci6n a traves del genoma virico mas las secuencias siguientes; sin embargo, la activaci6n insercional puede suceder tambien cuando un provirus se integra
despues de una secuencia c-one o por delante, pero en orientaci6n invertida. En estos
casos, la activaci6n es el resultado de elementos potenciadores («enhancers») en el
Principios de virologfa molecular
Membrana
celular
,._
0
Acido miristico
Dominios
transmembrana
H2N
H gag I
Hgag 1 Actina
Dominio de 250
aminoacidos en Ia
proteina kinasa
gag
gag
fes
11
I
(f)
"'
"'c
·u;
:.;;:
e
I
I
gag
"'c
F
I
ros
fms
H
I
fps
I
erb-B
I
(f)
I
gag
gag
H
I
fgr
abl
gag
gaq[
I
yes
I
I
-
ICOOH
src
(f)
I
raf
"'c
"'
:.;;:
"'c
(f)
I
I
mos
I
J
-~
(f)
Figura 7.8 Familia de las proteina kinasas de retrovirus implicadas en Ia transformaci6n. Muchas de
estas moleculas son proteinas de fusion que contienen secuencias amino-tenninales derivadas del gen
gag del virus. La mayo ria de este tipo contiene el acido graso miristato, que se afiade a! extremo N-tenninal
de Ia proteina tras su traducci6n, y que ancla Ia proteina a Ia superficie intema de Ia membrana citoplasmatica de Ia celula hospedadora. En ciertos casos, se ha demostrado que esta modificaci6n posttraduccional es esencial para Ia acci6n transformante de Ia proteina.
F~_D_IV_IS_Io_·
N_-'
p53
Rb
Figura 7.9
Diagrama esquematico mostrando las fases del ciclo celular eucari6tico.
Patogenesis
Mecanismo de lectura a traves
.JII
..
Provirus
c-one
Potenciador transcripcional anterior
Provirus
c-one
Potenciador transcripcional posterior
-
•
c-one
Provirus
Figura 7.10 Mecanismos por los que los oncogenes celulares pueden ser transcripcionalmente activados por mutagenesis insercional de retrovirus.
promotor viral (Capitulo 5). Estos pueden actuar incluso cuando el provirus se integra
a una distancia de varias kilobases del gen c-one. Los ejemplos mas conocidos de este
fenomeno suceden en pollos, en los que la insercion del virus de la leucosis aviar
(avian leukosis virus, ALV) activa el gen myc, y en ratones, en los que la insercion del
virus del tumor mamario del raton (mouse mamma1y tumour virus, MMTV) activa el
gen int.
La transformacion por el tercer tipo de retrovirus se produce por un mecanismo
bastante diferente. El virus de la leucemia de celulas T humanas (VLTH) (human T-cell
leukaemia virus, HTLV) y algunos virus relacionados de animales codifican una proteina activadora de la transcripcion en el gen viral tax. La proteina Tax actlia en trans
estimulando la transcripcion desde el LTR del virus. Se cree que la proteina activa
tambien la transcripcion de muchos genes celulares por su interaccion con factores de
transcripcion (Capitulo 5); sin embargo, la oncogenesis por VLTH (es decir, la formacion de un proceso leucemico) tiene un periodo de latencia de 20 a 30 a:fios. En consecuencia, la transformacion celular (que se puede reproducir in vitro) y la formaci on de
un tumor (que no se puede) no son la misma cos a; se necesitan acontecimientos adicionales para el desarrollo de una leucemia. Se cree que para que se produzca un proceso
maligno son tambien necesarias las anomalias cromosomicas que pueden producirse
Principios de virologia molecular
en la poblaci6n de celulas transformadas por VLTH, aunque las dificultades en estudiar un proceso tan largo hacen que todavia este no sea bien comprendido.
Transformaci6n celular por virus de ADN
A diferencia de lo que sucede con los oncogenes de los retrovirus, los genes transformantes de los virus de ADN productores de tumores no tienen hom6logos celulares.
Algunas familias de virus conADN son capaces de transfonnar celulas (Tabla 7.5). En
terminos generales, las funciones de sus oncoproteinas son mucho menos diversas que
las de las codificadas por los retrovirus. Son principalmente proteinas nucleares implicadas en el control de la replicaci6n del ADN que directamente afectan al ciclo celular.
Logran sus efectos interactuando con proteinas celulares que normalmente parecen
tener un efecto regulador negativo de la proliferaci6n celular. Dos de las proteinas
celulares mas importantes implicadas son conocidas como p53 y Rb.
p53 fue originahnente descubierta en virtud del hecho de que forma complejos con
el antigeno T de SV40. Ahara sabemos que tambien interactUa con oncoproteinas de
otros virus ADN, incluyendo las de los adenovirus y los papilomavirus. El gen que
codifica p53 se ve alterado o mutado en la mayoria de los tumores, lo que implica que
la perdida del producto genico normal se asocia con la aparici6n de celulas transfonnadas con malignidad. Cuando se inyectan las celulas tumorales con la proteina nativa
muestran in vitro una tasa disminuida de divisiones celulares y una tumorigenicidad
disminuida in vivo. Los ratones transgenicos que no poseen un gen p53 intacto se
desarrollan con nonnalidad pero son susceptibles a la formaci6n de tumores espontaneos; por lo tanto, esta clara que p53 juega un papel fundamental en el control del ciclo
celular. Se cree que es un supresor tumoral o un «anti-oncogen» y se le ha llamado «el
guardian del genoma». p53 es un factor transcripcional que activa la expresi6n de
algunos genes celulares, principalmente WAFl , que codifica una proteina que es un
inhibidor de las kinas as ciclina-dependientes G 1, causando la detenci6n del ciclo celular en la fase G 1 (Figura 7.9). Debido a que estos virus requieren la replicaci6n del
ADN celular para su propia propagaci6n, ello explica por que sus proteinas transfermantes tienen como objetivo p53.
II
'
Virus
Proteina(s) transformante(s)
Diana celular
Adenovirus
Poliomavirus (SV40)
E IA + ElB
antigeno T
Rb, p53
p53,Eb
E5
E6
E7
receptor FCDP
p53
Rb
Papilomavirus:
PVB-1
PVH
Patogemesis
Rb se descubrio cuando se observo que el gen que codifica esta proteina esta siempre dafiado o delecionado en un tumor del nervio optico conocido como retinoblastoma;
de ello se concluyo que la funcion normal de este gen es tambien la de un supresor
tumoral. La proteina Rb forma complejos con un factor de transcripcion llamado E2F.
Este factor se necesita para la transcripcion de genes de adenovirus, pero E2F participa
tambien en la transcripcion de genes celulares que conducen a celulas en reposo a la
fase S. La formacion de complejos inactivos E2F-Rb tiene el mismo efecto general que
la accion de p53; la detencion del ciclo celular enGl. La liberacion de E2F por sustitucion de complejos E2F-Rb con complejos E1A-Rb, antigeno T-Rb o E7-Rb estimula
la replicacion de ADN celular y virico.
El antigeno T de SV40 es una de las proteinas viricas descritas que se unen a p53.
En el Capitulo 5 se describe el papel del antigeno T mayor en la regulacion de la
transcripcion de SV40. La infeccion de las celulas por SV40 o por otros poliomavirus
puede dar Iugar ados resultados:
• Infeccion productiva (litica).
• Infeccion no productiva (abmiiva).
El resultado de la infeccion parece estar determinado en primer Iugar por el tipo
celular infectado; por ejemplo, el poliomavirus del raton establece una infeccion litica
en celulas de raton, pero una infeccion abortiva en celulas de rata 0 de hamster, mientras que SV40 provoca una infeccion litica en celulas de simio pero una infeccion
abortiva en celulas de raton. De todas formas, el antigeno T esta tambien implicado en
la replicacion del genoma ademas de en la transcripcion. La replicacion del ADN de
SV40 se inicia por la union del antigeno T mayor a la region origen del genoma (Figura 7.11 ). La funcion del antigeno T se controla mediante fosforilacion, que disminuye
la capacidad de la proteina de unirse al origen de SV40.
El genoma de SV40 es muy pequefio y no codifica toda la informacion necesaria
para la replicacion del ADN; por lo tanto, es esencial que la celula hospedadora entre
en fase S, cuando el ADN celular y el genom a virico se replican juntos. Las interacciones proteina-proteina entre el antigeno T y la ADN polimerasa a estimulan directamente la replicacion del genoma viral. Se conocen todas las regiones exactas del antigeno
SLN
nn
Dedo de cine
p105-RB
Uni6naiADN
II
Pola, p53
1
ATPas a, union al ATP
I
I
L__________________~l
708
Helicasa
Figura 7.11 Regiones del antigeno T de SV40 implicadas en interacciones proteina-proteina. Se muestran tambien otros dominios funcionales de la proteina que intervienen en la replicaci6n del ADN viral,
incluidos los dominios de Ia helicasa, Ia ATPasa y la seiial de localizaci6n nuclear (SLN).
Principios de virologia molecular
T que se unen al ADN, ala ADN polimerasa a, a p53 y aRb (Figura 7.11 ). La inactivaci6n de proteinas supresoras de tumor unidas al antigeno T causa que las celulas detenidas en G 1 pasen a fase S y se dividan, y este es el mecanismo que provoca la transformaci6n; no obstante, la frecuencia con que celulas infectadas abortivamente resultan transformadas es baja (alrededor de 1 X w-5). Por lo tanto, la funci6n del antigeno T es alterar
el ambiente celular para permitir la replicaci6n del ADN virico. La transformaci6n es
una consecuencia rara y accidental del secuestro de proteinas supresoras de tumor.
Las proteinas inmediatas-precoces de adenovirus son amilogos en muchos aspectos
del antigeno T de SV40. E1A es un regulador transcripcional que actua en trans de los
genes precoces de adenovirus. Como el antigeno T, la proteina ElA se une a Rb,
inactivando el efecto regulador de esta proteina, permitiendo la replicaci6n del ADN
virico y, de forma accidental, estimulando la replicaci6n del ADN celular (ver antes).
EIB se une a p53 e intensifica los efectos de ElA. El efecto combinado de las dos
proteinas se puede observar en el fenotipo de las celulas transfectadas con ADN conteniendo estos dos genes (Tabla 7.6). No obstante, la interacci6n de estas proteinas con
la celula es mas complicada que la simple inducci6n de sintesis de ADN. La expresi6n
de E1A sola causa que las celulas sufran apoptosis. La expresi6n combinada de EIA y
EIB vence esta respuesta y pennite a las celulas transformadas sobrevivir y crecer.
Las infecciones genitales por papilomavirus humanos (PVH) son muy comunes,
produciendose en mas del 50% de los adultos j6venes sexualmente activos, y general-
Replicaci6n de VHB, inserci6n
de genes vi rices en genoma celular
Replicaci6n
de VHB
VHB
0 -
lnfecci6n
Hepatoc1to
infectado
cr6nicamente
~
Datio t1sular cr6mcc
Activaci6n insercional
del gen c-one?
Trans-activaci6n
de c-one por el
gen XdeVHB?
L
Hepatoc1l0 ccn
transformaci6n
maligna
Reparac1on con errores
deiADN?
Figura 7.12 Posibles mecanismos de formaci6n del carcinoma hepatocelular causado porIa infecci6n
por el virus de Ia hepatitis B.
Patogemesis
Protein a
Fenotipo celular
ElA
Inmortalizaci6n pero sin alteraci6n morfol6gica; no tumorigenica en animates
Sin transformaci6n
lnmortalizaci6n y alteraci6n morfol6gica; tumorigenicas en animales
ElB
ElA+ElB
mente son asintomaticas. Algunos serotipos de PVH parecen estar asociadas con un
bajo riesgo de desarrollar posteriormente canceres anogenitales, como el carcinoma
cervical, tras un periodo de incubacion de varias decadas. Cada afio se diagnostican
500.000 casos nuevos de neoplasia cervical, haciendo que esta sea una de las tres
causas mas frecuentes a nivel mundial de muerte por cancer en mujeres. El PVH es una
causa fundamental del cancer cervical; el 93% de todos los canceres cervicales dan
positivo a uno o mas tipos de alto riesgo de PVH. De los 60 tipos de PVH reconocidos
actualmente solo cuatro de ellos parecen estar asociadas con un alto riesgo de formacion de tum ores (VPH -16, 18, 31 y 45). De nuevo la transformacion esta mediada por
productos de genes precoces del virus; sin embargo, las proteinas transformantes varian de un tipo de papilomavirus a otro, como se muestra en la Tabla 7.5. En terminos
generales, parece ser que dos o mas proteinas tempranas cooperan a menudo para dar
lugar a un fenotipo transformado. Aunque algunos papilomavirus pueden transformar
celulas por si solos (por ej., PVB-1) otros parecen requerir la cooperacion de un oncogen
celular activado (por ej., PVH-16/ras). En los papilomavirus bovinos, la proteina E5
es la responsable de la transformacion. En PVH-16 y PVH-8, las proteinas E6 y E7 son
las implicadas.
Para mayor confusion, en muchos casos se mantiene en las celulas tumorales
todo o parte del genoma de papilomavirus, incluidos los genes supuestamente transformantes , mientras que en otros casos (por ej., PVB-4) el ADN del virus se puede
perder tras la transformacion, lo que puede indicar un posible mecanismo de «golpea
y corre» en la transformacion. Parece que distintos papilomavirus utilizan mecanismos ligeramente diferentes para lograr la replicacion del genoma, por lo que la
tranformacion celular puede proceder de vias ligeramente diferentes. Es importante
que se alcance una mejor comprension de estos procesos. No existe una evidencia
clara de que los adenovirus o los poliomavirus participen en la formacion de tumores
humanos. Por el contrario, la evidencia de que los papilomavirus estan habitualmente implicados en la formacion de carcinomas malignos de pene y de cuello uterino es
cada vez mas clara.
En los ultimos afios se ha tenido evidencia de que p53 y Rb son importantes sensores
celulares para la apoptosis. La perdida de estas proteinas activa la apoptosis, el principal mecanismo anti-cancer de las celulas; por tanto, los virus que interfieren con estas
proteinas han tenido que desarrollar mecanismos para contrarrestar su efecto (ver la
discusion en el Capitulo 6).
Principios de virolog fa molecular
VIRUS Y CANCER
Existen numerosos ejemplos de virus que causan tumores en animales de experimentaci6n, estimulando una larga busqueda de virus que podrian causar cancer en
seres humanos. Durante muchos afios esta busqueda fue infructuosa, tanto que unos
pocos cientificos afirmaron categ6ricamente que los virus no causaban tumores en
humanos. Como todas las afirmaciones precipitadas, esta estaba equivocada. En Ia
actualidad conocemos al menos seis virus asociadas con la fom1aci6n de tumores en
humanos infectados (VHH-4/VEB , VHB, VHC, VHH-8, PVH, VLTH); no obstante, la
relaci6n entre infecci6n viral y Ia tumorigenesis es indirecta y compleja. El papel que
desempefia Ia proteina tax de VLTH en la leucemia ya ha sido descrita (ver Transformaci6n celular por retrovirus). La evidencia de que los papilomavirus pueden estar
implicados en tumores humanos esta tambien aumentando. Existen casi seguro muchos mas virus que causan tumores en humanos, pero en lo que resta de este capitulo se
describen dos ejemplos que han sido estudiados intensamente: el virus de Epstein-Barr
(VEB) y el virus de Ia hepatitis B (VHB).
El virus de Epstein-Barr fue identificado par vez primera en 1964 en una linea
celular linfoblastoide derivada de un paciente africano con linfoma de Burkitt. En 1962,
Dennis Burkitt describi6 un linfoma muy maligne, cuya distribuci6n en Africa era
similar a lade la malaria. Burkitt reconoci6 que este tumor era raro en la India pero que
ocurria en nifios indios que vivian en Africa, par lo que busc6 una causa ambiental.
Inicialmente pens6 que el tumor podia ser causado par un virus transmitido por mosquitos (lo que no es cierto). La asociaci6n entre el VEB y ellinfoma de Burkitt no esta
completamente clara:
•
•
•
El VEB esta ampliamente distribuido mundialmente, pero el linfoma de Burkitt es
raro.
El VEB se encuentra en muchos tipos celulares en los pacientes con linfoma de
Burkitt, no solo en las celulas tumorales.
Se encuentran a veces casos raros de linfoma de Burkitt en paises donde Ia malaria
no esta presente, lo que sugiere que existe mas de una ruta para este tumor.
El virus de Epstein-Barr tiene un tropismo dual, par los linfocitos B humanos (generando una infecci6n no productiva) y por las celulas epiteliales, en las que ocurre
una infeccion productiva . El resultado habitual de Ia infecci6n par VEB es una activaci6n policlonal de celulas B y una proliferaci6n benigna de estas celulas que frecuentemente es asintomatica pero que a veces produce una enfermedad relativamente
!eve conocida como mononucleosis infecciosa o fiebre ganglionar. En 1968, se demostr6 que el VEB podia transformar in vitro eficazmente (o sea, inmortalizar) linfocitos
B humanos. Esta observaci6n claramente refuerza Ia idea de que el VEB participa en la
formaci6n de tumores. Ahora existen evidencias epidemio16gicas y/o moleculares de
que el VEB esta asociado al menos con cinco tumares humanos:
•
•
Linfoma de Burkitt.
Carcinoma nasofaringeo (CNF), un tumor muy maligne que se observa con mas
frecuencia en China. Hay una fuerte asociaci6n entre el VEB y el CNF. A diferencia
Patogemesis
del linfoma de Burkitt, el virus se ha encontrado en todos los tumores que se han
estudiado. Se piensa que algunos factores ambientales, como el consumo de
nitrosaminas en pescados en salaz6n, tambien participan en Ia formaci6n del CNF
(comparese con el papel de Ia malaria en Ia formaci6n dellinfoma de Burkitt).
• Linfomas de celulas B en individuos inmunosuprimidos (por ej., en pacientes de
SIDA).
• Algunas formas clonales de enfermedad de Hodgkin.
• Sindrome l:infoproliferativo asociado a X, una rara enfermedad que se observa usualmente en varones, en los que la infecci6n por VEB causa una respuesta hiperinmune,
causando a veces una forma fatal de fiebre glandular y a veces cancer de ganglios
linfaticos. Este sindrome es un defecto hereditario debido a un gen defectuoso en el
cromosoma X.
La transformaci6n celular por el VEB es un proceso complejo que implica las interacciones cooperativas entre varias proteinas virales. Tres explicaciones posibles de Ia
relaci6n entre el VEB y el linfoma de Burkitt son:
1. VEB inmortaliza un gran nillnero de linfocitos B; simultaneamente, Ia malaria causa una inmunosupresi6n de celulas T. Existe por tanto una gran numero de celulas
diana en las que un tercer evento (por ej ., una translocaci6n cromos6mica) da como
resultado la formaci6n de una celula con una transformaci6n maligna. La mayoria
de los tumores de linfoma de Burkitt contienen translocaciones que afectan al cromosoma 8, que ocasionan Ia activaci6n del gen c-myc, lo que apoya esta hip6tesis.
2. La malaria genera una activaci6n policlonal de celulas B. El VEB posteriormente
inmortaliza una celula que contiene una translocaci6n c-myc preexistente. Este mecanismo seria practicamente indistinguible del anterior.
3. jEl VEB es simplemente un virus transeunte! Ellinfoma de Burkitt existe tambien
en Europa y Norteamerica, aunque es muy raro en estas regiones; no obstante, el
85% de estos pacientes no estan infectados por el VEB, lo cual implica que hay
otras causas para el linfoma de Burkitt.
Aunque nose ha demostrado formalmente, parece probable que bien (1) y/o (2) es
Ia verdadera explicaci6n del origen del linfoma de Burkitt.
Otro caso en el que un virus aparece asociado a Ia formaci6n de un tumor humano
es el VHB respecto al carcinoma hepatocelular (CHC). La hepatitis es una inflamaci6n
del higado y como tal no es una enfermedad simple. Debido al papel primordial que
desempefia el higado en el metabolismo, muchas infecciones virales pueden afectar al
higado, sin embargo, al menos siete virus infectan y dafian especificamente a los hepatocitos. Ni siquiera dos de ellos pertenecen a la misma familia (ver Capitulo 8). El
VHB es el miembro prototipo de Ia familia Hepadnaviridae y causa Ia enfermedad
antiguamente conocida como «hepatitis serica». Esta enfermedad se distinguia clinicamente de Ia «hepatitis infecciosa» (causada por otros tipos de virus de hepatitis) en los
afios 30. La infecci6n por el VHB era antiguamente el resultado de Ia inoculaci6n con
suero humano (por ej ., transfusiones sanguineas, trasplantes de 6rganos), pero todavia
es comun entre adictos a drogas intravenosas, a los que se transmite por compartir
jeringuillas y agujas; no obstante, el virus tambien se transmite sexualmente, por in-
Principios de virologfa molecu lar
gesti6n oral y de la madre al nifio, lo que causa brotes familiares de infecci6n por
VHB . En los paises desarrollados se analiza actualmente toda donaci6n de sangre,
6rgano o tejido para VHB, y el riesgo de transmisi6n es extremadamente bajo. El virus
no se replica en cultivos celulares y su patogenesis ha sido motivo de intensas investigaciones. La infecci6n por el VHB puede tener tres posibles resultados:
1. Una infecci6n aguda seguida de una recuperaci6n completa con imunidad frente a
la reinfecci6n (>90%).
2. Hepatitis fulminante, desanollada con rapidez y de corta duraci6n, causando fracaso hepatico y una mortalidad aproximadamente del 90% (<1% de los casos).
3. Infecci6n cr6nica, dando lugar al establecimiento del estado de portador con persistencia del virus (aproximadamente 10% de casos).
Existen unos 350 millones de portadores cr6nicos de VHB en todo el mundo. La
pob1aci6n total del mundo es de 6.000 millones aproximadamente; por lo tanto alrededor de un 5% de la poblaci6n mundial esta persistentemente infectada por el VHB.
Todos estos portadores cr6nicos del virus tienen un riesgo 100 a 200 veces mayor que
los no portadores de desarrollar CHC. El CHC es un tumor raro en Occidente, donde
representa <2% de los canceres fatales. La mayor parte de los casos que ocurren en
Occidente estan relacionados con el alcohol, y este es un dato importante respecto a la
patogenesis del tumor; sin embargo, en el Sudeste asiatico y en China, el CHC es el
cancer fatal mas comun, llegando a suponer alrededor de medio mi116n de muertes
cada afio. El virus podria originar la formaci6n del tumor por tres vias diferentes: activaci6n directa de un oncogen celular (o varios), trans-activaci6n de un oncogen celular (o de varios ), o indirectamente por via de la regeneraci6n tisular (Figura 7 .12).
Como con el VEB y ellinfoma de Burkitt, la relaci6n entre el VHB y el CHC no esta
totalmente clara:
•
La cirrosis (un endurecimiento del higado que puede ser resultado de infecciones o
de la acci6n de varios t6xiyos, como el alcohol) parece ser un requisito previo para
el desarrollo de CHC. Parece ser que el dafio hepatico cr6nico induce regeneraci6n
tisular y que fallos en los mecanismos de reparaci6n del ADN provocan finalmente
una transformaci6n maligna. Otros virus no relacionados que causan hepatitis cr6nica activa, como el virus de Ia hepatitis C (VHC), un flavivirus, estan tambien
asociadas con la producci6n de CHC tras un largo periodo de latencia.
• Diversos cofactores, como aflatoxinas y nitrosaminas, pueden inducir tumores similares al CHC en animales de experimentaci6n sin padecer infecci6n virica. Por
lo tanto, tales sustancias pueden estar tambien implicadas en el CHC humano (ver
nitrosaminas y CNF, mas arriba).
• No hay una evidencia fmne de la integraci6n de genoma del VHB o incluso de la
persistencia de genes concretos del VHB (por ej., el gen X, que codifica una proteina trans-activadora funcionalmente analoga ala proteina tax de VLTH) en las celulas tumorales.
Es posible que todos los mecanismos mostrados en la Figura 7.12 puedan producirse in vivo. El factor de riesgo fundamental es el desarrollo de una infecci6n cr6nica en
Patogemesis
vez de una infeccion aguda por el VHB. Esto en si mismo viene determinado por una
serie de otros factores:
•
La edad: La frecuencia de la infeccion cronica disminuye con la edad en el momento de la infeccion.
• El sexo: Para la infeccion cronica la proporcion varon:mujer es 1,5: 1; para la cirrosis
la proporcion varon:mujer es 3:1.
• CHC: la proporcion varon:mujer es 6:1.
• Via de infeccion: Las infecciones orales o sexuales dan lugar a un menor numero
de casos de infeccion cronica que las infecciones sericas.
Hasta que no se comprenda mucho mejor la patogenesis y el curso habitual de la
infeccion por el VHB, es improbable que entendamos las razones de estas diferencias.
Podria haber un final feliz en esta historia. Una vacuna eficaz y segura que previene la
infeccion por VHB est<i ya disponible y esta siendo ampliamente utilizada en las areas
del mundo en las que esta infeccion es endemica, como parte de un Programa Ampliado de Inmunizacion de la O.M.S. Esto permitira prevenir en el futuro un millon de
muertes anuales causadas por el CHC y la enfermedad por VHB.
VIRUS NUEVOS Y EMERGENTES
.;,Que constituye un agente infeccioso «nuevo»? .;,Son virus que nose habian encontrado nunca antes, o son virus previamente conocidos que parecen haber cambiado su
comportamiento? En esta seccion se describira y se intentara explicar el conocimiento
actual sobre una serie de agentes que cumplen los criterios mencionados. Gran parte
de la informacion aqui presentada no es el resultado de muchos afios de estudio, sino
que se deriva de investigaciones muy recientes sobre estos «nuevos» agentes infecciosos. En las ultimas decadas, se han producido varias epidemias masivas e inesperadas
causadas por algunos virus. En la mayoria de las ocasiones, estas epidemias no han
sido producidas por virus completamente nuevos (es decir, desconocidos anteriormente) sino por virus que eran bien conocidos en las areas en las que actualmente estan
produciendo brotes epidemicos de enfermedad. Estos virus se conocen como virus
emergentes (Tabla 7.7). Existen muchos ejemplos de tales virus que parecen haber
modificado misteriosamente su comportamiento con el tiempo, con efectos significativos en su patogenesis.
Uno de los ejemplos mejor conocidos de este fenomeno es el virus de la poliomielitis.
Se sabe que la poliomielitis y su virus causal han existido en las poblaciones humanas
durante al menos 4.000 afios. La mayor parte de este tiempo, el patron de la enfermedad fue endemico en vez de epidemico (es decir, un nivel bajo y continuo de infeccion
en areas geograficas determinadas). Durante la primera mitad del siglo XX, se produjo
un cambio en el patron de incidencia de la poliomielitis en Europa, Norteamerica y
Australia, volviendose epidemico, con numerosos brotes epidemicos anuales de paralisis infantil. Aunque no tenemos muestras de poliovirus de siglos pasados, los sintomas clinicos de la enfermedad no dan motivos para pensar que el virus haya cambiado
Principios de virologia molecular
Virus
Familia
Comentarios
Virus del brote
bincbado del cacao
(cocoa swollen shoot)
Badnavirus
Surgi6 en 1936 yes Ia principal enfermedad
actual del cacao en Africa. La deforestaci6n
aumenta Ia poblaci6n de insectos vectores
y Ia transmisi6n de Ia enfermedad.
Virus Hendra
Paramyxovirus
Apareci6 en Brisbane (Australia) en septiembre
de 1994. Causa enfermedad respiratoria aguda
en caballos con alta mortalidad y encefalitis fatal
en bumanos; dos muertes basta abora. La
enfermedad, transmitida por murcielagos
frugivoros (sin patologia), reapareci6 en
caballos en Queensland en enero de 1999
(no mas fallecimientos humanos basta Ia fecha).
Virus Nipah
Paramyxovirus
Surgi6 en Malasia en 1998. Relacionado con el
virus Hendra; un virus zoon6tico transmitido
de animales (l,cerdos?) a bumanos. Mortalidad
del-40%.
Virus del moquillo
de los f6cidos (phocine
distemper virus)
Paramyxovirus
Apareci6 en 1987 y caus6 gran mortandad en
focas en los mares Baltico y del Norte.
Posteriormente se reconocieron virus similares
responsables de muertes de cetaceos (marsopas
y delfines) en el mar de Irlanda y en el
Mediterraneo. Se pens6 que el virus habia sido
transmitido a poblaciones de focas no inmunes
por una migraci6n masiva de focas arpa del
mar de Barents al norte de Europa.
Enfermedad bemomigica
del conejo
Enfermedad por calicivirus
del conejo
Enfennedad viral
hemomigica
Calicivirus
Surgi6 en conejos de granja en China en 1984,
diseminandose a traves de Reino Unido, Europa
y Mexico. Fue introducida en Ia isla de Wardang
en Ia costa del Sur de Australia para ensayar
su potencial para controlar las poblaciones de
conejos, pero Ia enfermedad se disemin6
accidentalmente por toda Australia, causando
una devastaci6n de las poblaciones de conejos.
Existe una vacuna para proteger a los conejos
domesticos y de granja. En agosto de 1997 Ia
enfermedad fue introducida ilegalmente en Ia
isla Sur de Nueva Zelanda y escap6 a los
Estados Unidos en abril de 2000.
sustancialmente. L,Por que ha cambiado entonces el patron de presentaci6n de la enfermedad tan drasticamente? Se cree que la raz6n es la siguiente. En las comunidades
Patogemesis
rurales con deficientes instalaciones sanitarias, los poliovirus circulaban libremente.
Los ensayos serologicos realizados en situaciones actuales similares revelan que mas
del 90% de los niiios de 3 aiios de edad tienen anticuerpos frente al menos uno de los
tres serotipos de poliovirus. (Incluso las cepas mas virulentas de poliovirus causan de
100 a 200 infecciones subclinicas por cada caso de poliomielitis paralitica). En estas
comunidades, los nifios experimentan infecciones subclinicas inmunizantes cuando
todavia estan protegidos por los anticuerpos matemos; una forma de vacunacion natural. Es facil que pasen desapercibidos los casos relativamente escasos de poliomielitis
y de fallecimiento, especialmente cuando las tasas de mortalidad infantil son elevadas.
Durante el siglo XIX, Ia industrializacion y la urbanizacion cambiaron los patrones de
transmision de los poliovirus. Las densas poblaciones urbanas y el aumento de los
viajes ofrecieron oportunidades al virus para su rapida diseminacion. Ademas, las mejoras sanitarias interrumpieron el patron natural de transmision del virus. Los niiios
tenian mas probabilidades de encontrarse con el virus por primera vez a una edad mas
tardia y sin la proteccion de los anticuerpos matemos. Estos niiios estaban sujetos a un
riesgo mucho mayor cuando ocasionalmente se infectaban, y se piensa que estos cambios sociales influyeron sobre la modificacion del patron de la enfermedad. Afortunadamente, el amplio uso de las vacunas de la polio ha permitido controlar la situacion
en los paises industrializados (Capitulo 6), y la erradicacion global de la poliomielitis
se preve para 2008.
Hay muchos ejemplos de transmision epidemica de virus causada por movimientos
de poblaciones humanas. El sarampion y la viruela no eran conocidos por los antiguos
griegos. Ambos virus se mantienen por transmision mediante contacto directo de persona a persona y no tienen un hospedador altemativo; por esta razon se ha sugerido
que no fue hasta que las poblaciones humanas alcanzaron una densidad critica en China y en el Imperio Romano que estos virus no pudieron propagarse con un patron
epidemico causando brotes evidentes de enfennedad. Antes de esa epoca, los pocos
casos que ocurrian podian pasar facilmente desapercibidos. La viruela llego a Europa
desde el lejano Oriente en el aiio 710 a.C., yen el siglo XVIII alcanzo proporciones
epidemicas; cinco monarcas reinantes murieron de viruela. Sin embargo, los peores
efectos ocunieron cuando estos virus se transmitieron al Nuevo Mundo. La viruela fue
transportada (accidentalmente) a las Americas por Hernan Cortes en 1520. En los dos
afios siguientes murieron 3,5 millones de aztecas de la enfermedad y el imperio azteca
fue diezmado por enfermedades mas que conquistado. Aunque no eran tan virulentas
como la viruela, las epidemias de sarampion terminaron posteriormente con las civilizaciones azteca e inca. Mas recientemente, los primeros contactos con grupos aislados
de esquimales y con tribus de Nueva Guinea y Suramerica han tenido resultados
similannente devastadores, aunque a menor escala. Estos hechos historicos ilustran el
modo en que un virus conocido puede subitamente causar enfermedad y muerte a una
escala catastrofica, tras un cambio del comportamiento humano.
Los virus del sarampion y de la viruela se transmiten exclusivamente de un hospedador humano a otro. Para virus con ciclos de transmision mas complejos (por ej., los
que tienen hospedadores secundarios e insectos vectores), el control de la infeccion se
vuelve mucho mas dificil (Figura 7.13). Estos resulta particularmente cierto para las
Principios de virologia molecu lar
HOSPEDADORES FINALES
Homb. re
Q
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VECTORES SECUNDARIOS
.
. .
Ammales domest1cos
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Otras especies
de mosquitos
c=tP
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Aves
silvestres
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~-v- ~VECTOR
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VECTOR PRIMARIO
Mosquito
PRIMARIO
7~
domesticas
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Aves
s1 1ves res
HOSPEDADORES
FINALES
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}5
Animales
domesticos
Figura 7.13
v
~~
Aves
Animales
salvajes
Patron de transmisi6n complejo de un arbovirus.
familias de virus conocidas colectivamente como «arbovirus» (bunyavirus, flavivirus,
togavirus y algunos reovirus). Debido a que el territorio de los seres humanos se ha
expandido, se ha incrementado el numero de gente que entra en contacto con el medio
ambiente donde se encuentran estos virus; areas tropicales, humedas, con intensa vegetaci6n, donde los insectos vectores se encuentran en elevadas densidades, como en
las cienagas y las junglas.
Un ejemplo clasico es la mortalidad causada por la fiebre amarilla durante la construcci6n del canal de Panama a finales del siglo XIX. Mas recientemente, el incesante
ritmo de la modificaci6n ecol6gica de las areas tropicales ha dado como resultado el
resurgimiento de la fiebre amarilla en America Central, particularmente una forma
urbana de la enfermedad transmitida directamente entre humanos por mosquitos. La
fiebre del dengue es tambien principalmente una enfermedad urbana de los tr6picos,
transmitida por Aedes aegypti, un mosquito domestico que pica durante el dia y que
prefiere alimentarse de los humanos. Algunos brotes de fiebre del dengue han provocado mas de un mill6n de casos, con tasas de ataque de infecci6n por el virus del
dengue de hasta el 90% de la poblaci6n. Se cree que se producen cada afio mas de 40
millones de casos de infecci6n por el virus del dengue en todo el mundo. Esta enfermedad se describi6 por vez primera en 1780. En 1906 se supo que e1 virus era transmitido
por mosquitos, y en 1944 se aisl6 el virus; por todo ello, este no es un virus nuevo, pero
la frecuencia de las infecciones por el virus del dengue se ha incrementado de manera
espectacular en los ultimos 30 afios debido a los cambios en la actividad humana.
De mas de 520 arbovirus conocidos, al menos 100 son pat6genos para los humanos
y quiza 20 cumplirian los criterios de los virus emergentes. Los intentos por controlar
Patogenesis
estas enfermedades se basan en dos enfoques que consisten en controlar los insectos
vectores responsables de Ia transmisi6n del virus a los humanos yen desarrollar vacunas para proteger a las poblaciones humanas. No obstante, ambas estrategias presentan considerables dificultades, la primera en terminos de evitar dafios ambientales y Ia
ultima en terminos de comprender la patogenesis del virus y en desarrollar vacunas
apropiadas (ver la discusi6n anterior sobre la patogenesis del virus del dengue). El
virus de la fiebre del valle del Rift fue aislado por primera vez de ovejas en 1930 pero
ha causado epidemias de repetici6n en Africa subsahariana durante los ultimos 20 afios,
con tasas de infecci6n humana en las areas epidemicas tan altas como el 35%. Esta es
una enfermedad epizo6tica, transmitida de las ovejas a los humanos por diferentes
mosquitos. Se piensa que Ia construcci6n de presas, que incrementa las poblaciones de
mosquitos, el aumento de ovejas y sus movimientos, asi como los de las poblaciones
humanas, son responsables del recrudecimiento de esta enfermedad.
El genero Hantavirus (Bunyaviridae) constituye un motivo de preocupaci6n. Los
hantavirus causan millones de casos de fiebres hemorragicas cada afio en muchas zonas del mundo. A diferencia de los arbovirus, los hantavirus se transmiten directamente de roedores hospedadores a los humanos (por ej., a traves de las heces) en vez de a
traves de un vector invertebrado. Los hantavirus causan dos enfermedades agudas: Ia
fiebre hemorragica con sindrome renal (FHSR) y el sindrome pulmonal por hantavirus
(SPH). La FHSR se reconoci6 por primera vez en 1951 tras un brote entre las tropas
norteamericanas estacionadas en Corea. En 1993, el SPH fue descrito en los Estados
Unidos, y un nuevo virus, el virus Sin Nombre, fue identificado como Ia causa. Actualmente se sabe que al menos tres hantavirus distintos causan FHSR y que cuatro diferentes virus SPH. Basta 199 5 el SPH se habia diagnosticado en 102 pacientes en 21
estados de los Estados Unidos, en siete pacientes en Canada y en tres en Brasil, con
una tasa de mortalidad global del 40% aproximadamente. Esta estadistica elustra el
potencial patogenico de los virus emergentes.
El virus del Oeste del Nilo es un miembro del complejo antigenico de Ia encefalitis
japonesa del genera Flavivirus (familia Flaviviridae). Todos los miembros conocidos de
este complejo son transmisibles por mosquitos, y muchos de ellos causan enfermedades
febriles en los seres humanos, a veces letales. El virus del Oeste del Nilo se aisl6 primero
en el distrito «West Nile» (Oeste del Nilo) de Uganda en 1937, pero actualmente es en
realidad el flavivirus con mas amplia distribuci6n geografica, incluyendo Africa y Eurasia.
De forma inesperada se declar6 en 1999 un brote de encefalitis por arbovirus en humanos
causada por el virus del Oeste del Nilo en Nueva York y sus alrededores (EE. UU.). En esta
ocasi6n, el virus parece haber sido transmitido desde pajaros silvestres, domesticos y ex6ticos por mosquitos del genero Culex (un mosquito urbana que prolifera en condiciones
de sequedad); un patron clasico de transmisi6n de arbovirus. El ARN del virus del Oeste
del Nilo ha sido detectado en mosquitos que sobreviven al inviemo y en aves, y Ia enfermedad es ahara endemica en todos los Estados Unidos, causando brotes cada verano.
Los virus de plantas tambien pueden ser responsables de enfermedades emergentes. El grupo III de gemini virus se transmiten por insectos vectores (moscas blancas) y sus genomas estan constituidos por dos moleculas circulares de ADN de simple cadena (Capitulo 3). Estos virus causan grandes perjuicios en las cosechas de
Principios de virologia molecular
plantas como tomates, judias, calabazas, yuca y algod6n, y su transmisi6n puede
estar directamente relacionada con la diseminaci6n inadvertida de un biotipo particular la mosca blanca Bemisia tabaci. Este vector se alimenta indiscriminadamente,
favoreciendo la nipida diseminaci6n de virus desde especies de plantas indigenas a
cosechas vecinas .
Ocasionalmente aparece un ejemplo de un virus emergente que ha adquirido genes
nuevos, y como resultado de su nueva capacidad genetica se vuelve capaz de infectar
nuevas especies. Un posible ejemplo de este fen6meno se observa en el virus del bronceado del tomate (tomato spotted wilt virus, TSWV). Este virus es un bunyavirus con
un rango muy amplio de plantas hospedadoras, ya que infecta mas de 600 especies de
70 familias. En las ultimas decadas este virus ha constituido una importante plaga en Ia
agricultura en Asia, las Americas, Europa y Africa. Su rapida diseminaci6n ha sido el
resultado de la distribuci6n de su insecta vector ( el trip o arafiuela Franklinellia
occidentalis) y de material vegetal enfermo. Este virus es la especie tipo del genero
Tospovirus y su morfologia y organizaci6n gen6mica son similares a las de los demas
bunyavirus (Capitulo 3). De todas formas, lleva a cabo una transmision propagativa
y se ha sugerido que puede haber adquirido un gen extra en el segmento M mediante
recombinacion, bien de una planta o bien de otro virus de plantas. Este nuevo gen
codifica una proteina de movimiento (Capitulo 6), que le confiere Ia capacidad de
infectar plantas y de causar extensos dafios.
Ademas de los virus cuya capacidad de infectar a sus especies hospedadoras parece
haber cambiado, continuamente se estan descubriendo nuevos virus. En los ultimos
afios se han descubie1io tres nuevos herpesvirus:
Virus herpes humano 6 (VHH-6): Aislado inicialmente en 1986 de linfocitos de
pacientes con trastornos linforreticulares; con tropismo por linfocitos CD4+. El
VHH-6 es actualmente considerado como el agente causal de una infecci6n humana casi universal. El descubrimiento de este virus resolvi6 un misterio de larga
duraci6n: su infecci6n primaria en Ia infancia causa !a «roseola infantum» o «cuarta
enfermedad», un exantema pediatrico bastante comun y de origen desconocido hasta
entonces. Los titulos de anticuerpos son mas altos en nifios y declinan con Ia edad.
Las consecuencias de Ia infecci6n en Ia infancia parecen ser !eves. La infecci6n
primaria en adultos es rara, pero tiene complicaciones mas serias -mononucleosis o
hepatitis- y sus infecciones pueden suponer un grave problema en pacientes trasplantados.
Virus herpes humano 7 (VHH-7): Aislado primero de celulas CD4+ en 1990. Su
organizaci6n genomica es similar pero distinta a !a del VHH-6, y existe una reactividad cruzada limitada entre ambos virus. Actualmente no hay una clara evidencia
de Ia participaci6n directa del VHH-7 en ninguna enfermedad humana, pero puede
ser un cofactor en sindromes relacionados con VHH-6.
Virus herpes humano 8 (VHH-8): En 1995, se identificaron secuencias de un
herpesvirus singular en muestras de ADN de pacientes con SIDA con sarcoma de
Kaposi (SK) y en algunas muestras de tejidos no-SK de pacientes con SIDA. Existe
una fuerte correlaci6n (>95%) con el SK en ambos tipos de pacientes VIH+ y VIH-. El
Patogenesis
VHH-8 puede aislarse de linfocitos y de tejido tumoral y parece tener una distribucion menos ubiquitaria y cosmopolita que otros VHHs, es decir, puede estar asociado solo con un estado especifico de enfermedad ( comparese con VHS, VEB). Sin
embargo, el virus no esta presente en lineas celulares derivadas de SK, lo que sugiere que factores autocrinos o paracrinos pueden estar implicados en la formacion del SK. Existe cierta evidencia que el VHH-8 puede tambien causar otros
tumores, como linfomas de celulas B (± VEB como colaborador).
Aunque muy distintas infecciones viricas pueden afectar al higado, al menos seis
virus parecen infectar y dafiar especificamente a los hepatocitos. jNi siquiera dos de
ellos pertenecen ala misma familia ! La identificacion de estos virus ha sido una larga
historia:
•
•
Virus de la hepatitis B (VHB) (hepadnavirus): 1963
Virus de la hepatitis A (VHA) (picornavirus): 1973
Virus de la hepatitis delta (VHD) (deltavirus; ver Capitulo 8): 1977
Virus de la hepatitis C (VHC) (flavivirus): 1989
Virus de la hepatitis E (VHE): 1990
VGB-CNHG: 1995
«Virus transmitido por transfusion» (VTT): 1998
Continuan circulando informes sobre la existencia de otros virus de hepatitis. Se
describe que algunos de ellos son sensibles al cloroformo (es decir, envueltos) mientras que otros no lo son. Esto puede sugerir la existencia de multiples virus, todavia no
descritos, pero ello es improbable. Aunque la mayoria de las causas viricas de hepatosis
infecciosa humana han sido ya identificadas, es posible en el futuro se describan mas
virus productores de hepatitis.
ZOO OS 5
Muchas enfermedades virica
son zoonosis (es decir, transmitidas
por los animales al hombre). Esto enfatiza la importancia de la «barrera inter-especie»
en la prevencion de la transmision de las enfermedades infecciosas y varios ejemplos
recientes ilustran las consecuencias potencialmente desastrosas que pueden suceder
cuando esta barrera se rompe.
El sfndrome respiratorio agudo severo (SRAS , o SARS del ingles severe acute
respiratory syndrome) es un tipo de neumonia viral cuyos sintomas incluyen fiebre, tos
seca, disnea y dolores de cabeza. La muerte puede sobrevenir por fracaso respiratorio
progresivo debido al dafio pulmonar. El primer brote de SARS se origino en la provincia de Guangdong en China en 2003, donde 300 personas enfermaron y al menos cinco
fallecieron. Se comprobo que la causa era un nuevo coronavims, SARS-CoV. Se cree
que el virus del SARS se disemina por gotitas producidas por la tos y el estomudo,
aunque otras rutas de infeccion pueden estar tambien implicadas, como la contaminacion fecal. ~De donde vino el virus del SARS? Se han aislado en Guangdong, China,
Principios de virologia molecular
coronavirus con 99% de similitud de secuencia con la proteina de la espicula superficial de los aislados de SARS humanos de civetas palmeras enmascaradas aparentemente sanas, mamiferos parecidos a gatos estrechamente relacionados con la mangosta. La desafortunada civeta palmera es considerada unmanjar exquisito es Guangdong
y se piensa que los hombres se infectaron cuando capturaron y sacrificaron a los animales mas que por el consumo de la came infectada.
El virus Ebola fue identificado por primera vez en 1976. La virulencia extrema de
este virus ha dificultado seriamente sus investigaciones, la mayoria de las cuales se
han realizado utilizando tecnicas de biologia molecular. No obstante, este enfoque ha
dejado importantes preguntas sin resolver; por ejemplo, algunas cepas del virus Ebola
son muy patogenicas, mientras que otras no los son. Los aislados de Africa Central
parecen ser muy patogenicos, mientras que los de las Filipinas son menos pat6genos
para el ser humano. No se conoce la base molecular de estas diferencias.
La mayor parte de los brotes de virus Ebola parecen estar asociadas con contactos
con primates infectados; sin embargo, amplios estudios ecol6gicos realizados en Africa Central han fracas ado a la hora de demostrar una prueba de que los primates (o
cualquiera de las miles de especies examinadas de animales, plantas e invertebrados)
son el reservorio natural de la infecci6n. No se ha identificado un reservorio animal
para el virus, pero murcielagos frugivoros e insectivoros permiten la replicaci6n y la
circulaci6n de elevados titulos de virus Ebola sin enfermar necesariamente. Como con
el SARS, el consumo de came de animales ex6ticos salvajes (Hamada «bush-meat» o
carne de selva), especialmente p1imates, puede constituir un factor de riesgo.
BIOTERRORISMO
Junto con las amenazas de los virus emergentes, el mundo afronta actualmente el
uso potencial de virus como armas terroristas. Aunque este asunto ha sido objeto de
mucha atenci6n por los medias de comunicaci6n, la realidad es que la liberaci6n
deliberada de tales pat6genos podria tener menor impacto sanitaria de lo que generalmente se percibe. Muchos gobiemos dedicaron considerables recursos al desarrollo de virus como armas de guerra antes de decidir que su utilidad militar era muy
limitada. Los Centros de Control de Enfermedades de EE. UU. (Centers for Disease
Control, CDC) solo reconocen dos tipos de virus como armas terroristas potencialmente peligrosas: la viruela y agentes productores de fiebres hemorragicas como
filovirus y arenavirus. Virus emergentes como el virus Nipah y los hantavirus tambien se consideran posibles amenazas futuras; sin embargo, esto contrasta con un
numero muy superior de especies bacterinas y toxinas . La raz6n de esto es que los
pat6genos bacterianos serian mucho mas faciles de preparar y diseminar para grupos
terroristas que los virus. La amenaza potencial del bioterrorismo es en realidad insignificante comparada con el numero real de muertes causadas cada afio por infecciones en todo el mundo. De todas maneras, este es un asunto que los gobiernos
estan tratando con gran seriedad.
Patogenesis
RESUMEN
La patogenesis vfrica es una situaci6n compleja, variable y relativamente rara. Como
el curso de una infecci6n vfrica, la patogenesis viene determinada por un balance entre
factores del hospedador y del virus. No todos los sintomas patol6gicos que se observan
en las infecciones vfricas estan directamente causados por el virus, el sistema inmuno16gico tambien juega su parte en causar dafio celular y tisular. Los virus pueden transformar celulas para que continuen creciendo indefinidamente. En algunos casos, pero
no en todos, esto puede conducir a la formaci6n de tumores. Existen al menos unos
pocos casos bien establecidos en los que los virus causan tumores en seres humanos, y
posiblemente muchos otros que todavfa no los comprendemos. La relaci6n entre el
virus y la formaci6n del tumor no es sencilla, pero la prevenci6n de la infecci6n indudablemente reduce el riesgo de la formaci6n del tumor. Continuamente se estan descubriendo nuevos virus pat6genos y los cambios en las actividades humanas originan la
aparici6n de enfermedades nuevas o previamente desconocidas.
BIBLIOGRAFiA
Bell, A. and Rickinson, A.B. (2003). Epstein-Barr virus, the TCL-1 oncogene and
Burkitt's lymphoma. Trends in Microbiology, 11: 495-497.
Bonhoeffer, S. et al. (2003). Glancing behind virus load variation in HIV-1 infection. Trends in Microbiology, 11: 499-504.
Casadevall, A. and Pirofski, L.A. (2004). The weapon potential of a microbe. Trends
in Microbiology, 12: 259-263.
Douek, D.C. et al. (2003). T cell dynamics in HIV-1 infection. Annual Review <if
Immunology, 21: 265-304.
Gandhi, R.T. and Walker, B.D. (2002). Immunologic control of HIV-1. Annual
Review <if Medicine, 53: 149-172.
Janseu, K.U. and Shaw, A.R. (2004). Human papillornavirus vaccines and prevention of cervical cancer. Annual Review <if Medicine, 55: 319-331.
Stephen, A., Mirns, C.A., and Nash, A. (2000). Mims' Pathogenesis of Infectious Disease,
5th ed. Academic Press, London. ISBN 0124982654.
Roulston, A. et al. (1999). Viruses and apoptosis. Annual Review <if Microbiology, 53:
577-628.
Theodorou, I. et al. (2003). Genetic control of HIV disease. Trends in Microbiology,
11: 392-397.
Weiss, R.A. (2002).Virulence and pathogenesis. Trends in Microbiology, 10: 314-317.
CAPiTULO
8
AGENTES SUBVIRALES:
GENOMAS SIN VIRUS,
VIRUS SIN GENOMAS
Objetivos del aprendizaje
Tras completar este capitulo, el lector debera ser capaz de:
• Comprender el concepto de agentes subvirales.
• Explicar las diferencias entre satelites y viroides.
• Resumir el estado actual del conocimiento sobre las encefalopatias espongiformes transmisibles.
j,Cual es el minimo tamafio de genoma necesario para un agente infeccioso? l,Podria
sobrevivir un virus con un genoma de 1.700 nucle6tidos? l,Y con un genoma de 240
nucle6tidos? l,Pochia existir un agente infeccioso sin ning(m genoma en absoluto? Quiza
las dos primeras posibilidades podrian darse, pero la idea de un agente infeccioso sin
genoma parece rara y ridicula. Por extrafio que parezca, semejantes agentes existen y
causan enfermedades a los animales (incluyendo los seres humanos) y a las plantas.
SATELITES Y VIROIDES
Los satelites son moleculas pequefias de ARN que son absolutamente dependientes
de la presencia de otro virus para su multiplicaci6n. jlncluso los virus tienen sus propios parasitos! La mayoria de los satelites estan asociados a virus de plantas, pero unos
cuantos estan asociados a bacteriOfagos o a virus animales (por ej ., el genero Dependovirus, que son satelites de los adenovirus). Se distinguen dos clases de satelites:
virus satelites, que codifican sus propias proteinas de cubierta, y ARNs satelites (o
<<Virusoides»), que utilizan las proteinas de cubierta de un virus auxiliar (Apendice 2).
Entre las propiedades tipicas de los satelites se incluyen las siguientes:
Principios de virologia molecular
•
Sus genomas tienen aproximadamente 500 a 2.000 nucle6tidos de ARN de cadena
sencilla.
• A diferencia de los genomas viricos defectivos, existe escasa o ninguna similitud
de secuencia nucleotidica entre el satelite y el genoma del virus auxiliar.
• Causan sintomas en plantas que no seven cuando infecta solo el virus auxi liar.
• La replicaci6n de los satelites habitualmente interfiere con la replicaci6n del virus
auxiliar (a diferencia de la mayoria de los genomas defectivos).
Ejemplos de satelites son:
• ARN satelite del enanismo amarillo de la cebada (virus auxiliar: luteovirus).
• ARN satelite de las manchas anulares del tabaco (virus auxiliar: nepovirus).
• ARN satelite del moteado del trebol subternineo (virus auxiliar: sobemovirus).
Los satelites se replican en el citoplasma utilizando una ARN polimerasa dependiente del ARN, una actividad enzim~hica que se encuentra en plantas pero no en celulas animales.
Los viroides son moleculas de ARN muy pequefias (200-400 nucle6tido s) en forma de varilla, con un alto grado de estructura secundaria (Figura 8.1). Carecen de
capside y de envoltura y consisten solamente en una simple molecula de acido
nucleico. Existen viroides asociados con enfermedades de plantas y se diferencian
de los satelites en una serie de caracteristicas (Tabla 8.1). El primer viroide en ser
descubierto y el mejor estudiado es el viroide del tuberculo fusiforme de la patata
30
Figura 8.1
60
90
120
150
Estructura del ARN de un viroide.
Caracteristica
Satelites
Viroides
Virus auxiliar requerido
para la replicaci6n
Proteina/s codificada/s
Genoma replicado por
Si
Si
Enzimas de virus aux.iliar
No
No
ARN polimerasa II
de la celula hospedadora
Nucleo
Sitio de replicaci6n
El mismo que el virus auxiliar
(nucleo o citoplasma)
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
(<<potato spindle tuber viroid», PSTVd; los nombres de los viroides se abrevian «Vd»
para distinguirlos de los virus). Los viroides no codifican ninguna proteina y se replican por medio de la ARN polimerasa de clase II celular o posiblemente por el
producto de un gen de ARN polimerasa dependiente de ARN en algunas celulas
eucariotas. No se conocen los detalles de Ia replicacion, pero es posible que ocurra
por un mecanisme de circulo rodante seguido de una escision autocatalitica y una
auto-ligacion para producir el viroide maduro.
Todos los viroides comparten una caracteristica estructural com(m: una region central conservada del genoma que se cree que esta implicada en su replicacion (Figura
8.2). Un grupo de viroides es capaz de formar una estructura en cabeza de martillo, que
le confiere las propiedades enzimaticas de una ribozima (una molecula de ARN
autocatalitica, que se escinde a si misma). Esta actividad se utiliza para escindir las
estructuras multimericas producidas durante el curso de Ia replicacion. Otros viroides
emplean enzimas desconocidas del nucleo de Ia celula hospedadora para lograr este
objetivo. Algunos viroides (por ej., el viroide del cadang-cadang del cocotero, «coconut
cadang-cadang viroid» o CCCVd) causan enfermedades graves y letales en sus plantas hospedadoras. Otros causan desde efectos patogenicos inaparentes (por ej., el viroide
latente dellupulo, «hop latent viroid» o HLVd) a sintomas !eves (por ej., el viroide de
Ia pie! cicatrizada de Ia manzana, «apple scar skin viroid» o ASSVd). No esta claro
como causan los viroides los sintomas patologicos, pero obviamente tiene que ser el
resultado de alguna perturbacion del metabolismo normal de la celula huesped. Muestran algunas similitudes con algunas secuencias de celulas eucarioticas, en particular
con un intron encontrado entre los ARNs ribosomales 5,8 S y 25 S y con el ARNsn U3
que esta implicado en fenomenos de corte y empalme (splicing); por tanto se ha sugerido que los viroides pueden interferir con el procesamiento post-transcripcional del
ARN en las celulas infectadas. Experimentos in vitro con Ia proteina kinasa PKR de
mamifero purificada (Capitulo 6) han demostrado que Ia kinasa es activada (fosforilada)
intensamente por cepas de viroides que causan sintomas graves, pero mucho menos
por cepas poco patogenas. La activacion de un homo logo vegetal de PKR podria ser el
suceso clave en Ia patogenesis por viroides (vease la discusion sobre respuesta de hipersensibilidad en el Capitulo 6).
Tl
C
P~l,. ~
C
j:
T2
------'~cc - cccc~
Dominio
izquierdo
terminal
Figura 8.2
~GGUGGCC~
y
Region
patog€mica
Region
central
conservada
Region
variable
Regiones funcionales en las moleculas de ARN de los viroides.
Dominio
terminal
derecho
Principios de virologia molecu lar
La mayoria de los viroides se transmiten por propagaci6n vegetativa ( es decir, division de plantas infectadas), aunque unos pocos pueden ser transmitidos por insectos
vectores (transmision no propagativa) o mecanicamente. Debido a que los viroides
carecen de una capside protectora, cabria esperar que sus ARNs fuesen muy susceptibles a la degradaci6n en el medio ambiente; sin embargo, su pequefio tamafio y su elevado grado de estructura secundaria los protege en gran medida, y son capaces de persistir
en el ambiente durante el tiempo suficiente para ser transferidos a un nuevo hospedador.
No estan claros los migenes de los viroides. Una teoria propone que podrian tratarse del
tipo mas primitivo de genoma de ARN; posiblemente restos de «Un mundo de ARN» que
se cree existi6 durante la era de la evoluci6n prebi6tica (ver Capitulo 3). Otra posibilidad
es que hubiesen evolucionado en un tiempo mucho mas reciente como el tipo mas extremo de parasito. Puede que nunca sepamos cual de estas teorias es cierta, pero los viroides
existen y causan enfermedades en plantas y en humanos.
El virus de la hepatitis delta (VHD) es una (mica molecula quimerica con algunas
propiedades de virus sahmte y otras de viroide (Tabla 8.2), que causa enfermedad en
seres humanos. El VHD requiere a! virus de Ia hepatitis B (VHB) como virus auxiliar
para su replicaci6n y se transmite de igual modo que el VHB, beneficiandose de la
presencia de una cubie1ia proteica compuesta de lipidos mas proteinas del VHB. Las
preparaciones viricas de animales infectados con VHB/VHD contienen particulas
heter6logas distintas de las del VHB, con una estructura irregular mal definida. Estas
particulas se componen de antigenos de VHB y contienen la molecula de ARN circular
covalentemente cerrada del VHD en una conformaci6n ramificada o en varilla, similar
a la de los viroides (Figura 8.3). A diferencia de los viroides, el VHD codifica una
proteina, el antigeno 8, que es una fosfoproteina nuclear. El procesamiento post-transcripcional del ARN resulta en la producci6n de dos formas ligeramente diferentes de la
proteina, 8Ag-S (195 aminoacidos), que es necesaria para la replicaci6n de VHD, y
8Ag-L (214 aminoacidos), que es necesaria para el ensamblaje y liberaci6n de particulas conteniendo VHD. Se piensa que el genoma del VHD es replicado por polimerasa
II de la celula hospedadora usando el mecanismo del «circulo rodante», que produce
concatemeros lineales que tienen que ser escindidos para producir infectividad. La
Tabla 8.2
Propiedades del virus de Ia hepatitis delta (VHD).
Propiedades tipo satelite
Propiedades tipo viroide
Tamafio y composici6n del genoma: 1.640 nt
(unas cuatro veces el tamafio de los viroides
de plantas)
Molecula de ARN circular de simple cadena
Dependencia del VHB para su replicaci6n;
el ARN del VHD se empaqueta en cubiertas
de lipidos con proteinas del VHB
Codifica una sola proteina, el antigeno
Homologia de secuencia con la region central
conservada implicada en la replicaci6n
de un viroide
o
Agentes subvirales:
Region similar
a un viroide
:771
'
t
9 0
,,OJ
842
omas sin virus, virus sin
Region que codifica Ia prole ina (antigeno 5)
957 1.000
1.100
1.200
1.300
1.400
I: :
t
685
enomas
: 585
485
385
285
185
1.500
1.597
:
:
85
1.663
}-1.636
~
~
Figura 8.3 Estruchrra del ARN del virus de Ia hepatitis 8. La region en el extremo izquierdo del
genoma recuerda mucho a! ARN de viroides de plantas, como el viroide del tubercula fusiforme de Ia
patata (PSTVd), que se muestra para su comparaci6n.
escisi6n es llevada a cabo por el dominio ribozima presente en el ARN de VHD, el unico
ejemplo conocido de una ribozima en un genoma de virus animal. El VHD se encuentra
universalmente, en cualquier lugar donde se produzcan infecciones por el VHB. Las
interacciones entre VHB y VHD son dificiles de estudiar, pero parece que el VHD potencia los efectos patogenicos de la infecci6n por el VHB. La hepatitis fulminante (con una
tasa de mortalidad aproximadamente del 80%) es 10 veces mas comun en co-infecciones
que en infecciones producidas solo por el VHB. Como el VHD requiere al VHB para su
replicaci6n, esta siendo controlado por la acunacion frente al VHB (Capitulo 6).
P
ONES
Un grupo de infecciones transmisibles, cr6nicas y progresivas del sistema nervioso
presentan efectos patol6gicos comunes y son invariablemente fatales. Su patologia
guarda semejanza con enfermedades amiloides como el sindrome de Alzheimer, y para
distinguirlas de estas condiciones se denominan encefalopatias espongiformes transmisibles (EET) . La primera noticia de una EET es de hace varios siglos, cuando una
enfennedad denominada tembladera (<<Scrapie» en ingles) fue observada en las ovejas
(ver despues EET en animales). Durante largo tiempo fue considerada una enfermedad
causada por virus, pero en los afios 60 surgieron las primeras dudas sobre la naturaleza
del agente infeccioso implicado en las EET. En 1967, Tik:vah Alper fue el primero en
sugerir que el agente de la tembladera podia replicar sin acidos nucleicos, y en 1982
Principios de virologfa molecular
Stanley Prusiner acufio el termino prion (pmiicula infecciosa proteimicea). La naturaleza molecular de los priones no ha sido demosh·ada de forma inequivoca (vease Biologia Molecular de los Priones, mas adelante), pero la evidencia de que representan un
nuevo fenomeno fuera del marco de las verdades cientificas convencionales esta consolidandose dia a dia.
Patologia de las enfermedades por priones
Todas las enfermedades por priones comparten una patologia subyacente similar,
aunque existen diferencias significativas entre distintas entidades. Varias enfermedades se caracterizan por la sedimentacion de depositos anormales de proteina en diversos 6rganos (por ej., rifi6n, bazo, higado o cerebra). Estos depositos «amiloides» consisten en el acumulo de varias proteinas en forma de placas o fibrillas , dependiendo de
su origen; por ejemplo, la enfermedad de Alzheimer se caracteriza por el deposito de
placas o «madejas» compuestas por proteina ~-amiloide. Ninguna de estas amiloidosis
convencionales es una enfermedad infecciosa, e intensas investigaciones han demostrado que no se pueden transmitir a animales de experimentacion. Son resultado de
errores end6genos del metabolismo causados por una gran variedad de factores desconocidos. Los depositos amiloides parecen ser intrinsecamente citot6xicos. Aunque no
estan claros los mecanismos moleculares implicados en la muerte celular, es este efecto el que da su nombre a las «encefalopatias espongiformes», debido a los agujeros
caracteristicos que se observan al microscopio en las secciones del tejido cerebral afectado; estos agujeros estan causados por perdida neuronal y gliosis. Asi, el deposito de
amiloide es una etapa final, relacionando las amiloidosis convencionales con las EET
y explicando el dafio tisular que se observa en ambos tipos de enfermedades, pero sin
revelar nada sobre las causas subyacentes. No se puede establecer el diagn6stico definitivo de EET en base a criterios clinicos y se requiere la demostraci6n de acumulos de
la proteina prionica (PrP) en tinciones inmunohistoquimicas en tejido cerebral postmortem, estudios de genetica molecular o transmisi6n experimental a animales, como
se expone en las secciones siguientes.
EET en animales
Se han observado e investigado intensamente varias EET en animales. En particular, la tembladera es el paradigma de nuestro conocimiento de las EET humanas. Algunas de estas enfermedades ocurren de forma natural y se han conocido durante siglos,
mientras que otras solo se han observado mas recientemente y estan causalmente relacionadas, casi con toda seguridad, entre si.
Tembladera o <<Scrapie»
Descrita por primera vez hace mas de 200 afios, la tembladera de las ovejas es una
enfermedad que ocurre de forma natural en muchas partes del mundo, aunque no esta
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
universalmente distribuida. Parece que se origin6 en Espana y posteriormente se disemin6 por Europa Occidental. Se cree que la exportaci6n de ovejas de Gran Bretafia en
el siglo XIX ayud6 ala diseminaci6n de la enfermedad por todo el mundo. La tembladera es primariamente una enfermedad de las ovejas que tambien puede afectar a las
cabras. El agente de la tembladera ha sido intensamente estudiado y ha sido experimentalmente transmitido a animales de laboratorio muchas veces (vease Biologia
Molecular de Priones, mas adelante). Las ovejas infectadas muestran sintomas neurol6gicos graves y progresivos como marcha anormal; a menudo se rascan contra vallas
y postes, conductas de las que ha tornado la enfermedad su nombre. La incidencia de la
enfermedad aumenta con la edad de los animgles. Algunos paises, como Australia y
Nueva Zelanda, han eliminado la tembladera sacrificando las ovejas infectadas y mediante la irnposici6n de controles rigurosos de importaci6n. Los trabajos en Islandia
han demostrado que los campos en los que pastan ovejas infectadas pueden mantener
esta condici6n e infectar ovejas hasta tres afios despues.
La incidencia de tembladera en un rebafio esta relacionada con la raza de las ovejas.
Algunas razas son relativamente resistentes a la enfermedad mientras que otras son
propensas a ella, indicando que existe un control genetico de susceptibilidad. En afios
recientes, la prevalencia de EET en las ovejas en el Reino Unido es muy similar ala
incidencia de encefalopatia espongiforme bovina (EEB) en el ganado vacuno (Figura
8.4). Esto probablemente se deba ala infecci6n con el agente de la EEB (al que se sabe
40.000 . . . . - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - . . . . ,
37.280
35.090
Total de cases de EEB en Rei no Unido: 183.803
35.000
30.000
Prohibici6n
de despojos 25.359
especificados
de vacuno
25.000
20.000
Prohibici6n
de protefnas
de rumiantes
en piensos
15.000
l
10.000
5.000
2.514
446
7.228
14.407
24.438
Prohibici6n
de consumo
humano
de vfsceras
de oveja, cabra
y ciervo
14562
j
8.149
4.393
3.235 230!
1.443 1.202 1.144 612
0
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
y antes
Figura 8.4
Incidencia declarada de la encefalopatia espongiforme bovina (EEB) en el Reino Unido.
Principios de virologia molecular
que las ovejas son susceptibles) a traves del pienso infectado (vease mas adelante). No
esta claro el modo natural de transmitirse entre ovejas. Los corderos nacidos de ovejas
infectadas con tembladera son mas propensos a desarrollar la enfermedad, pero la raz6n de esto nose conoce. Nose ven sintomas de la enfermedad en ovejas de menos de
un afio y medio de edad, lo que indica que el periodo de incubaci6n de la tembladera
tiene al menos esta duraci6n. Las primeras sefiales de infectividad pueden detectarse
en las amigdalas, los n6dulos linfaticos mesentericos y los intestinos de ovejas de 10 a
14 meses de edad, lo que sugiere una via oral de infecci6n. El agente infectivo esta
presente en las membranas del embri6n, pero no se ha demostrado en el calostro ni en
la leche o en los tejidos de los corderos recien nacidos.
Encefalopatia transmisible del vison (ETV)
La encefalopatia transmisible del vis6n es una enfermedad rara del vis6n de granja
causada por la exposici6n a un agente similar al de la tembladera en el pienso. La
enfermedad se identific6 por vez primera en Wisconsin en 1947 y ha sido tambien
detectada en Canada, Finlandia, Alemania y Rusia. Al igual que otras EET, la ETV es
una enfermedad neurol6gica lenta y progresiva. Los sintomas precoces incluyen cambios en los habitos y en la limpieza, asi como dificultades para comer o tragar. Los
visones infectados de ETV se vuelven hiperexcitables, comienzan a arquear la cola
sobre ellomo y terminan perdiendo la coordinaci6n locomotora. La ETV natural tiene
un periodo de incubaci6n minimo de 7 a 12 meses y, aunque el contagio es generalmente por via oral, no se puede descartar la transmisi6n horizontal vis6n a vis6n. El
origen del agente transmisible de la ETV parece radicar en alimentos contaminados,
pero este aspecto se discute mas extensamente mas adelante (vease Encefalopatia espongiforme bovina).
Encefalopatia espongiforme felina (EEF)
La encefalopatia espongiforme felina se identific6 en el Reino Unido en mayo de
1990 como un sindrome similar a la tembladera en los gatos domesticos, que produce
ataxia (movimientos irregulares y espasm6dicos) y otros sintomas tipicos de las
encefalopatias espongiformes. En diciembre de 1997 se habia declarado un total de 81
casos en Gran Bretafia. Ademas, la EEF ha sido descrita en un gato domestico en
Noruega yen tres especies de felinos salvajes en cautividad (guepardo, puma y ocelote).
En 1990 se prohibi6 la inclusion de despojos de ganado vacuno en los piensos comerciales para mascotas, de forma que se espera que la incidencia de esta enfermedad
decline rapidamente (vease Encefalopatia espongiforme bovina).
Enfermedad de desgaste cronico (EDC)
La enfermedad de desgaste cr6nico es una enfermedad similar a la tembladera que
afecta a ciervos y a ungulados ex6ticos cautivos (por ej., nyala, oryx, kudu). La EDC
se reconoci6 por primera vez en ciervos y alces en cautividad en el oeste de los Estados
Unidos en 1967 y parece ser de origen demico . Desde su aparici6n en Colorado, la
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
enfermedad se ha diseminado por otros estados. Los priones de la EDC obtenidos de
cerebros de ciervos y alces enfermos son capaces de convertir la proteina pri6nica
normal humana en una forma resistente a proteasas, una prueba establecida para analizar la capacidad de causar enfermedad humana (vease mas adelante), pero el riesgo de
esta enfermedad para la salud humana no se conoce.
Encefalopatia espongiforme bovina (EEB)
La encefalopatia espongiforme bovina se identific6 por vez primera en el ganado
vacuno en 1986 en el Reino Unido como una tipica encefalopatia espongiforme. El
ganado afectado mostraba una conducta alterada y marcha tambaleante, lo que le dio el
nombre en la prensa de «enfermedad de las vacas locas». El examen microsc6pico de
los cerebros de los animales afectados mostraba una extensa degeneraci6n espongiforme. Se concluy6 que la EEB era el resultado del uso de piensos contaminados. Con el
fin de conseguir mayor producci6n de leche y mayor tasa de crecimiento, se habia
incrementado de manera habitual el valor nutricional del pienso para animales de granja afiadiendo proteinas derivadas de productos de despojos de came y harina de huesos
obtenidos de cadaveres de animales, ovejas y vacas incluidas. Esta practica no era
exclusiva del Reino Unido, pues era seguida en la mayoria de los paises desarrollados.
Para finales de 2003 se habian declarado 183.803 casos de EEB en el Reino Unido y
4.957 casos en otros paises (incluyendo Alemania, Austria, Belgica, Canada, Republica Checa, Dinamarca, Eslovaquia, Espafia, Estados Unidos, Finlandia, Francia, Orecia, Irlanda, Israel, Italia, Jap6n, Paises Baj os, Polonia, Portugal y Suiza) (Figura 8.4).
La explicaci6n inicial a la aparici6n de la EEB en el Reino Unido fue la siguiente.
Debido a que la tembladera es endemica en Gran Bretafia, se asumi6 que esta era el
origen del agente infeccioso presente en el pienso. Tradicionalmente, las harinas camicas se preparaban por un proceso de transformaci6n que implicaba un tratamiento con
vapor y una extracci6n con hidrocarburos, del que resultaban dos productos: una fracci6n rica en proteinas que contenia un 1% aproximadamente de grasa, de la que se
obtenian las harinas camicas, y otra fracci6n rica en grasa llamada sebo, que era utilizada en una variedad de aplicaciones industriales. A finales de los afios 70 se depreci6
el valor comercial del sebo y se dejaron de utilizar los hidrocarburos caros en el proceso de transformaci6n, fabricandose entonces unas harinas con un 14% aproximadamente de grasa en la que el material infeccioso podia no haberse inactivado. Como
resultado, en julio de 1988 se dict6 una prohibici6n del uso de proteinas de rumiantes
en el pienso del ganado vacuno (Figura 8.4). En noviembre de 1989 se prohibi6 el
consumo humano de menudencias y visceras de vacuno consideradas de mayor riesgo
para la transmisi6n de infecci6n (cerebro, bazo, timo, amigdalas e intestinos). Una
prohibici6n similar del consumo de visceras de ovejas, cabras y ciervos se anunci6
finalmente en julio de 1996 para contestar a los temores sobre la transmisi6n de la EEB
a las ovejas. La evidencia acumulada sugiere que la leche y los productos lacteos no
contienen cantidades detectables del agente infeccioso. El numero total de casos de
EEB continuo aumentando, como era de esperar de acuerdo con el largo periodo de
incubaci6n de la enfermedad, y el pico de incidencia se alcanz6 en el ultimo trimestre
Principios de virologia molecular
de 1992. Desde entonces el numero de casos nuevas ha comenzado a bajar; sin embargo, una variedad de falsas suposiciones se pueden identificar en los siguientes razonamientos.
Se sabe ahora que ninguno de los procesos de transformaci6n utilizados antes o
despues de los afios 80 inactiva completamente la infectividad de los priones; por lo
tanto, el ganado podria haber estado expuesto a los ptiones de la tembladera en todos
los paises del mundo donde hubiese esta enfermedad y se usasen harinas camicas, no
s61o en el Reino Unido en la decada de los 80. Por ejemplo, la incidencia de tembladera en los Estados Unidos es dificil de determinar, pero en los 8 afios siguientes al
incremento en la compensaci6n econ6mica a 300 d6lares en 1977 por el sacrificio de
ovejas infectadas, el numero de casos declarados ascendi6 diez veces, alcanzando un
pico de unos 50 rebafios afectados por afio.
La encefalopatia espongifom1e bovina no es tembladera. Las propiedades biol6gicas de los agentes de la tembladera y de la EEB son distintas; por ejemplo, la
transmisibilidad a diferentes especies animales y los patrones de lesiones producidas
en los animales infectados (vease Biologia molecular de priones, mas adelante). No
existe evidencia que demuestre la suposici6n de que la EEB es la tembladera en las
vacas. La unica interpretacion plausible basada en los conocimientos actuales es que la
EEB se origin6 como un pri6n end6geno bovina (de lavaca) que se amplific6 por el
consumo por las vacas de proteinas derivadas del ganado en forma de harinas carnicas .
Por tanto, la aparici6n de la EEB en el Reino Unido parece deberse al azar junto a unas
malas practicas en la cria de animales ( es decir, por el uso de harinas camicas para
alimentar a rumiantes).
La distribuci6n declarada a nivel internacional de EEB esta refiida con los hechos
reales. Alemania, Espana e Italia importaron cada una aproximadamente 13.000 cabezas de ganado britanicas ademas de 1.200 toneladas de harinas carnicas inglesas en el
momenta algido de la epidemia, mientras que los Estados Unidos importaron 126 cabezas de ganado y 44 toneladas de harinas carnicas del Reino Unido. Aproximadamente 40.000 toneladas de harinas carnicas se exportaron del Reino Unido entre 1985 y
1988; Francia sola import6 al menos 17.000 toneladas durante este periodo y s6lo ha
declarado 20 casos de EEB comparados con los casi 100.000 en el Reino Unido durante el mismo periodo. De 1985 a 1990, el Reino Unido export6 57.900 animales. Estos
animates habrian dado Iugar a 1.668 casos de EEB de haber permanecido en el Reino
Unido, pero s6lo una pequefia fracci6n de estos casos han sido declarados por los
paises receptores. El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos mantiene
que nose han confirmado casos de EEB en los Estados Unidos, pero se ha encontrado
ETV en este pais en visones alimentados con «vacas donantes» y nunca alimentados
con ovejas; por lo tanto, no podian haber estado expuestos a tembladera (ver Bibliografia).
Respecto a la EEB, aUn permanecen importantes preguntas sin responder. Muchas
de elias surgen del elevado numero de animates infectados (> 41 .000) nacidos despues
de la prohibici6n de los piensos de 1988. Ahora se admite por lo general que la prohibici6n de los piensos se aplic6 incorrectamente y ademas s6lo se impuso al pienso de
ganado vacuno. Los mismos fabricantes que producian pienso para ganado bovino
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
estaban elaborando tambien piensos con harinas camicas para ganado ovino, porcino y
para aves de corral, facilitando que se produjesen contaminaciones. Como resultado,
en marzo de 1996 se prohibi6 en el Reina Unido el uso de harinas camicas de mamiferos en la alimentaci6n animal. Ahara se sabe que se puede producir la transmisi6n
vertical de EEB en rebafios con una frecuencia del 1 al 10%. De igual manera, existe la
posibilidad de que se produzca la transmisi6n ambiental, similar a la que se sabe ocurre con la tembladera (como se coment6 mas arriba). Ademas del perjuicio econ6mico
causado por la EEB, la principal preocupaci6n actualmente es el posible riesgo para la
salud humana (como se comenta despues).
Encefalopatias espongiformes transmisibles (EET) humanas
Existen cuatro EET humanas reconocidas (que se resumen en la Tabla 8.3). Nuestros conocimientos sabre las EET humanas se derivan en gran parte de los estudios
realizados sobre las EET animales ya descritas. Se cree que las encefalopatias espongiformes humanas tienen tres origenes:
•
Esponidico: la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob (ECJ) aparece espontaneamente
en todo el mundo con una frecuencia aproximada de un caso por mil16n de habitantes y afio, con pequefias variaciones. La edad media de comienzo de la enfermedad es alrededor de los 65 afios y la duraci6n media de la enfermedad es de unos
Tabla 8.3
Encefalopatias espongiformes transmisibles (EET) en humanos.
Enfermedad
Descripci6n
Comentarios
Enfermedad de
Creutzfeldt-Jakob
(ECJ)
Encefalopatia espongiforme
en corteza cerebral y/o
cerebelar y/o materia gris
subcortical, o encefalopatia
con proteina pri6nica (PrP)
irnnunorreactiva (tipos con
p lac as yI o sinapsis difusas
y/o parches/perivacuolar).
Tres formas: esporadica, iatrogenica
(riesgo reconocido, por ej.,
neurocirugia), familiar (la misma
enfermedad en familiares
de primer grado).
Insomnia familar fatal
(IFF)
Degeneraci6n talamica,
cambios espongiformes
variables en el cerebra.
Ocurre en familias con mutaci6n
PrP 178 asp-asn.
Enfermedad de
Gerstmann-StrausslerScheinker (GSS)
Encefalo(mielo)patia
con placas de PrP
multicentricas.
Se produce en familias con ataxia
progresiva heredada de forma
dominante y/o demencia.
Kuru
Caracterizado por grandes
placas amiloides.
Ocurre en nativos Fore de Nueva
Guinea por canibalismo ritual,
actuahnente eliminado.
Principios de virolog fa molecular
3 meses. Esta forma constituye el 90% de todos los casos de EET humanas, pero
solo un 1% aproximadamente de los casos de ECJ esponidicos son transmisibles al
raton.
• latrogenico/adquirido: estos ocurren por situaciones de riesgo reconocidas (por
ej., neurocirugia, trasplantes). Unos 50 casos de EET fueron causados en individuos jovenes que recibieron inyecciones de hormona de crecimiento humana o
gonadotrofinas, derivadas de extractos de ghindulas hipofisarias obtenidas de cadaveres, una practica que ya se ha sustituido por la obtencion de hormonas por ingenieria genetica.
• Familiar: un 10% aproximadamente de EET humanas son familares (es decir, hereditarias). Se sabe que diversas mutaciones en el gen PrP humano dan Iugar a
encefalopatias espongiformes con caracter autosomico dominante, adquiridas por
transmision hereditaria mendeliana (Figura 8.5).
El kuru fue la primera encefalopatia espongiforme investigada en detalle, y posiblemente constituya una de las historias mas fascinantes que hayan surgido como resultado de investigaciones epidemiologicas. Esta enfermedad ocurria principalmente
en 169 poblados habitados por las tribus Fore en las tierras altas de Nueva Guinea. Los
primeros casos se registraron en los aiios 50 y cursaban con una perdida progresiva del
control neuronal voluntario, seguido de muerte en menos de 1 aiio tras la aparicion de
los sintomas. La clave del origen de la enfermedad fue proporcionada por el perfil de
las victimas; nunca fue vista en niiios pequeiios, raramente en hombres adultos, y era
mas frecuente en adolescentes varones y hembras, asi como en mujeres adultas. Los
nativos Fore practicaban el canibalismo ritual como rito para honrar a sus difuntos.
Mujeres y niiios participaban en estas ceremonias, pero no los hombres adultos, lo que
explica la distribucion por edades y sexos de la enfennedad. El periodo de incubacion
del kuru puede ser superior a 30 aiios, pero en la mayoria de los casos es algo mas
corto. La practica del canibalismo ritual fue desaconsejada a final de los aiios 50 y la
incidencia del kuru disminuyo entonces drasticamente. Actualmente el kuru ha desaparecido.
Deleci6n de octarrepetici6n
Polimorfismos naturales:
Q,
M129V
Enfermedades por priones hereditarias:
D178N
PlOSL
P102L
I
V1801
F198S V2101
E200K
Y145STOP
Figura 8.5
Mutaciones en el gen PrP humano.
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
La descripci6n anterior cubre el panorama conocido de las EET humanas, que ha sido
laboriosamente elaborado durante varias decadas. No existe evidencia alguna de que
ninguna encefalopatia espongiforme humana haya sido adquirida habitualmente por via
oral (por ej., comiendo cordero infectado de tembladera). Hay buenas razones para que
esto sea asi (vease Biologia molecular de priones, a continuaci6n); sin embargo, en abril
de 1996 se publico un articulo que describia en el Reino Unido una nueva variante de
ECJ (vECJ) (ver Bibliografia). Aunque en numero relativamente pequefio, estos casos
comparten caracteristicas inusuales que los distinguen de otras fonnas de ECJ:
•
•
•
•
•
•
Edad precoz de aparici6n o de fallecimiento (27 afios de media, comparado con 65
afios en la ECJ).
Duraci6n prolongada de la enfermedad (13 meses de media, comparado con 3 meses para Ia ECJ).
Presentaci6n predominantemente psiquiatrica, incluyendo ansiedad, depresi6n, retraimiento y cambios de conducta mas que sintomas neurol6gicos.
Desarrollo posterior de sindrome cerebeloso con ataxia.
Desarrollo de perdida de memoria y trastomos de la memoria en progresi6n hasta
discapacidad cognitiva grave.
Desarrollo de mioclonias (contracciones musculares involuntarias) en la mayoria
de los pacientes.
Ausencia de las caracteristicas tipicas del electroencefalograma (EEG) de la ECJ.
Cambios neuropatol6gicos espongiformes, perdida neuronal y gliosis astrocitica,
mas evidente en los ganglios basales y en el talamo.
La caracteristica neuropatol6gica mas llamativa y consistente es la formaci6n de
placas amiloides semejantes a las que se veian en el kuru, extensamente distribuidas
por todo el cerebro y el cerebelo.
El Comite Asesor Oficial de la Encefalopatia Espongiforme del Reino Unido concluy6 que «la vECJ es una enfermedad previamente no reconocida y consistente», y
que «aunque no hay evidencias directas de un vinculo, de acuerdo con los datos actuates y en ausencia de una altemativa creible, la explicaci6n mas probable actualmente
es que estos casos estan relacionados con la exposici6n a la encefalopatia espongiforme bovina». En 2004, cerca de 150 personas habian fallecido de vECJ en el Reino
Unido y varias mas en otros paises. Los modelos matematicos de la epidemia sugieren
que es probable que el numero maximo de muertes por vECJ en el Reino Unido sea de
14.000 o algo menos; un pensamiento dificilmente consolador.
Biologia molecular de priones
La evidencia de que los ptiones no son virus convencionales esta basada en el hecho
de que los acidos nucleicos no son necesarios para la infectividad, ya que presentan:
Resistencia a la inactivaci6n por calor: la infectividad se reduce pero no se elimina
por tratamiento a alta temperatura en el autoclave (135°C durante 18 minutos). Se
retiene incluso cierta actividad infectiva despues de tratamiento a 600°C, lo que
Principios de virologfa molecula r
sugiere que un molde molecular inorganico seria capaz de formar un nucleo para la
replicaci6n biol6gica del agente.
• Resistencia a dafio por inadiaci6n: se encontr6 que la infectividad era resistente a
radiaciones ultravioletas de onda corta y a radiaciones inonizantes. Estos tratamientos
inactivan organismos infecciosos al causar dafios a su genoma. Existe una relaci6n
inversamente proporcional entre el tamafio de la molecula de acido nucleico diana
y la dosis de radioactividad o de luz ultravioleta necesarias para inactivarlas; es
decir, las moleculas grandes son sensibles a dosis mucho mas pequefias que las
moleculas mas pequefias (Figura 8.6). Se encontr6 que el agente de la tembladera o
scrapie era altamente resistente a ambos tipos de radiaci6n, luz ultravioleta y radiaci6n ionizante, indicando que un acido nucleico presente tendria que tener menos
de 80 nucle6tidos.
• Resistencia a tratamientos conADNasa y ARNasa, psoralenos y ala hidr6lisis catalizada por Zn2+, todos ellos capaces de inactivar acidos nucleicos.
• Sensibilidad a urea, SDS, fenol y otros agentes quimicos desnaturalizantes de proteinas.
@Poxvirus
0
150 kpb
Herpesvirus
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oFagoA.
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z
Adenovirus
0
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Virus ADN
de doble cadena
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de simple cadena
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I
HY'
I
10'
107
Dosis de radiaci6n (rads)
Figura 8.6 Sensibilidad a Ia radiaci6n de los agentes infecciosos. La dosis de radiaci6n ionizante que
se requiere para destruir Ia infectividad de un agente infeccioso depende del tamafio de su genoma. Los
genomas mas grandes (por ej ., virus con ADN bicatenario, linea superior) presentan una «diana» mayor
y son por lo tanto mas sensibles que los genomas mas pequefios (por ej., virus con ARN monocatenario,
linea inferior; Nota: <!>Xl74 tiene un genoma de ADN monocatenario). El agente del scrapie o tembladera es considerablemente mas resistente a Ia radiaci6n que cualquier virus conocido (n6tese Ia escala
logaritmica en el eje vertical) .
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
Todo lo anterior indica que se trata de un agente con las propiedades de una
proteina mas que de un virus. Una proteina de 254 aminoacidos (PrPSc) se asocia con
la infectividad del scrapie. La purificaci6n bioquimica de Ia infectividad de este
result6 en la obtenci6n de preparaciones muy ricas en PrPSc, y la purificaci6n de
PrP 8 c result6 en un enriquecimiento en Ia actividad del scrapie. En 1984, Prusiner
determin6 la secuencia de 15 aminoacidos en el extrema de la PrP 8c purificada. Esto
condujo al hallazgo de que todas las celulas de mamifero contienen un gen (Prnp)
que codifica una proteina identica a Ia PrP 8c, llamada PrPc. No se han encontrado
diferencias bioquimicas entre PrPC y Prpsc, aunque, a diferencia de PrPc, la PrP 8 c es
parcialmente resistente a la digestion con proteasas, resultando en Ia formaci6n de
un fragmento de 141 aminoacidos, resistente a proteasa, que se acumula en forma de
fibrillas en las celulas infectadas (Figura 8.7). Solamente una proporci6n del total de
PrPc de los tejidos enfermos esta presente como PrPsc, aunque se ha demostrado que
esta es la forma infecciosa de Ia proteina PrP, ya que la PrPsc altamente purificada es
infecciosa cuando se inocula a animales de experimentaci6n. Igual que con otros
agentes infecciosos, existe un efecto dosis-dependiente que determina una correlaci6n entre Ia cantidad de PrPSc en un in6culo y el tiempo de incubaci6n hasta el
desarrollo de la enfermedad.
Por lo tanto, las EET, que se comportan como enfermedades infecciosas, parecen
estar causadas por un gen/proteina end6geno/a (Figura 8.8). La susceptibilidad de una
especie hospedadora a la infecci6n por priones esta co-detenninada por el pri6n del
in6culo y por el gen Prnp. Los periodos de incubaci6n de la enfermedad para distintos
priones aislados varian en diferentes cepas endogamicas de ratones, pero para un aislado determinado de una cepa en concreto son llamativamente estables. Estas observaciones han originado dos conceptos importantes:
1. Variacion de cepas de priones: se han identificado a! menos 15 cepas diferentes
de PrP 8c. Se pueden diferenciar entre si por el tiempo de incubaci6n hasta el inicio
de la enfermedad y por el tipo y la distribuci6n de las lesiones en el sistema nervioso central (SNC) en estirpes endogamicas o singenicas de ratones. Por tanto, se
ICHOI
qt}
CHO
111
18U
Figura 8.7
155
CHO
1%
Estructura de las proteinas de pri6n (PrP) y de Doppel (Dpl).
GPI
232
Principios de virologia molecular
Ex6n 2
ARNm PrP
ESTADO NORMAL
cr
,;,Papel normal?
I
\
ESTADO PATOLOG ICO
0110
OD
!
ootf
f1 •u •
Diagrama esquematico del papel de PrP en las EET.
puede analizar la «huella digital» de los priones, y los priones de la EEB pueden
distinguirse de los de la tembladera o de los de la ECJ.
2. Barrera interespecie: cuando los priones se transmiten inicialrnente de una especie a otra, Ia enfermedad se manifiesta solo despues de un periodo de incubacion
muy largo, si es que lo hace. Tras pases seriados en la nueva especie, a menudo el
periodo de incubacion disminuye dn'tsticamente y despues se estabiliza. Esta barrera interespecie puede ser superada al introducirse un transgen PrP de Ia especie
donante del prion (por ej., hamster) al raton receptor (Figura 8.9).
PrPC y Prpsc, sin embargo, no sufren modificaciones post-transduccionales, y los
genes que las codifican no estan mutados, lo que las diferencia de las formas familiares
de ECJ con herencia mendeliana. No se ha establecido con seguridad como un comportamiento aparentemente complejo puede ser «codificado» por una proteina de 254
Agentes subvirales: genomas sin virus, virus sin genomas
D
Leyenda:
D
0
1\
U
Hamster
Transmision efrcaz
(periodo corto de incubacion)
Raton
Transmision inefrcaz
(periodo largo de incubaci6n)
Raton transgenico portador
del gen PrP del hamster
Figura 8.9 La transrnision experimental de scrapie a animales demuestra la existencia de una barrera
inter-especie aparente. La transmision de hamster a hamster y de raton a raton provoca Ia aparicion de
enfetmedad tras un periodo de incubacion relati vamente corto (75 dias y 175 dias, respectivamente). La
transmision de una especie a otra es mucho menos eficaz, y Ia enfermedad se produce solo despues de un
periodo de incubacion mucho mas largo. La transmision de PrP derivada del hamster a ratones transgenicos portadores de varias copias del gen PrP del hamster (el raton mas oscuro en esta figura) es mucho
mas eficaz, mientras que la transrnision de PrP derivada del raton a ratones transgenicos es menos eficaz.
Las transmisiones posteriores desde los ratones transgenicos implican que se habran producido algunas
modificaciones en las propiedades del agente.
aminoacidos, pero existen evidencias de que la diferencia fundamental entre la forma
patologica, infecciosa (PrP 8c), y la forma endogena (PrPC) consiste en un cambio en la
conformacion de la proteina plegada, que adopta una conformacion rica en laminas ~
(Figura 8.10).
Ratones transgenicos «knockout» con el gen Prnp inactivado (Prnp 010) , que no poseen un gen de prion endogeno, son completamente inmunes a los efectos de la Prrsc y
no propagan la infectividad a ratones normales, indicando que la produccion de PrPC
endogena es una parte esencial del proceso de la enfermedad en las EET y que el
inoculo infeccioso de PrPSc no se replica por si mismo. Desafortunadamente, estos
experimentos han dado pocas claves sobre la funcion normal de PrPc. La mayoria de
los ratones Prnp 010 se desarrollan con normalidad y no tienen anomalias del SNC, lo
que sugiere que la perdida de la funcion normal de PrPc no es la causa de las EET y
que el acumulo de PrPSc es el responsable de los sintomas de la enfermedad. No obstante, se encontro una cepa de raton Prnp 010 que desarrollo tardiamente ataxia y degeneracion neurologica. Esta observacion condujo al descubrimiento de otro gen, llamado Prnd, que codifica una proteina similar a PrP de 179 aminoacidos denominada
Princi pios de virologia molecu lar
43% helice a.
Figura 8.10
30% helice a.
43% lamina f3
Cambios conformacionales en Ia PrP.
Doppel (Dpl), cuya sobreexpresi6n parece causar degeneraci6n neurol6gica (Figura
8.7). Igual que Prnp, este gen esta conservado en los vertebrados, incluyendo los humanos, y puede haber surgido de Prnp por duplicaci6n genica. Se sospecha que puedan existir otros miembros de la familia de genes Prn.
La proteina URE3 de la levadura Saccharomyces cerevisiae tiene propiedades muy
semejantes a PrP. Se conocen tambien otras proteinas similares a PrP (por ej., PSI en
levaduras y Het-s en el hongo Podospora). URE3 modifica a la proteina celular Ure2p,
causando una alteraci6n en el metabolismo del nitr6geno; de forma parecida, el fenotipo
PSI implica una agregaci6n auto-propagativa de Ure2p y de la proteina celular Sup35p.
Las celulas «infectadas» con URE3 se pueden «curar» mediante tratamiento con agentes desnaturalizantes de proteinas como el guanidinio, que se cree que causa un
replegamiento de URE3 a la conformaci6n de Ure2p. La explicaci6n para las formas
familiares hereditarias de las enfermedades por priones es por tanto que la herencia de
mutaciones incrementa presumiblemente la probabilidad de conversion espontanea de
PrPC a PrPsc, permitiendo que se manifieste la enfermedad en el curso de la vida del
individuo afectado. Este concepto tambien sugiere que la incidencia espon1dica de
ECJ puede ser debida a mutaciones somaticas del gen PrP y ofrece una posible expli-
Agentes subvirales: genomas sin virus , virus sin genomas
cacion ala aparicion de EEB: una mutacion espontanea de un gen PrP bovina causo
priones infecciosos que despues se amplificaron a traves de la cadena alimentaria. En
los ultimos afios la construccion de animales transgenicos ha arrojado mas luz sabre
las ideas anteriores .
La hipotesis de los priones es revolucionaria y ha encontrado de forma justificada
algunas acogidas escepticas. La PrP es una proteina muy dificil de estudiar, ya que
forma fuertemente agregados yes de tamafio heterogeneo, e incluso las mejores preparaciones requieren 1 x 105 moleculas PrP para infectar a un raton. Esto plan tea preguntas sabre si no estara oculto en los agregados de proteinas alglin tipo de agente infeccioso no identificado. Todavia es posible plan tear muchas teorias alternativas con varios
niveles de complejidad (y de verosimilitud) que se ajusten a los datos experimentales.
La ciencia progresa mediante la construcci6n de hip6tesis experimentalmente
verificables. Durante muchos afios, la investigacion sabre las encefalopatias espongiformes ha avanzado de forma desesperadamente lenta, porque se ha tardado al menos
un afio y muchas veces varios afios en completar un solo experimento. Con el advenimiento de la biologia molecular, este se ha convertido en un campo dinamico y en
rapida evolucion. Los proximos afios revelaran sin duda mas informacion sabre la causa de estas enfermedades y probablemente proporcionaran estimulos para pensar sabre
las interacciones entre los agentes infecciosos y el organismo hospedador en la patogenesis de las enfermedades infecciosas.
lgual que los acidos nucleicos pueden llevar a cabo reacciones enzimaticas, las
proteinas pueden actuar como genes. Reed Wiclcner
RESUMEN
Diversos agentes infecciosos nuevas causan enfermedades en plantas, en animales
y en humanos. Varios tipos de patogenos subcelulares no virales iienen potencial para
causar enfermedades. Estos incluyen satelites, viroides y priones . Las estrategias convencionales para combatir las infecciones viricas, tales como los farmacos y las vacunas, no tienen efecto alguno sobre estos agentes no convencionales. Sera necesario
alcanzar un mejor conocimiento sobre la biologia de estas nuevas entidades infecciosas antes de que podamos disponer de metodos terapeuticos para las enfermedades que
provocan.
BIBLIOGRAFiA
Collinge, J. (2001). Prion diseases of humans and animals: their causes and molecular basis. Annual Review of Neuroscience, 24: 519-550.
Dodds, J.A. (1998). Satellite tobacco mosaic virus. Annual Review of Phytopathology,
36: 295-310.
Pri ncipios de virologia molecular
--~---
Edskes, H.K. and Wickner, R.B. (2004). Transmissible spongiform encephalopathies:
prion proof in progress. Nature, 430: 977- 979.
Klitzman, R . (1998) . The Trembling Mountain: A Personal Aaount of Kuru, Cannibals,
and Mad Cow Disease. Plenum Press, New York. ISBN 030645792X.
Soto, C. and Castilla, J. (2004). The controversial protein-only hypothesis of prion
propagation. Nature Medidne, 10: S63- S67.
Tabler, M. and Tsagris, M. (2004).Viroids: petite RNA pathogens with distinguished
talents. Trends in Plant Science, 9: 339-348.
Taylor,J.M. (2003) Replication ofhuman hepatitis delta virus: recent developments.
Trends in Microbiology, 11: 185-190.
Wickner, R.B. et al. (2004). Prions: proteins as genes and infectious entities. Genes
& Development, 18: 470-485.
APENDICE
1
GLOSARIO y
ABREVIATURAS
,
Los terminos mostrados en el texto en
Acth adores
grita con co
se defmen en estc glosario.
..
Ver
d~
Modo de actuar de un elemento genetieo que afecta
a Ia actividad de regiones geneticas contiguas ( es
decir, en Ia misma molccula de acido nucleico); por
ejemplo, los promotores de transcripcion y los potenciadores («enhancers») son secuencias adyacentcs a los genes cuya transcripci6n con troJan, actuando en cis.
Actuacion en tram
Modo de actuar de un elemento genctico que codifica un producto d ifusible que acttla sobre sitios reguladorcs, cstcn o no contiguos al sitio en cl que se
produce; por ejemplo, proteinas que se uncn a secuencias espccificas presentes en cualquier tramo
de acidos nucleicos presentes en Ia cclula, como
factores de transcripci6n (comparese con Ia ·' ••~:•·
Actuuci6n en
I
Adsorcion
Ad~
u\ ante
Amhi\eme
Ambiscntido
Ambos scntidos
).
lntcracci6n inicial entre una particula virica y una
molccula de receptor celular; Ia fase de Ia replicaci6n viral durante Ia que csto sucede (ver Capitulo 4).
Una sustancia incluida en Ia medicaci6n para mejorar Ia accion de otros constituyentes; generalmente
un componentc de las vacunas que incrementa su
inmunogcnicidad (por ej., sulfato de aluminio).
Ver
Un genoma virico que contiene infom1aci6n genetica codificada en ambas orientaciones, positiva (es
decir, en sentido viral) y negativa (es decir, complcmentaria) (por cj., Bunyaviridae y Arenaviridae)
(ver Capitulo 3).
Ver
Ancrgia
Estado de falta de respuesta inmunol6gica en el que
los linfocitos estan presentes pero funcionalmente
inactivos.
Apoptosis
Muerte programada de ciertas cclulas que sucede
durante varias ctapas del desarrollo de organismos
pluricelulares y que puede estar tambien implicada
en cl control de Ia respuesta inmunitaria.
ARNbc
Ver I .
ED
Glosario y abeviaturas
Principios de virologla molecular
AI~Nhn
AR:":m
Atcnuado
Autocrino
A\ irulento
BnctcriOfngo
«ARN hcterogcneo nuclear» o «ARN nuclear pcsado»; los transcritos primario'>, no procesados,
que sc encucntran en el nuclco de las cclulas cucariotas.
ARN mensajcro.
Un agcnte pat6geno que ha sido alterado gencticamentc y mucstra una virulcncia atcnuada; lo!> virus
atenuados son Ia base de las vacunas de virus vtvos
(ver Capitulo 6).
Producci6n por una cclula de un factor de crcc imicnto que se requiere para su propto crectmiento; semejante mccanismo de retro-alimentac16n posit iva puede causar transformaci6n cclular (ver Capitulo 7).
Un agentc infeccioso sin potencial de produc1r cnfcnnedad. Es dudoso que tales agcntes rcalmcntc
existan; incluso los organismos mas mocuos pucden causar enfcrmedad en ciertas circunstancias (por
ej., en hucspedcs inmunocomprometidos).
Un virus que se replica en una cclula bacteriana.
Bactcri6fngo ntl'mpcntdo
L n bacteri6fago capa/ de establecer una infecci6n
lisogcnica (comparese con bacteri6fago virulento,
un bactcri6fago que no es capu de establecer una
infecci6n lisogcnica y que siempre mala a Ia bactena en Ia que se repiJca).
he
Bicatenario, de doble cadena o doble hebra (~icido
nueleico).
Cnha
(o
). Una regi6n locall/ada en una monocapa
cclular en Ia que las cclulas han sido destruidas o
su crecimiento se ha retardado porIa infeccion v ira I.
Cnpsidc
La cubierta proteica protectora de una particula
virica (ver Capitulo 2).
Ccluht inmortnlir.ada
Una cclula capaz de crecer indcfinidamente (es decir, de div tdirse continuamcnte) en cultivo. Raras
vcces las celulal! inmortalizadas aparcccn espontaneamcntc, pues mas frecuentemente surgen por
mutagenesis como resultado de una
viral (ver Capitulo 7}.
C'Ciula primaria
Una cclula en cultivo cxplantada de un organismo,
que es capaz de llevar a cabo un numero limitado de
).
divisioncs (comparese con
C'omplcmcntacion
lnteraccion de productos de genes virales en celulas infectadas que causa el incremento de uno o
ambos mutantes parentalcs sin modifica rse sus
genotipos.
Cromalina
Complejo ordcnado de ADN mas protcinas (h istonas y proteinas cromos6micas no histonas} que sc
CnCUentra en C) n1kle0 de laS CClulaS
I .
Cuasic'Jllh nlcncin
Principio que describe el modo de formar un cuerpo solido regular a partir de subunidades con forma
irregular, en el cual las subunidades en casi Ia misma Jocalizact6n forman enlaces casi-cquivalentes
con sus vecinas (ver Capitulo 2).
Cun'iic'ipccic
Una me/cia complcja de variantcs molcculares de
gcnomas de virus ARN en rnptda evoluci6n y en
competencia, que ocurre en Ia mayoria de las poblaciones de virus ARN.
Cuerpos de inclu i6n
Estructuras subcelulares formadas como rcsultado
de Ia infecc16n v1ral; a menudo el Iugar de ensamblaje del virus (ver Capitulo 4).
llccn,,sidaclon
rcrmino general que haec refcrcncia a los sucesos
que ocurrcn tras Ia entrada de una particula virica
en Ia cclula hospcdadora, durante los cua les Ia
cap<>ide cs parcial 0 complctamente ehminada y el
genoma es cxpucsto, gcncralmentc en forma de
compleJO de nucleoproteina (ver Capitulo 4}.
Eclipse, pcriodo de
Una fase temprana de Ia infcccion en Ia que las
particulas \in cas han desaparecido tras penetrar
en las cclulas, liberando sus genomas en las celulas hospcdadoras como rcquisito prcvio a Ia replicaci6n; a mcnudo rcfcrido a los bacteri6fagos (ver
Capitulo 4).
I· fcctu citop:itlco (e.c.p.)
Daf\o celular causado por Ia infecci6n virica; los
efcctos de Ia infcccion virica sobrc las celulas en
cultivo, visiblcs med ia nte examcn microsc6pieo o
visual dirccto (ver Capitulo 7).
l'lcmcnto potcnciador
l'mpnlm~
Fndcmin
l~nf~rmcdadcs
'iricn'i
cmcrgcntcs
Ver
Ver · ,. : · .
Un patron de enfcrmedad que es habitual o recurrente en un area geografica dcterminada (comparar con
}.
Ver
. emerge me.
Principios de virologia molecular
Ensamblajc
Ell\olturn
Em uclta/cll\ ucltos
Epidemia
Euca riota/euca riot ica
Ex on
Glosario y abevtaturas
Una fasc tardia de Ia replicaci6n viral durante Ia
cual -;e almaccnan en un Iugar concreto de Ia cclula
los componentes necesarios para Ia forrnaci6n de
un vm6n maduro, y se forma Ia estructura basica
de Ia particula vinca (\ er Capitulo 4 ).
(o em uelta), una membrana extema que poseen muchos virus consistente en una bicapa de lipoprotcina. (Nota: algunos 'irus contienen lipidos como
parte de una capa compleja extema, pero csta no se
denomina habttualmente envoltura, a menos que se
demuestre claramente una estructura de membrana
en bicapa).
Ver
r
Un patron de enfennedad caracteri/ado por un rapido incremento en el numero de casos y con dtstribucion geogratica amplia (comparar con 1 I 1 ):
una epidemia que afecta a todo el mundo se denomma
Organtsmo cuyo material genctico esta sepamdo del
ettoplasma por una membrana nuclear y se encuentra di\<tdido en cromosomas diferenciados.
Region de un gen que se expresa como una protcina tras Ia climinacion de los "
mediante los
procesos post-transcripciona les de corte y empalme («splicinK» ).
1 •
l·agicus
Fagu
Fusion
Gem a cion
Genom a
Gcnomica/gcnomico
Hcmaglutinacion
Helice
Ver ..,· .
Ver BactcriOfago.
Ver Pr• ••·In •I
Un mecantsmo por el que una particula 'iriea se
Iibera de una cclula infectada por extrusion a tmvcs
de una membrana. [I sitio de gcmaci6n puede ser
Ia superficte celular o puede implicar a las membranas citoplasmaticas o nuclear, dependtendo del
Iugar de ensamblaje. Las envolturas o em ueltas
viricas sc adquieren durante Ia gemacion.
El actdo nucleico que conticne Ia infom1aci6n genctica completa de un organismo.
Vcr (., 1111111 •
La aglutinaci6n (especifica) de hematies por un virus u otra proteina.
Solido cilindrico formado por el apilamiento de
subunidades repetidas, con una relacion constante
Hctcrocigosis
lllperplnsia
Bi poplnsia
lcosaedro
lnfl•ccion ahortha
lnfcccion productha
lnfcccion sistcmica
lnmortulizada
lntron
IRES («internul rihmomc
l'lllry ~ill'>>)
lsomctrico
kh
con respecto a su amplitud e inelinaci6n (\er Ca·
pitulo 2).
..
,1: Como una helice.
Empaquetamiento aberrante de multiples genoma
que puede en ocasiones gcnerar particulas multi·
p(oidCS (eS dccir, COn mas de Ul1 gcnoma) que Mill
por lo tanto heterocig6ticas.
Division celular excesiva o crceimiento de cclulas
anonnalmente grandes; en las plantas, cl resultado
de Ia produccion de areas hinchadas o defonnadas
debido a los efectos de vints vegetales.
Retardo localizado del crccimiento cclular. Numerosos vims de plantas lo eausan, ocasionando frecuentcmcnte I '
(apartCiOn de areas tnaS
dclgadas, amarillas, en las hoJas).
Cuerpo solido consistente en 20 caras triangulares
organizadas alrededor de Ia superlicte de una esfcra; Ia simetria bastca de muchas particulas viricas
(ver Capitulo 2).
Ll inicio de Ia infeccton stn complctarse el ciclo
tnfectivo, y por tanto, stn producir particulas
infectivas (comparese con 11
1 • 1 • d II\ t i .1 ).
Una infecci6n virica «completa» en Ia que se producen mas particulas \ iricas infecti vas (comparcse
con
).
Una infeccion que afecta a 111ltltiples partes de un
organismo pluncelular.
I!!
Ver '
Regton de un gcn ehminada tras Ia transcripci6n
por corte y cmpahne («.~p!t£·mg») y. por consiguiente, no cxpresada como protcina.
Sitio intemo de entrada al nbosoma, una estructura
secundaria del ARN que se encuentra en Ia regiiln
5' no codifieante (UTR) de virus de ARN(+). como
los picomavirus y los navivirus, que funciOna como
una «ahnohadilla» de aterrizajc en el ribosoma, permitiendo una iniciacion intema de traduccion del
ARNv.
Un solido que presenta simctria cubica. uno de los
euales es el icosaedro.
1.000 nucleotidos; una unidad de mcdida de las mo·
lcculas de acido nucleico monocatenarias: a vcccs
Principios de virologia molecular
------------------
Glosario y abeviaturas
-------------------------------
kph
1.000 pares de bases (ver antes); una unidad de
m edida de las molcculas de acidos nucleicos
bicatcnarios.
Latencin, periodo de
Tiempo tras Ia in fccci6 n antes de que aparczca Ia
primcra particula de virus cxtracclular (vcr Capitulo 4).
Liheraci6n
Fase tardia de Ia infccci6n virica durante Ia cual las
nuevas particulas viricas formadas abandonan Ia
celula (ver Capitulo 4).
Lisogenin
I .itica/o
'\1aduraci6n
l\lczcla fcnotipica
Infecci6n latcnte y persistentc de una bacteria por
un
como el fago A..
1\tuhmtc Ictal condicional
Una mutaci6n condicional cuyo fcnotipo nose afccta (rclativamente) bajo condiciones pcrmisivas, pero
que cs fuertemente inhibidora bajo condiciones no
pem1isi vas.
Necrosis
Muerte cclular, particularmcnte Ia causada por una
influencia ex lema (comparese con 1 10 lltnsts).
nt
Un solo residuo nuclcotidico en una molccula de
acido nuclcico.
Nuclcocflpsidc
Un complejo ordcnado de proteinas mas el acido
nuclcico gen6mico de un virus.
Numcro de triangulncion
Un factor numerico que define Ia simetria de un
solido icosacdrico.
Oncogcn
Un gen que codifica una proteina capaz de indueir
celular.
OR I·
«Open readingframe» (en inglcs), paula abierta de
lectura; region de un gen ode un ARNm que cedifica un polipeptido, comprcndida entre un codon
AUG de inicio de Ia traducei6n y un codon de parada en el cxtremo 3'. No debe confundirse con el
poxvirus denominado orf.
Ver
Fase tardia de Ia infecci6n virica durante Ia cual
las nuevas particulas viricas formadas se hacen infecciosas; hab itual mente implica cambios estructuralcs en Ia particula, resu ltantes de digcstiones
cspeeifieas de las proteinas de Ia capsidc para formar productos maduros, o cambios conformacionalcs en las protcinas durante su cnsamblajc (ver
Capitulo 4).
Progcnie de virus individualcs resultante de una infeeci6n mixta que contiene proteinas estructurales
derivada de ambos virus parentalcs.
-
temperatura («temperature sensitive», t.s.) puede scr
capaz de replicar a Ia temperatura pennisiva de 33°C
pero incapaz de replicar a (o estar fuertemente inhibido) a una temperatura no permisiva de 38°C.
(crr6neamcntc) utili.lada para signilicar r ph (vcr a
continuac i6n).
Pandemia
que afecta a todo el Mundo.
Una
Monocnpn
Una capa aplanada de cclulas adherentes contiguas
adherida a Ia superficie s6lida de un recipiente para
cultivo.
Particulas dcfccth as
intcrfiricntcs (D.I.)
Particulas resu ltantes de Ia existencia de gcnomas
viricos dclccionados gencticamente que carecen de
una o mas funciones esenciales para Ia rcplicaci6n.
'\1onocio;tronico
Un ARN mensajero que consiste en el transcrito de
un solo gen y que por tanto codifica un solo polipeptido; un genoma virico que produce un ARNm
semejante (comparese
).
ph
Par de bases; un solo par de nucle6tidos en una molccula de acido nuclcico de doblc cadena mantcnida unida por pucntes de hidr6geno de Watson-Crick.
Pcnctraci(m
'\1osnicio;mo
Aparieion de areas mas delgadas, amarillas, en las
hojas de plantas causadas por efectos citopaticos
de virus de plantas.
La fasc de Ia rcplicaci6n virica en Ia que Ia particulas vi rica o su genoma cntra en Ia cclula hospedadora
(vcr Capitulo 4).
l\lultiplicidnd de infcccion
(m.o.i.)
El numero (promedio) de particulas viricas que infectan a cada celu la en un expcrimento.
Mutnnte condicional
Un fenotipo mutante que es eompetente en replicacion bajo condiciones <<permisivas», pero no bajo
condiciones «restrictivas» o «no perrnisivas»; por
ej emplo, un virus con una mutaci6n sensible a Ia
Pcriodo de eclipsl
Ver
Pcriodo de latcncia
Ver
tcncia, pcriodo de.
Plnca
Ver
thn.
Pla<tuco
Vcr
JlJfismido
.-
,
r
•• vdo
de.
Un elemcnto gcnctico cxtracromos6mico capaz de
replicarse aut6nomamente.
Principios de virologia molecular
Polaridad ncgatha
Ver "'. ·-
Glosario y abeviaturas
~·
transcripcion, produciendo un peptido hibrido que
contiene infonnacion procedenle de un marco de
lectura altcrnativo.
J>olicistronico
Un ARN mensajero que codifica mas de un polipeptido (comparese m llnoc stronico).
Poliprotcina
Una prote ina grande que cs digerida post-transcripcionalmentc por proteasas para formar una serie de
protcinas menores con diferentes funciones.
l)scudorre' erticntc
U n virus con un fcnotipo aparentemente s ilvcstrc
pero que contiene un genorna mutante; puedc scr el
resul tado de una
genctiea.
Potcnciador
Elemcnto genetico que actua en cis potenciando Ia
transcripcion de genes o Ia traduccion de moleculas de ARNm (en inglcs, «enhancer»).
l)seudotipo
Cuando el genoma de un virus esta completamentc
incluido en Ia capside, o mas comtmmente, en Ia
envuelta de otro virus. Una forma extrema de Ia
Priim
Una particula infccciosa de naturalcza protcinica,
que se c ree responsablc de las encefalopatias espongiformes transrnisibles como Ia enfermcdad de
Cretzfeldt-Jakob (ECJ) o Ia cncefalopatia espongiforme bovina (EEB) (ver Capitulo 4).
Procariota
Un organismo cuyo material genctico no esta separado del citoplasma celular por una membrana
nu c lear.
Profago
Forma lisogenica de un bacteri6fago atemperado
integrado en el genoma de Ia bacteria hospedadora.
Promotor
Una region rcguladora que
, situada
por delante de Ia region codificante de un gen, que
promueve Ia transcripcion facilitando cl ensamblaje de proteinas en cornp lejos transcripcionales.
Protcina de fusion
Protcina de movimicnto
Una proteina virica responsable de Ia fusion de Ia
• 1h
virica(oaveces,de la
<{ )conuna
membrana ccl ular y, en consccuencia, de Ia entrada
e n Ia celula (ver Capitulo 4).
Proteinas especializadas codificadas por virus de
plantas que modifican los plasmodesmas (canales
que atraviesan las parcdcs eelulares concctando el
ei toplasma de cclulas ad yacentes) y eausan el transporte de los acidos nucleicos de una cclula a otra
pcrmitiendo Ia diseminacion de Ia infeccion.
'
Protcina 'irica
de adhcsiim/adsorcion/union
Proteina v irica responsable de Ia interaccion de Ia
particulas vi rica con un receptor celular especifico.
Prot coma
Conjunto completo de las proteinas expresadas en
una celula en un mornento dcterminado.
Provirus
Gcnoma de un retrovir us en fonna de ADN de doble Cadena intcgrado e n Ia ( romatina de Ia cel ula
hospedadora.
Pscudonudo
Una estructura secundaria de ARN que causa un
desplazamiento de Ia pa uta de lectura durante Ia
I I
R<'ccptor
Una molccula especifica en Ia superficie de una
cclula a Ia que se une un virus como paso previo
para entrar en ella. Pueden scr proteinas, o residuos
g lucosidicos de glucoproteinas o glucolipidos en Ia
membrana celular (vcr Capitulo 4).
Rl'Combinacilm
fnteraccion ftsica de gcnomas viricos en una celula
supc rinfectada por dos 0 mas virus distintos, que
da Iugar a Ia progenie de genomas que conticnen
informacion en combinaciones no parcntales.
l~<'dundnncia
terminal
Secuencias repetidas presentes en los extremos de
una molecula de acido nucleico.
Replica sa
Enzima responsable de Ia rcplicacion de los
gcnomas de virus ARN (ver
).
Rep Iicon
Una molecula de acido nucleico que contiene Ia
informacion necesaria para su propia rep licacion;
incluye a los
y a otras molcculas como
y
••.•.
Rctrotrnnspos(m
Elcmento genetico transponible rnuy similar a un
genoma de retrovirus, unido por repeticiones terminalcs largas (ver Capitulo 3).
Satelitcs
Pequenas molccu las de ARN (500-2.000 nl) que
dependen de Ia presencia de un vims auxiliar para
su replicacion, pero que, a diferencia de los virus
defcctivos, no muestran homologia de secuencia con
el gen oma de l virus auxiliar. (Comparese con
).
Sccucncias potcnciadoras
Scntido ncgativo
Ver
• 1 "ia•ln ...
La cadena de un acido nucleico con una secuenciu
de bases complcmcntaria a Ia cadena que conticnc
Ia secuencia de tripletes de nucleotidos que codilica una proteina, o un virus cuyo genoma consiste
\
Pnnc1pios de virologia molecular
en una cadena de sentido ncgativo. Tambien «senlido(- )».
Scntido positho
Sciinl de empnquelnrnicnto
La cadcna de acido nucleico con una secuencia de
bases que cont iene Ia sccucncia de tripletes de nucle6tidos que codilica una protcina, o un virus cuyo
genorna cons1ste en una cadena de sentido positivo. Tambicn «sentido ( +-)».
Una region de un genoma virico con una secucncia
nucleotidica particular que interacciona especilicamentc con una(s) protcina(s) virica(s), originando
Ia incorporaci6n del gcnoma en Ia particula virica.
<<Siwtoff~>
(Apagado o dcsconexi6n, en inglcs). Un ccsc repentino y dramatico de Ia mayoria de Ia sintcsis de
macromoleculas de Ia cclula hospcdadora, que ocurre durante algunas infecciones viricas, que causa
daflo y/o muerte cclular (ver Capitu lo 7).
Sincitio
Masa de citoplasma que contienc varios nucleos
separados, incluidos en una membrana contmua
rcsultante de Ia fusion de cclulas individuales.
<<..\plidng»
(Corte y cmpalme, en inglcs). Modi licaci6n posttranscripcional de los transcritos de ARN primarios que ocurre en cl nucleo de las cclulas
, durante el cual se eliminan los
y se
para producir los ARNs mcnsajuntan los
jcros C1toplasma11cos.
Supcrantigenos
SU()Crinfcccion
uprcsion
Titulo
Molcculas que establccen un cortocircuito en cl SIStema inmunitario, causando Ia activaci6n rnasiva de
cclulas Tal umrse a Ia rcgl()n vanablc de Ia cadena
~ del receptor de Ia cclula T (V~) y a molccula-.
MIIC de clase II (hgura 7.3).
lnfeccl6n de una -.ola cclula por mas de una particula vinca, especialmentc dos viruo; de d1stinto tipo,
o mfecci6n deliberada de una cclula designada para
rescatar a un vims mutante.
lnh1b1c16n de un fcnotipo mutante por una scgunda
mulaci6n supresora, que pucde estar bien en el
genoma viral o en cl de Ia cclula hospedadora (vcr
Capitulo 3).
Una medici6n rclativa de Ia cantidad de una sustancia (por ej., virus o anticuerpos) presente en una
preparaci6n.
Glosario y abev1aturas _
1 ranscriptasa
Una cnzima, generalmcnte contenida en particulas
viricas, responsable de Ia transcripe16n de genomas
de vims ARN (ver
).
1 ransfcccion
lnfecci6n de celulas mediada por Ia introducci6n
de acido nuclei co \ irico en vez de por particulas
viricas.
Transformacilm
Cualquicr cambio en los panimetros morfologicos,
bioquim icos 0 de creeimiento de una celula.
Transgcnico
Un organismo eucari6tico manipulado gcncticamente (animal o planta) que contiene informacion genctica adicional de otra especie. Los genes adicionales pueden ser conten1dos y·o cxpresados solo en
las cclulas somaticas del organismo transgcnico 0
en las cclulas de Ia linea gem1inal, en cuyo caso
pueden ser heredados por Ia deseendencia.
·arnnsmision no prop:1gntha
Tcm1ino que describe Ia transmisi6n por mcdio de
hospedadores secundarios (como artr6podos) de
vims que nose replican en el organismo vector (por
ej., geminiv1rus). Tamb1cn se denomina «transmisi6n no circulativa»; csto es, el virus no circula en
Ia poblaci6n de vectores.
Transmi'iiOn propagath a
Tcnnino que describe Ia transmi-.i6n por medio de
hospedadores secundanos (como artr6podos) de
vims que son capaces de replicarse tanto en cl hospedador primano como en el vector responsable de
su transmisi6n (por ej ., reovims de plantas). Tambien sc conoce como «transm isi6n eirculativa», es
decir, el virus circula en Ia poblaci6n de vectores.
rransposonc
Secucncias e-.pecilicas de ADN que son capaces
de 1110\ ersc de una posicion en cl genoma de un
organismo a otra (ver Capitulo 3).
1 ropi mo
Los tipos de lejidos o cclulas hospedadoras en que
puede replicar un virus.
Lnidadcs formndoras
de placa (u.f.p.)
Una medici6n de Ia cantidad de virus viables prcsentes en una prcparac16n 'irica; incluye tanto los
vims libres como las celulas infectadas contcnicndo particulas viricas infeceiosas («ccntros int\:cti\OS» ).
\'ncuna
Un preparado que contiene una molccula antigO:n1~·n
o una mczcla de tales molcculas con el lin de indu·
cir una respuesta inmunitaria. Las vacunas 'iricno;
Principios de virologia molecular
pucden dividirsc en tres tipos basicos: vacunas de
subunidadcs, inactivadas y vacunas vivas (ver Capitulo 6).
\ acunacion
2
La administraci6n de una
Antigua practica de inocular a individuos inmuno16gicamcntc «naive» con material obtenido de pacientes con viruela; una forma primitiva de vacunaci6n (vcr Capitulo 1).
CLASIFICACION DE LOS AGENTES
Virion
Particula virica infeceiosa morfol6gicamcnte completa (madura).
INFECCIOSOS SUBCELULARES
\ iroidcs
Agcntcs pat6gcnos de plantas capaces de replicarsc
aut6nomamcntc, constituidos solamcntc por ARN
circular monocatenario de 200 a 400 nucle6tidos,
en forma de varilla, no cncapsidados. Los viroidcs
no codifican ninguna proteina. Algunos ARNs de
viroides tienen actividad ribozima (catalitica).
(Comparesc con
).
\irus emcrgentc
Un virus idcntificado como Ia causa de una cnfcrmcdad con incidcncia incrcmentada, posiblcmcnle
como resultado de cambios ambicntales o a factores sociales (ver Capitulo 7).
Vcr
\ ariolizacion
Virus em ucltos
I
APENDICE
Virus litico
Cualquicr virus (o infccci6n virica) que origina Ia
mucrte de Ia cclula infcctada y su colapso fisico.
\'irusoidcs
Pcquci1os ARNs satcliles con una cstructura circular, altamcnte autocomplementaria, similarcs a los
viroides; depcndicntcs de un virus hospcdador para
su rcplicaci6n y cneapsidaci6n, pero no codifican
ninguna protcina. Todos los ARNs virusoidcs cstudiados basta ahora tiencn actividad ribozima. (Com).
paresc con
Zoonosis
lnfecci6n transmitida de un animal a un ser humano.
La clasificaci6n de los agcntes infccciosos subcelulares es mas compleja de lo qu..:
puede parecer a primcra vista, y cs convenicnte comenzar con varias definiciones:
La Sistematica es la ciencia que organiza la historia de las relaciones evolutivas cntr..:
los organismos.
La Clasificaci6n detcnnina las relaciones evolutivas entre los organismos.
La ldentificac:ion reconoce el Iugar de un organismo en un esquema de elasificaci6n
existente, a mcnudo usando clavcs dicot6micas para identificarlo.
La Taxonomia (nomenclatura) asigna nombres cicntificos de acuerdo con unas reglas
cicntificas acordadas intemacionalmente. Los grupos taxonomicos oficiales (de mayor a menor son):
Reino (por ej., animates, plantas, bacterias; no sc aplica a los virus).
Phylum (por cj., vertebrados; no se aplica a los virus)
Close (grupo de 6rdenes relacionados; no se aplica a los virus)
Orden (grupo de fami lias relacionadas)
Familia (grupo de gcneros relacionados)
Genera (grupo de especies relacionadas)
£specie, el grupo taxon6mico mas pequei'io
La importancia de Ia identificaci6n de los virus sc ha discutido en el Capitulo 4. Los
agentes subcelulares presentan un problema particular para los taxonomistas. Son demasiado pequei'ios para scr vistas sin microscopios electr6nicos, sin embargo, cambios muy
pequcfios en su estructura molecular puedcn dar Iugar a agcntcs con propiedades radicalmente difcrcntes. La gran mayoria de los virus que se conocen han sido estudiados parque posccn un potencial pat6geno para los sercs humanos, los anima tes o las plantas; por
lo tanto, los sintomas de Ia enfennedad causada por Ia infecei6n es un criteria utilizado
para facilitar Ia clasificaci6n. La estructura fisica de una particula virica puede determinarse directamente (por microscopia electr6nica) o indirectamente (por estudios bioquimicos o serol6gicos) y tambicn se utiliza en Ia clasificaci6n. Sin embargo, el analisis de
Ia estructura y Ia secuencia del genoma viral contintta aumentando en importancia, ya
que las tccnicas de biologia molecular proporcionan una via r{tpida y precisa para deicetar c idcnti ficar muchos virus distintos.
En 1966 sc estableci6 el Comitc lntcmacional de Nomenclatura de Virus y clabor6 cl
primer esquema unificado de clasificaci6n de virus. En 1973, este comitc ampli6 sus
objetivos y se autodenomin6 Comitc lnternacional de Taxonomia de Virus (C ITY) (en
inglcs, lntemacional Committee on Ta:w nom_v <Jl Viruse.\, ICTV), que se reune cada
cuatro afios. Se han establccido unas nonnas para Ia taxonomia de los virus, algunas de
las cuales son:
Nose emplean los nombres binomiales en latin (por ej., Rhahdovirus cwpio). No sc
dcben uti lizar nombres de personas en Ia nomenclatura. Los nombres deben tcncr
significado internacional.
El nombre de un virus debe tener significado y debe contener el menor numero posiblc de palabras. Series de numeros ode letras no son aceptables como nombrcs.
Una espeeie vi rica es una clase politetica ( es decir, un grupo cuyos miemhros ticnen siempre varias propiedades en comtm, aunque no haya un solo atributo comim
Clasificaci6n de los agentes infecciosos subcelulares
Principios de virologia molecular
~-~
presentc en todas sus miembras) de virus que canstituye un linaje de replicaci6n y
que acupa un nicha ecal6gico particular.
Un genera es un grupo de especies viricas que comparten caracteres comunes. La
aprobaci6n de un genera nuevo esta en dependencia de Ia aeeptaci6n de u na especie tipo (es deeir, una especie que presente las caracteristicas t ipieas en las que se
basa el genera).
Una familia es un grupa de gcneros con caracteres comunes. La aprobaci6n de una
fami lia nueva esta en dependencia de Ia aceptac ion de un genera tipo.
En terminas generales, los grupas de virus relacionados se dividen en familias cuyos nombres terminan en el sufijo «viridae» (por ej., Poxviridae). En Ia mayoria de los
casos, nose ha establecido un nivel superior de clasificacion a Ia familia, aunque recientemente se han creado tres ordenes (grupos de familias re lacionadas) (ver Capitulo 3). En unos pocos easos, las familias muy grandes se han subdividido en subfamilias
y acaban en el sufijo «virinae». Las subespecies, las ccpas, los aislados, los mutantes y
los recombinantes creados artificialmente en el laboratorio no son reconocidas oficialmente por el C ITV.
•
Los nombres de ordenes, familias, subfamilias, gcneros y especies de virus deben
escribirse en cursiva con Ia primera letra mayuscula.
Otros nambres no se escriben con mayuscula, a no ser que sean nombres propios
(por ej., Poliovirus, virus de Ia eneefalitis del rio Murray).
Este formato debe ser usado solamente cuando se refiere a entidades taxonomieas
oficiales; noes posible centrifugar Ia especie Poliovirus, por ejemplo, pero es posible ccntrifugar poliovirus.
La eursiva y Ia mayuscula inicial no se emplean para el uso vemaculo (por ej. ,
rinovirus; pero el genera Rhinovirus), para acronimos (por ej., VII 1-1 ), ni para formas adjetivadas o posesivos (por ej ., Ia polimerasa de poliovirus).
(Vcr Van Regenmortel, M. H. V. ( 1999). How to write the names of virus species,
Archives of Virology, 144(5): I 041-1 042).
El septimo infom1c del C ITY se publico en el aflo 2000 (Van Regenmortel, M.li.V.,
Fauquet, C.M., Bishop, D.H.L. , Carstens, E.B., eta/., Eds., Virus Taxonomy. Seventh
Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses . Academic Press, San
Diego, CA, 2000; ISBN 0 123702003), y Ia informacion de estc documento csta extra ida de dicho informe, con postcriorcs revisioncs en 2004. Mas de 1.550 cspccies de
virus pertenecientes a 3 ordcnes, 56 familias , 9 subfamilias y 233 gcncros se rcconocen en este informc. Estos virus bien caracterizados son una proporci6n desconocida
del total de virus que cxistcn. En Ia proxima reunion del CITY sc habran afladido
indudablcmcntc muchos mas virus a esta lista*.
• N. del T. : El octavo infonne del CITV se publico en cl a no 2005 (Fauquct, C.M., Mayo, M.A ., ManilofT,
J., Desselbcrger U., Ball, L.A., Eds., Virus Taronomy. Eigth Reporl of the International Commiltee on
Taxonomy of Viruses, Elsevier/ Academic Press, Londres, 2005; ISBN 0 122499514) y en cl se incluycn
1.938 espccies de virus pertenecientes a 3 6rdenes, 73 fami lias, 9 subfamilias y 287 gcneros.
- _...-
.-<E
~
O rden Caudovirales: bacteriOfagos con cola
Familia
(subfam ilia)
t.~roviridae
Poclm·iridae
Siphm·iridae
Genero
Fagos similares a T4
fagos simi lares a PI
Fagos similarcs a P2
Fagos simi lares a Mu
Fagos similarcs a SPOI
Fagos sunilarcs a <)IH
Fagos similarcs a T7
Fagos similarcs a P22
Fagos similarcs a <)129
Fagos similarcs a A
Fagos similarcs a Tl
Fagos s1milarcs a T5
Fagos s1milarcs a L5
Fagos similarcs a c2
Fagos s1milares a x.:vll
Ascoviridae
Aclenm•iridae
Ascowruv
Atadenm•iru~
Aviadenm•irus
Mastodeno1'in1S
Siadenovirus
Asflvirus
Baculm·iridae
Nucleopol\•hedrol'iru.~
Grcmulovirus
Corlicol'iritlae
Fusellm·iridae
Gutlal'iridae
Herpesl'iridae ·
Alphaherpesdrinae
Bewherpesvirinae
Gammaherpesvirinae
CorticOI'irus
Fuse/lm•irus
Gultm•irus
/C'Ialuril·ims
Mardil'irus
Simple.wirus
Varice/IOI'irus
lltovirus
Crtomegalo1·irus
fo,furomegalovirrls
Roseolol'irus
Lymphocrypto1·irr1s
Rhadinol'irus
!!:specie t ipo
Fago T4 cle Enterobacteria.\
Fago PI de Enterohacterras
Fago P2 de Enterobacteri~IS
Fugo Mu de £nterolwcterws
Fago SPOI de Bacillus
11,:11s q,H de 1/alohacterium
Fogo T7 de Enterobacteria:~
Fago P12 de £nterohacterras
Fago $29 de Bacillus
Fago /, de £nterobacterias
Fago T 1 de £nterohacterias
Fago T5 de Enterobacteria.~
FCI~O L5 de t.~rcobCicterias
Fago c1 de Lactococcus
l'lrus x.MJ
de Methanobacterium
Ascovirus de Spodop1era
jrugiperda
Adenoviru.~ ovino D
Adenovirus de gallina A
Adenovirus hwnano C
Adenovirus cle pa1'0 B
17rus de Ia .flebre pordna
africana
.
Virus de Ia nucleopolihedrosrs
cle Autograplw californica
Granr1lovirus
de Cydia pomonella
Fago PM2 de Alteromonas
1/rus SSVI de Sulfololws
Virus SNDV de Suljolobus
l'irul' herpes de lctaluridue
tipo I
Virus /re!pes del gal/o 2
v;111s herpes humano I
Virus herpes humano 3
Virus herpes del gallo I
Virus herpes hwnano 5
Virus herpes murino I
Virus he1pes lwmano 6
Virus herpes Jwmano 4
l'lrus herpes simio 2
Hospedadores
Bacterias
Bacterias
Bactcrias
Bacterias
Bacterias
Bactcrias
Bactcrias
Bactcrias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bacterias
Bactcrias
Bacterias
Bacterias
1nvertcbrados
Vcrtebrados
Vcrtcbrados
Vcrtebrados
Vcrtebrados
Vertcbrados
Invcrtcbrados
lnvertebrados
13acterias
Archaea
Archaea
Vertcbrados
Vcrtcbrados
Vertebrados
Vertebrados
Vertebrados
Vertebrados
Vertebrados
Vertebrados
Vcrtcbr.1dos
Vcrtcbrados
(nmtrmia)
Principios de virologia molecular
Clasificaci6n de los agentes infecciosos subcelulares
-------
Virus AD~ de doblc cadcna (CmrtbmaciOu).
Familia
(subfamilia)
Gcnero
lndoviridae
lridovirus
Chloriridovirus
Lipoth1·ixviridae
Nimaviridae
Ranaviru11
Lymphocystivirus
Lipothrixvirus
Whispovirus
Polyomaviridae
Papil/omm•iridae
Polyomavirus
Papillomavims
Ph)•codnal'iridae
Ch/orol•irus
Prasino1•irus
Pl)'fllnesiol·irus
Phaeo1•irm
Plasmaviridae
Po~ l'tfna 1•ir idae
P/asma1•iru.\·
lclmol'irus
Bracovirus
Po.n•iridue:
( 'lwrdopo.noirinae
Orthopoxvirus
Parapoxvirus
A1•ipoxvirus
Capripo.n•irus
Leporipon•irus
Suipoxl'irus
Molluscipo.n·lrus
Yatapo.n•iru.\·
Emomopotl'irinae
Entomopox1•irus A
Emomopoxvirus 8
Entomopoxvims C
Rhizido1•irus
Rudiviridae
Tectiviridae
Rudivirus
Tectivirus
Espccic tipo
Virus iridisceme
de 111\'ertehrado 6
~7rus imliscenfe
de im·ertehrado 3
Vims de Ia rana 3
Vims de Ia lil!(ocisti~ I
Virus de Thermopmteus I
Virus del sindrome
de Ia mancha blanca I
Vims del simio 40
Papil/omavirus del conejo
de cola de algodim
Viru.~ Chlorel/a I
de Pammecium bursaria
l'irus SPI
de \ficmmonas pusil/a
l'irus PW/
de Chrrosochromomulina
hreli/ilium
Virus de Ertocwpu.1
silic ulo.\·us I
Fago L2 de Aclwlep/a.\'IIW
lcluw1'irus
de Campo/eli.\' .wmorensis
Bmchovims
de Cot(•sia mdano.1cela
~l/'11.\ I'CIC/1/ICI
l'irus Or/
1/ru.\ de Ia 1'ir11ela aviar
I 'irus de Ia l'lruela o1·ina
I 'inr1· delmiwma
I lrus de Ia l'iruela porcino
I 'iru.\ delmolu.\·co contagioso
I irus delt11mor de/mono
de l'aha
Entomopo.\" l'iru.\
de Melolontha melolontha
Entomopo.\" l'iru.\'
de A msacla moorei
Entomopo{vims
de Chironomus luridu.\'
Virus de Rhi::idomyces
Virus SIR VI de Sul{olobus
Fago PRDI de Enterobaclerias
Hospedadores
Familia
(subfamilia)
Invcrtcbrados
Circm•iridae
I nvcrtebrados
Gemi11iviridae
Vcrtebrados
Vertebrados
Archaca
lnvcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Gcnero
Especie tipo
llospedadores
CircOI'/riiS
Gyrcll'irus
Mastrevims
C11rtvvirm
Circovirus porcino
Virus de Ia anemia del polio
Virus de Ia \'eta del mai:
17rus del upice ri:ado
de Ia remolaclw
Virus del fa/so ri:ado
del upice del fomale
Virus del mosaico dorado
de /ajudia
Fago M 13 de £ntemhacteriu1·
Fago MV-L51 de Acholepla.\1110
Fogo rpX/74 de Entemhacterias
Fago 4 de Spiroplasma
Fago \.1AC I de Bdellm·ihrio
Fago I de Chlamydia
17rus del enanismo
del trt!bo/ s11bterrcineo
Virus del racimo ap1cal
del p/Utano
Vertcbrados
Vertcbrados
Plantas
Plantas
Topoclll'irtiS
Bego11tovin1.\'
Jnm·iridae
Micro1•iridae
Algas
Algas
Nanol'iridae
lnol'iru.1
f'lec/rol'irus
MicnJI'il'll.\'
,)'p1romicrm·ints
Bdel!tmtiCI'OI'irus
C h Ia 111_1't Ii wnicro vtrus
\cm0\'11'11.\
Algas
Bahlll'trus
Algas
Pan·oviridae:
Pari'CII'irinae
Micoplasmas
Invertcbrados
Densovirinae
Invcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Ycrtcbrados
Vertcbrados
Vcrtebrados
Vcrtcbrados
Vcrtebrados
lnvcrtcbrados
Invertcbrados
In vertcbrados
l longos
Archaea
Bactcrias
Parl'lJI'irus
El:l'throvirus
Depe1ulo1'ims
Denwwil'lll'
ltelavims
Brel'idensll\'ittls
Vim.1· diminuto del rat611
Virus 8/9
Virus adenoasociado 2
Densovirus de Jzmonia coenia
Densovirus de Bomhyx mori
Densovirus de Aedes aegypti
Plantas
Plantas
Bactcrias
Bactcrias
Bactcrias
Espiroplasmas
Bactcrias
Bacterias
Plantas
Plantas
Vertcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Invcrtebrados
Invcrtebrados
Invertcbrados
~incipios de virologfa molecular
Clasificaci6n de los agentes infecciosos subcelulares
Familia
Gcncro
Birnal'iridae
Aquahirnal'i/'11.1
Avihimavirus
Entomohirnavin1.r
Chl)'.\ovirus
(1'\ltJI'iridae
I ~11JOViridae
Cysto I'irus
I ll'f)(Wirus
Partilil'iridae
Purtilil'lrus
Chry.1·ot•irus
Espccics tipo
1/ru,\ de Ia necrosis
pancreatica infecciosa
Virus de Ia bursitis
in(ecciosa m•iar
Virus X de Drosophila
Virus de Penicil/iwn
chr,·.mgenl/111
Pseudomonas Fago 1/16 tic
f~lpol'irus I -EP713
de Cnphoncctria
Virus 0/916-A de
Gaelmwrmom1·ces ~raminis
Viru.\ de Peni£ illium
cht:v~ogenum
A lplwcryptot•irus
BelaCI)ptovirus
Rem·widae
Orthoreot•inls
Orbivirus
Rotm·iru.\
Co/til'iru.1
Aquareo1•irus
C)poviru.1·
Fijil'irus
Ph)'I01·eovirus
(hJ'=GI •irll.\'
Totiviritlae
Totivim.1·
Guudim•ims
Leishma11iavirus
Virus crfptico
deltrehol hlanco 1
Virus crfptico
del tn!ho/ hlanco 2
Orthmt•ot•im.\' de• mami(em.1
11ru~ de Ia lengua a=ul
Rotal'lrus A
Virus de Ia jiehtt• por
garrapatas clef Colorado
Virus de Ia carpita dorado
(Noten1igonus cn•.wleucas)
C)pot•irus I
liru.1 de Ia enfimnedad de Fiji
l'irus 11111/0ra/ de los heridas
l'irus d£'1 raquiti.\·mo andmioso
del arm=
1/rus LA de Saccham 1111 ·ce.1·
ceret'l.\iae
Virus de Giardia lamhlia
l'irus ARN 1-1 de Leishmania
Hospcdadorcs
Orden N idovira/es: virus «anidados»
Vcrtcbrados
Familia
Gcnero
Especies tipo
Vcrtebrados
A rteriviridae
Coronm ·iriclae
Vims de Ia arteritis equina
Vcrtebrados
1/rus de Ia hronquitis in(ecciosa Vertcbrados
TonJI'irm equino
Vcrtcbrados
Virus asociado a las branquias
Vertcbrados
Hospedadore11
lnvcrtcbratlos
I-longos
Ronil'iridae
Arteril'ims
Coronal'irus
Toro1•im.1·
Okaviru1·
Bactcrias
Bongos
Familia
(subramilia)
Gencro
Espccic tipo
llospedadores
Hongos
Al!etivirus
Astro1·iridae
At·aslrOI'Irus
A.fama.1 1rovirliS
Barnavirll.\'
A.~lrol'ims
l'irus X del clwlme
de pal'O
Aslrot'irm lwmano
Virus haciliforme de Ia seta
r'irus de Ia ri:omania
de Ia remoladw
Virus delmosaico de Ia a((alfa
11rus del mosaico del hromo
l'irus delmosmco del pepino
I lrus del estriado deltabaco
1/rus lwente 2 del o/im
I 7ms de Ia enfi.nnedad
hemorrcigica del conejo
I 'iru.\ Norwalk
11rus Sappom
11ms del exantema
vesicular potdno
11rus de Ia madera asurcada
del mw1=ano
1/ms latente del clan!!
Virus asociaclo al enrollamiento
de Ia hoja de Ia 1•id 3
11rus de Ia amarille:
de Ia remolaclw
l'iru.1· del enani.1·mo rami/icado
del.framhueso
Virus del mosaico del chicharo
Virus de Ia marchite: del hai)(J 1
Virus de Ia mancha anular
del labaco
11rus de Ia pa/'lllisis del grillo
Virus de lafiehre amarilla
Virus de Ia dian·ea bovina 1
11ru.\· de Ia hepatitis C
Virus de las picaduras
del tallo del manzano
Plantas
Vertcbratlos
Vcrtebrados
Hongos
Plantas
llongos
Plantas
Bamal·iriclae
Bem'l'u-us
Plantas
Bromoviridae
A /fa nuJI'irus
Calici1•iridae
Bromm·irus
Cucumo1•irus
!larvirus
Oleal'irus
Lagovirus
Vertcbrados
Vertcbrados
Vcrtcbrados
Vertcbrados
Norovirus
Sapo virus
Vesi1·irus
Vcrtcbrados
lnvertcbrados
Plantas
Plantas
Plantas
Hongos
Capillovirus
Carlm·iru.\
Closterovi1·iclae
A mpelm•irus
Closterovin1s
Protozoos
Protozoos
!daeOI"iru.\
Comoviridae
Comol'irus
Fahm·ims
Nepovims
Dicistroviridae
Flavil•iriclae
Cripm·irus
Flavivirus
Pestivirus
1/epaCII'irus
Fot·eal'irus
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Vcrtcbrados
Vertcbrados
Vertebrados
Vertcbrados
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Invcrtcbrados
Vertebrados
Vcrtcbrados
Vertebrados
Plantas
( nmll mia 1
Clasificaci6n de los agentes infecciosos subcelulares
- -~
I~' Virus ARN de sentido positivo (Continuacitln).
Familia
(subfamilja)
Gcncro
Furovirus
Vtru.\' delmosaico dellrigo
lrammilido por el welo
Vtrus de Ia hepatitt\· E
Vtrus simi/ares a/
de Ia hepmitis E
I fordeivirus
/flu virus
Lel'il'iridae
Luteoviridae
Levil'irus
Allolevivirus
Luteovims
Mach/omovims
Narnavirus
Afirm•irus
Nodal'iridae
Pecllll·irus
Ourmtal'trus
Picc>I'IWI'iridac•
Pomol'irus
Po1exvim.1·
Potyviridae
A /plwnodom•irus
Betcmodal•int.\'
Entero1•irus
Rhinovims
Hepalol'ims
Catdic11'irus
Aphllwvirus
Parecluwint\'
Erbol'irus
Kohuvirus
Tesclwvirus
Pot)'l'irus
lpo1•irus
Maclumvims
Rymo1•irus
Tritimovirus
l'irus delmosaico mrado
de Ia cehada
l'irus de lu.flacheria injecciosa
Fugo MS2 de Enterohacterim
Fago Qf3 de Enterohaclerim
Virus del enanismo amarillo
de los cereales-PA V
Virus del enrollado de Ia palata
Virus de Ius excrecencias
y mosaico del guisante-1
Virus delmosaico clorotico
del mal=
Virus rayado fino del mai::
Narnw•irus 20S
Sacchamtl~l'ces cerel'isiae
Mitovim.1 1-N8631 de
CtJ•phonectria purasitica
1/rus Vmlamura
flrus de Ia necrosts 11en•iosa
del Iucio rayado
1/rus delmanojo del cac·almete
1/rus Ourmia mehi11
Polio1•iru.1
Rhino,•inH lntmcmo .I
I irus de Ia hepaltli.l A
l'iru.v de Ia encefalomiocarclitis
Virus cle laJiebre ajio.\'a 0
Parec/101'irtts lwmano
l'irus de Ia rinitis equina B
11rus A iclti
Teschol'int.\ porcino
17rus <<mop-top11 de Ia palata
Virus X de Ia palata
1/rus Y de Ia palata
11rus del mo/eado sum·e
de Ia halala
Virus delmosaico de Madura
Virus delmosuico del ballico
1/rus delmosaico e.lfriado
deltrigo
..---
I
II ospcdadores
Familia
(subfamilia)
Gcnero
Bymo1•irus
Plantas
Vcrtcbrados
Sequil•iridae
Sc•qui1•irus
Waikal•ims
Polerovirus
Enamovirus
Marujivims
Narnaviridae
Especie tipo
~~·~-~
Vi;us ARN d-e scntido positi\'o ( Contin~tac{o_[jj~:~
Plantas
lnvcrtcbrados
Bactcnas
Bactcrias
Plantas
Plantas
Plantas
Sohen1ovirus
Tetraviridae
Betaletrm·irus
Tolwu/OI'ints
Tahrm•irus
TomhttSI'iridae
Tomhu.wirus
01negaretra~·ints
A1•e1wvirus
Plantas
Plantas
Hongo::.
A ureusviru.\
Carmol'irus
Daintho,•irus
Bongos
Afachlomol'irus
Invcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vecrol'im.1·
Panicovims
A /plwvirus
R11hivirus
Plantas
Plantas
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vertcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
(contimia)
Toga1•iridcw
Trichovirus
7',1 •mm•iridae
Umhra1•ims
lltil•irus
\lacul(/\'iriiS
Alarafil'irus
T\'IIIOVirus
Espccie tipo
Virus de/mosaico amarillo
de Ia cehada
17rus del punteado amarillo
dl! Ia chirivia
11rus es(erico del lungm
del arro:
Vims delmosaico del sur
de lajudia
l'irus fJ ,Vudaurelia capensts
11rus w NudawY!Iia capensis
Virus del mosaico del tahaco
l'irus del cascaheleo deltabaco
Virus del enanismo ramificado
del tomate
Virus del enanismo clorotico
de Ia arena
Viru\ llllenle del Pothos
Virus del moteadn dl!l clave!
Virus de las mandws anilladas
del clm·el
Vims de/moteado clorotico
del mai:
Virus de Ia necrosis del tahaco
Virus del mosaico del Panic11m
l'im1· Sindbi.1·
~/ms de Ia rulu!ola
Vims de las mandws folia res
c/oroticas del manzano
l'ims del jaspeado de Ia l'id
l'irus del rayado fino delmai:
Virus de/mosaico amarillo
de/nabo
l'irus del moleado
de Ia :anahoria
Virus A de Ia vid
Hospedadores
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Lnvertcbrados
lnvertcbrados
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Vcrtebrados
Vcrtebrados
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
l'lantas
Plantas
Principios de virologfa molecular
--Familia
(subfamilia)
G cncro
8onwl'iridae
Param1~W1·iridae
P!l£'/t/1/ol•irlnae
llenipavirus
Aforhillil'lrus
Re.1pirovirus
Ruhulcn·iru1
Pnewnovims
.Metapneumovin1s
Vesiculo1·irus
Ly.ua1·irus
Ephen1eroviru.1·
Vo1·irlwhdo1'iru.\
C)•torhahdo,•irus
Nuc/eorhahdol•iru,\
A renaviridae
81111.\'a~·iridae
Gencro
A renal'lrus
Orthohun1'lll'in1s
llanlal'trus
Nairo1·irus
Ph/ehol'lrus
Tospo~·irus
Delta11irus
OphifJI'irus
Orthomyxoviridae
Influenza A virus
lnjluen::a 8 vims
Influenza C vims
lsavirus
Thogotovirus
Tenuivirus
-- --
llospcdadorcs
l'irtt.\ de Ia enfermedad
de Borna
Virus simi lares a Marburg I iru.1 Marhurg
Virus similarcs a Ebola
Virus £bola
Para!I~VXOI'irinae Al'ulm•iru.\
Familia
Especic lipo
~-
Bornavirus
Filo1•iridae
Rhahd01•iridae
~--
Vertcbrados
Gcnero
Espccie tipo
Hospedadores
Retr01•iridae
A lpharetrOI'irus
Vims de Ia leucosis m•iar
11rus del 111mor mwnario
del raton
l'irus de Ia leucemia 111/ll'ina
1'irus de Ia leucemia h01•ina
Vim.~ del sarcoma dermico
de miller
Virus de Ia imnunodejiciencia
humana I
Spullwl•iru.\· humano
1/rus Ty3 de Sacclwromrces
cerel'isiae
lints gypsy de Drosophila
melanogu.1·ter
1'irnv Tr 1 de Sacclwromrces
Vcrtebrados
Vcrtebrados
8etaretro~·irus
Gamnwretm1•irws
DeltaretrOI'irus
Ep.l·iiOIII'etrovirus
Vcrtebrados
Vcrtebrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbratlos
Vcrtebrados
Lenfll'il'lls
Spu11WI'irus
MeUII'irus
Metariridae
Errantll'irus
Vcrtcbrados
Vcrtebrados
P~eudo1·iridae
Pseudm·irus
Vcrtebrados
Vcrtebrados
Vertcbrados
Vertcbrados
Vcrtcbrados
Hongos
In vertebrados
ln vertcbrados
l.'t!l'£1\'iSiliC!
11rus de Ia jiebre (!/imera bol'ina
l'iru1 de Ia necrusi1
hemawpoyetica mfecciosa
l'iru1 de Ia amarilh·= necr6tica
de Ia Iechuga
17rus del enani.11110 amarillo
de Ia palata
l'iru1 cle Ia wriomeningiti.l
linfocitaria
I irm 8w~ramll'em
11rus llantaan
I 'i111.1 de Ia enfermedad 01•ina
de Nairobi
I irm .1iciliano de lafiebre
de Ia mosca de Ia arena
1/rus del bronceado del tomate
1/rus de Ia hepatitis delta
11rus de Ia psorosi.1
de los dtricos
~'ims lnjluen=a A
I 'irus Influenza B
1/ms lr!fluen::a C
Virus de Ia anemia infecciosa
del salmon
Vints Thogoto
Familia
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Virus de Ia en(ermedad
de Nell'casfle
Virus 1-lendra
Virus del sarampion
~1ms Sendai
Viru.1 de Ia parotl(/itis
Vims respiratorio sincitial
humano
Pneumovirus aviar
Virus de Ia e.\lomutitis l'esicular
de Indiana
I'iru1 rabico
Espccie tipo
Clasificaci6n de los agentes infecciosos subcelulares
/lemil·ims
Vcrtcbrados
Vcrtebrados
Vcrtebrados
l'im.\ copia de Drosophila
mda1wgaster
lnvcrtcbrados
Plantas
Plantas
Cru o VII
Virus ADN con transcliipc~~n in\'ersa.
Hospcdador
Familia
Gcncro
Especic tipo
Hospedadores
Vcrtcbrados
IIepadnm ·iridae
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Vcrtcbrados
Caulimm ·iridae
Orthohepadnm·in1s
Avihepadnavin1s
Caulitnm·irm
Badna1•irus
l'irus de Ia hepatitis 8
Virm de Ia hepatitis 8 del palo
rims delmosaico de Ia coli/lor
linn del moteado amarillo
de Commelina
l'ims delmosaico l'eleado
de Ia yuca
l'ims del1·e teado daro
de Ia petunia
Jlru.v del moteado clor6tico
de Ia soja
~1ru.\ bacili/(mne deltungro
delarro=
Vcrtebrados
Vcrtebrados
Plantas
Plantas
('avemovinl.\
Vcrtcbrados
Pewvirus
Plantas
Vcrtcbrados
Plan tas
So_1·mm•irus
Tllllf:!,I'CJI'il'liS
Vertcbrados
Vertcbrados
Vertcbrados
Vertcbrados
Vertcbrados
Vin1s de Ia hoja rayada delmafz Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Principios de virologia molecular
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· Agcntcs suh,1iralcs: \"iroidcs.
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Familia
Gencro
Espccic tipo
Hospcdador
Pospiviroidue
Pospiviroid
Viroide deltuhercu/o fusi/(mne
de Ia palata
Viroide del enani.1mo del !tipulo
Viroide del cadang-cadang
del cvcotero
Vimide de Ia pie/ ciculri:ada
de Ia man:ana
Vimide I del Coleus !1/umei
I 'iroide de/mandwdo solar
clelaguacate
Viroide delmv.wico latente
del meloclllonero
Plantas
1/ostuviroid
Cocadviroid
Apscaviroid
lfi'S///II"ii"Oidae
Cole1•iroid
Avswn•iroidue
PelaiiWIII'II"Oid
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Plantas
Agcnte
Grupo
Tipo
Subgrupo
Hospcdador
Satcliles
Virus satclites
Virus satclitcs
dcARJ\omc
l'iru.1· satelite de Ia para/isis
cronica de Ia aheja
Vims salt;lite de Ia necrosis
del tahaco
ADN satelite dell•wus de Ia
lwja ri::acla del tomale
Satelite de/1•ims ~~ ck•
Sacdwmni\'Ces cen'l'i.l'/ae
ARNs satclitcs grandcs
ARNs satclites pcquenos
lineales
ARNs satclites circulares
Agcnte del «scrap•c»
o tembladcra
fURL3]
In vertcbrados
Acidos
nuclcieos
sate lites
Prioncs
AONs me
satclites
ARNs be
satchtcs
ARNs me
satclitcs
Priones de
mamifcros
Prioncs de hongos
Plantas
Plantas
llongos
Plantas
Plantas
Plantas
Vcrtcbrados
llongos
APENDICE
3
LA HISTORIA DE LA VIROLOGiA
<<Aquellos que no pueden recordar el pasado estcin condenados a repetirlm>: George
Santayana
1796:
1885:
1886:
1892:
1898:
1900:
1908:
Edward Jenner utiliz6 Ia vJruela de las vacas para \acunar contra Ia viruela
hurnana. Aunque a Jenner habitualrnente se le concede el mcrito de Ia vacuna, Ia practica de mfectar a las personas dcliberacJon, en realidad Ia
damente con viruela para protegerlas de Ia pear forma de esta cnfermedad, se
habia practicado en China al rnenos 2.000 aiios antes. (: n 1774, un granjero llarnado Benjamin Jesty habia vacunado a ~u esposa y sus do~ hijos con viruela
bovina tornada de las ubres de una \aca infcctada y habia escrito sabre su experiencm (ver 1979). Jenner fue Ia prirnera persona en vacunar deliberadamcnte
contra una enfennedad infecciosa (es decir, en utilizar una preparaci6n conteniendo una molccula ant1gcmca o una me.tcla de tales molcculas con el fin de
inducir una respuesta inmunitaria).
Louis Pasteur expenmento con Ia \acuna de Ia rabm, utilizando el tennino virus
(del latin, veneno) para descnbir al agente. Aunque Pasteur no distinguia entre
VIruS y OtfOS agentes infecciOSOS, c( introdujo los tcrminos de l 'irus y \'CICIIIWCiOII
(en honor de Jenner) y desarrollo las bases cientificas para Ia estrategia expenrnental de Jenner en Ia vacunaci6n.
John Buist (un patologo cscoccs) observ6 «cuerpos clcrnentalcs» en Ia linfa
teii1da de lesiones cutancas de un paciente con viruela y penso que eran csporas
de m1crococos. Sc tr.uaba en realidad de particulas de virus de Ia viruela; suficientemente grandcs para ser vistas con cl microscopio 6ptico.
Dmiti lwanO\\Ski dcscribi6 el pnmer agente infeccioso «filtrable» el virus del
mosa1co del tabaco (VMT) mas pequeno que cualqu1er bacteria conocida.
lwanowski fue Ia prirnera persona que distingui6 entre virus y otros agentes infeccJOsos, aunque no fue plenamente consciente del sigmficado de su hallazgo
Martinus Beijerinick ampho el trabajo con el VMT de lwanowski y fonn6 cl
primer concepto claro de virus, wnfllgium l'ivum .fluidum; un agente infeccioso
vivo y soluble. Be1jerinick confirm6 y amplio el trabajo de lwanowski y fue Ia
persona que desarrollo cl concepto de virus como una entidad distinta.
Freidrich Loeffler y Paul Frosch demostraron que Ia fiebre aftosa es causada por este llpo de a gentes « fi ltrables». Loeffler y Frosch fueron los primero'>
en demostrar que los \ irus pueden infectar a los ani males igual que a Ia-,
plantas.
Walter Reed demostr6 que Ia fiebre amarilla es transmitida por mosquitos. Aunque Reed no reparo demasiado en Ia naturaleza del agente causante de Ia fichrc
amarilla, el y SUS coJaboradores fueron los prim erOS en demostrar que Jos \ lrli S
podian ser transmitidos por insecta'> vectores como los mosqUitos.
Kart Landstciner y Erwin Popper demostraron que Ia poliomielitis es causaul<t
por un vi rus. Lands teiner y Popper demostraron por primera vez que Jo., \ im
podian infectar a las personas al igual que a los animates.
Principios de virologia molecular
La historia de Ia virologia
1911 :
Francis Pe)•to~ Rous demostr6 que un virus (el virus del sarcoma de Rous)
pu_ede causar cancer en poll as (Premia obel, 1966; vcase 1981 ). Rous fue Ja
pnmera persona que demostro que un virus podia causar cancer.
19 15:
Frederick Twort descubri6 virus infectando bactcrias.
19 17:
F~lix d ' Herelle dcscubrio indcpendicntcmentc VIrus de bacterias y acuno el tcrmmo de
. El descubrimiento de los bacteri6fagos ofreci6 una cxcelentc oportunidad para estudwr Ia replicacion de los virus en una cpoca antenor
a! d~s~rrollo de los cultivos celulares, cuando cl unico modo de estudmr los virus
em mlectando organismos entcros.
1935:
Wendell Stanley cristalizo cl VMT y dcmostro que pem1anecc infectivo (Prcm~o ~obcl. 1946 ). El lrabajo de Sian ley constituy6 el primer paso hacia Ia descnpc1on de Ia estructura molecular de cualqu1er vmJc; y ayudo a desentraiiar Ia
nalura le/a de los virus.
1938:
Ma:\ Theiler desarrollo una vacuna \iva atenuada contra Ia fiebre amarilla (Pren~Jo Nobel, 195 1). La vacuna de Theiler era tan segura y tan efectiva que jtodavm sc emplea actualmente! Su trabajo salvo mllloncs de vidas y cstableci6 el
modelo para Ia produccion de muchas vacunas posteriores.
1939:
Em~ry Ellis Y Max Dclbruck establecieron el concepto de «cielo de crecimiento_ vm1l en un paso», esencial para cl conocimiento de Ia replicacion vinca (Prem•o. No?_el, 1_9_69). Este trabajo estableci6 las bases para Ia comprension de Ia
repl~cac•on vmca; que las particulas 'iricas no crecen. smo que se ensamblan a
part1r de sus componentcs preformados.
1940:
Helmuth Ruska utilizo un microscopio electr6nico para captar las pnmeras imag~_nes ~e particulas viricas. Junto con otros estudios fis1cos de" irus, Ia visualizaCJon d1recta de
fue un avanee •mportante en Ia eomprensi6n de Ia eslructura de los virus.
1941 :
C~orgc Hirst demostr6 que cl virus in fl uen/a aglutma hematies. t\te fue el
P~llller metoda rapido para euantificar \irus eucariotas. jAhora los \Jrus se podJan contar!
1945:
Salvador Luria y Alfred Hershe) demoslraron que los
rc •
mutan
(Pre~1~io ob:l, 1969). lste lrabajo prob6 que en los virus operan mccanismos
genct1cos sun dares a los de los organismos celulares y sent6 las bases de Ia comprension de las variaciones antigcnicas de los virus.
1949:
~oh~ End~rs,_Thomas Weller y Frederick Robbins fueron capaces de cultivar
111 l 'llro polJO:'I':'S Ulllizando cultivos de eclulas humanas (Premio Nobel, 1954 ).
Este descubrun~ento permitio posteriormente el aislamiento en culti\OS cclulares de muchos virus nuevos.
1950:
Andre Lwoff, Louis Siminovilch y "'iels Kjeldgaard descubrieron bacteri6fagos . .
en Bacil/u.\ megaterium 1rrad iados con luz ultraviolcta y acunaron el te:mmo de
(Premia Nobel, 1965). Aunque cl concepto de lisogenia
ya ex1stm desde los ai\os 20, este trabajo clarifico Ia cxisteneia de
Y virulentos, y condujo a estudios posteriores sabre el control de
Ia cxpresi6n genica en procariotas, resultando final mente en Ia hip6tesis del operon
de Jacob y Monod.
1952:
1957:
196 1:
1963:
1967:
Rcnato Dulbecco demostr6 que los virus animalcs pueden fonnar cal vas de una
fonna parecida a los
(Premia Nobel, 1975). El trabajo de Dulbecco
penniti6 Ia nipida cuantificacion de los virus animales utilizando ensayos que
.
antes solo habian sido posibles con bacteri6fagos.
Alfred Hershey y Ma rtha C hase demostraron que e l ADN era el matenal
genctico de un
. Aunque Ia evidencia inicial del ADN_ ~~mo base
molecular de Ia herencia genctica se descubrio utilizando un bactenofago, estc
princip1o es par supuesto aplicable a todos los organismos cclulares (jaunque no
a todos los virus!).
llcin7 Fraenkei-Conrat y R.C. Williams demostmron que cuando se incubaban juntas me/clas de ARN purificado del vin1s del mosaico del tabaco y prote~­
na de Ia cub1erta se fonnaban espontaneamcnte particulas viricas. El descubnmiento de que las particulas viricas podian fonnar-,e espontancamcnte a partir de
subunidades puriticadas sin ninguna infonnac1on extcma indieaba que Ia partieula
se encontraba en un estado de encrgia libre minima y era par tanto Ia estructura
prcferida por sus componentes. La cstabilidad es una earacteristica importante
de las particulas viricas
Alick Isaacs y J ean Lindemann dcscubrieron cl mtcrfer6n. Aunquc las esperanlas inieia lmcntc puestas en los mterferones como agentes antiv1rales ~e amplio espeetro equivalentes a los antibi6ticos se han disipado. fueron las pnmeras
citoquinas en scr estud1adas con detalle.
Carleton Cajdusek propuso que un «virus Iento» era el responsable de Ia enfer(Premia abel, 1976; vease
medad conoc1da como kuru cau~ada por
1982). Gajdusek demostro que cl curso del kuru era similar al de Ia tembladcra o
1·crapie, que el kuru se podia transmitir a los ch•mp<mccs y que cl agente responsablc em un \irus atipico.
Sydney Brenner, Francois Jacob y Matthew Meselson demos_t ~a~on q~c el
bacten6fago T4 utili/a nbosomas de Ia cClula hospedadora para dmg•r Ia smteSJS de proteinas virales. Fste descubrimiento revelo el mecanismo molecular fundamental de Ia traducc16n proteica.
Baruch Blumberg descubn6 cl virus de Ia hepatitis B (VIIB) (Premia No?el,
1976). Blumberg lleg6 a desarrollar Ia pnmcra vacuna contra cl ~JIB, cons•~e­
rada por algunos Ia primera vacuna contra el cancer. debido a Ia mtensa asoc•aci6n entre hepatitis 8 y cancer hep{ttico.
Mark Ptashne aisl6 y estud1o Ia proteina represora de A.. Jacoby Monad fucron
los primcros que postularon a las protcinas represoras como molcculas reg~l ado­
ras. Junto al trabajo de Walter Gilbert sobre Ia proteina reprcsom Lac de Escll<'richia coli, cl trabajo de Ptashne ilustr6 como las proteinas represoras son un
elcmento clave de Ia regulacion gcnica y controlan las reaccioncs de los genes
ante las senalcs ambientales.
Theodor Diener descubrio los
, agentcs de enfennedadcs de las planta~
que no tienen capside protcica. Los viroidcs son agcntes infecciosos consistcntc~
en ARN de bajo peso molecular que careeen de capside, y que son responsablcs
de muchas cnfennedades de plantas.
El_
1970:
1972 :
1973:
1975:
1976:
1977:
1979:
198 1:
1982:
La historia de Ia virologia
Principios de virologia molecular
H oward Temin y David Ba lti m ore d esc ubrieron indcp cnd ientcmentc Ia
tmnscriptasa inversa en los retrovirus (Premio Nobe l, 1975). El descubrimiento de
Ia transcripci6n invcrsa a bria una via para que Ia infonnaci6n genctica Ouycra del
ARN al AD , re fu tando cl llamado «dogma central>>de Ia biologia molecular.
Pa ul Berg c re6 las pn mcras mo lccul as de A DN recomb ina ntc, geno mas de A DN
ci rcular de SV40 contcnie ndo genes de fago )... y el ope ron de Ia galactosa de
E. coli (Premio Nobe l, 19HO). Esto constituy6 el comien.w de Ia tccno logia del
A DN recombinan te.
Pete r Oo herl)' y Rolf Zi nkernagel demostraron las bases del reconocimiento
antigcnico por el si'>Le ma inmuno l6gico cclular ( Prermo obe l, 1996). La dcmostracio n de que los linfocitos rcconocen tanto los antigcnos viricos como los
antigenos del sistema mayor de hrstocompatrbi lidad con el fin de destnur cclulas
in fec tadas por ' irus estableci6 Ia especi fic idad del s iste ma rnm un itario celula r.
Bernard \1 oss, Aaron S h atkin y colaboradorcs demostraron q ue el ARN mensajero cont 1ene una caperu/a («cap» e n mg lcs) de nuclc6tidos en cl extremo 5',
que afecta al procesam1ento corrccto d uran te Ia tmd ucci6n. Posteriom1cnte se
descubri 6 que estos ha lla/gos cfectuados en reovinr'> y vi rus vacuna se aplica n a
los A RNm ccl ul ares; un princ ip1o fu ndamental
J. Mich ael Bishop y Ha ro ld Varmus detem1i naro n que cl
del vi m s
del sarcoma d e Rous se pued e e ncont rar tamb1cn e n eclulas de a111malcs nonnales, incluycndo hu manos (Pre m1 o Nobel, 1989). Los p roto-oncogenes son esenciales para el desarrollo nonnal, pero pucdcn convertirse en genes rclac ro nados
con el cancer c ua ndo se danan o modi fican rcguladores celulares (por cj., por
tra nsduccio n por ' irus).
Richard Roberts. e mdepend1entemente Phillip Sh arp, mostraron que los genes
de ade novims estan intercalados con segmentos no codificantes que no especlfi) (Premio Nobel , 1993). Posten om1ente se descan estn 1ctums protcicas (
cubri6 que cl proceso de corte y empalme («.,p/icing» en ing lcs) de los genes de los
adenov1rus es tamb rc n aphcablc a los genes celularcs; un pnnc1pio fundamental.
Fred erick Sanger y colaboradores detennina ron Ia sccue ncia complcta de los
5 375 nucle6lldos del
del bacte n ogafo <!>X 174 ( Prcrmo obel, 1980).
Fuc Ia primera secuencia gen6mica completa que se obtuvo de un o rganismo.
La Organizacion \1 undial de Ia Salud deelar6 o ficwlmente c rmd1cada Ia v iruela.
El ulti mo caso natu ral de vimela se observ6 en Somalia e n 19 77. Esta ha sido Ia
primera cnfcm1edad infecc10sa complctamenle clim mada.
Yo rio llinuma y colaboradorcs ais laron el virus d e Ia leucemia de cclulas T
humana (YLTII ) de pacien tcs con esta e n fermedad . Aunque se han asociado
varios virus con tumorcs humanos, el V LTH fue cl prime r vi ms huma no identificado inequh ocamente relacionado con cl cancer.
Stanley Prusine r demostro que las protcinas in fecciosas que c l llam6
causan Ia te mb ladera o <<scrapie», u na c nfcnncdad ncurodcgenerativa fatal de
las ovejas (Premio Nobe l, 1997). Este fuc cl a\ ance mas s ignificativo e n cl desarrollo de nuestro conocimie nto de lo q ue prcv ia me ntc sc habian llamado enfcrmcdades por «virus lentos» y que ahora sc conoccn como e ncefalopatias cspong iformcs transmis ib lcs (EET).
1983:
· · t d I v irus de h
.
Robert Ga llo anunciaron el descu b rr m lcn o c
•
Luc Mo ntagm c r Y
d
1
S
IDA
El agentc respon1
inmunodeficiencia humana (V III ). cl agcnte ca~~a c , ~ s. dcsdc cl com ienJ'o
sable del S IDA fuc ide ntificado en un plazo de solo 2 a 3 ano . .
1985:
de Ia cpiderma.
.
·d
(US DA) conccd io Ia
El Departamento de Agricultu ra de los ~stados Um OS modificado ucneticapnmcra liccncia para comercialiJ'ar cl pnmer o rgantsmo
E: I . o. OM G
mente (OM G); un virus para vacunar contra cl herpes porcmo. . pnmcr
•
comercia~.
1986:
Rob e rt
h , R ob Fraley y colaboradores demostraron que las plantas d_c
eac ),
, '
Ia roteina de Ia capside del v irus del mosat-
t~badcol :::a~~n(~~;") c:~,e:e~~~c~~cs ~ Ia infecci6n por este vims. Este. trabaj o
co e
..
· d, 1 s plantas a los v1rus, un
fac tlit6 una mcjor comprensi6n de Ia rc<,lstencta c a .
. .
. .
.
d 1. a! de los c ult ivadores de plantas durante slglos.
obJctlvo pn mo r •
•
· · C (VIIC ) Ia causa de la
1989 : Se identific6 defi nrtivamentc _el vt.n ;: ~eBial~~~~~~~~:l primer a~ente infeccioso
mayoria de los casos de hepattlls 111 n l . •.
, ,
,
, or tccnicas m as
identificado por clonaci6n molecular del genom.l, en ve/ de p
(vcase 1994 ).
· · · 1
a en
lr•'ldi.Cionales
' ·
· ·
(
b do ) de terap~a ge111ca 1Uman
S II, ., a " lbO el primer proced umcnto apro a
1990 :
e cv o c.
.
.
b. d· severa ( << H' l'ere com Inned immune
un ni no con 111111llnOdeficiCnCIH COI11 111~ a •
<
•
lU\0 cxito. cste
If' .·, .1, SCI D) utiluando un retrovlfliS \'ector. Aunque no
c e u I<: nc »,
, fi' cdad gcnctica humana.
fue el pruner in te n to por corregl~ ~na c:l ~~n ' d ' I ' im s de Ia 'imela ( 185.587
t 993: Se complct6 Ia secucncw nucleottdlca del g~.:noma c
I s lotes remanentes de
princrpl~
pre~cnd~~ ~~bco;~~~~~~:~~~~~~ ~~tuv
pb ). L:n un
se,
icse completada Ia
•
.
, . · d ' finiv inl'> de Ia , 1rucla conscrv a os
sccucncia de su gcnoma; sin embargo, csta decisio n ha sldo po spucsta 111 c
dyamenCtch. ano Pat rick Moore y sus colabomdores identificaron el virus he~cs
uan
,..,
K
· r t uevo patogeh
8 (V llll-8) cl agcnte causal del sarcoma de aposr. ·.~e n
n~~~~~~~denti fica do ~m;lcando una tccnrca basada en Ia rea~~ ion en caden a de Ia
.
.
. ( PCR) un 'l11:lli-.is de ddcrcncia de representacron.
poIrmerasa
•
• '
·
d 1 SIDA La pandcmJa
200 t : Se cumplc cl 25 a ni versa rio del descubrimiento del VIrus e
b. ·t· aci6n del
.. . ·onfinnados son una su es 101
I
d
de S IDA continila crcclen o; os casos c
h , no Url 11
total de casos realcs en todo cl mundo.
·d ·
leta del genoma um.1 ·
'
e
publico
Ia
secue
ncia
nucleoli
1ca
comp
. . .
S
c de retrotransposones sum 1ase compon
.
. d. l-ea
apro ·;...imadamcnte del gcnoma humano
.,
.1
? so, del gcnoma que co 1 1 •
res a retrovims, jen comparacJOn con so o un -· o
t 994:
oo
2003:
genes un icos (no rcpet ldos)!
. . d .
·I Vlii/SlDA en todo
r
' dOS de personas \ 1VIe11 0 con C
El niunero de ca-.os con lrn:'"
. d. . de SIDA todavia continua c n:cl m undo alcan/a los 46 mlllones, y Ia pan erma
cie ndo.
.
· . mas grande conoctdn,
El recicn descubierto Mimil'irus se convlcrle en e 1 vrms
.
nm y un genoma de 1.2 Mpb.
..
d 4
con un d wmctro e
.
c h· a y postenormcntc
1::.1 sind romc respiratorio agudo severo (SARS) surge en
m
.
oo
se disemina por todo cl mu ndo.
,
INDICE ALFABETICO
A
Acci6n antiviral de Ia citotoxicidad celular mediada por anticuerpos (CCDA), 180
Aciclovir, 202
Acidos nucleicos gcn6micos, II
Acidos nucleicos gcn6micos viricos, 49
Actuaci6n en cis, 88, 130, 157-158, 161
Actuaci6n en trans, 88, 130-13 I, 138, 161, 234
transcripci6n que funcionan en, 138
Adenoviridae, 71, 138
Adenovirus, 138
genomas de, 73
organitaci6n del genoma de, 74
regulaci6n de Ia cxpresi6n, 156
transcripci6n del genoma de adenovirus, 154
transfonnaei6n de las cclulas infeetadas por, I 54
ADN,6
A DN de eadena sencilla, 120
ADN de doble cadena, 119, 138
ADN de dob le cadena con ARN intermediario,
122, 148
ADN de simple eadena, 140
ADN gen6mico, 31, 203
Adsorei6n, I 08
Adyuvantes, 194
Aedes aeg_l'fJii, 242
Agentes infeeciosos, sensibilidad a Ia radiaci6n
de los, 262
/\gentes sub> irales, 249
Agrobacterium tumefiu·iens, 164
Amilisis bioquimicos, 61
An{llisis de huellas, I SO
An{llisis de Ia dosis infecciosa al 50% en cultivo
celular (TC!D,0 ), 7
Am\lisis fisicos, 62
Anergia de celulas T, 216
Animales transgenicos, 267
Anticucrpos monoclonales, 12
Antigenos tumoralcs, 148
Apoptosis, 172, 193, 2 16, 235
activaci6n de p53, 174
activaci6n de PKR, 173
desregulaci6n transcripcional, 174
expresi6n de proteinas extraiias, 174
hom61ogos de Bc l-2, 174
inhibici6n de caspasa, 174
inhibici6n de Fas/ FNT, 174
inhibici6n de p53, 174
in terferencia con, 180
miscelanea, 174
seiiales de receptor, 173
Arbovirus, 242
Arenavirus, 8 1-82, 191
ARN bicatenario (be), 176
ARN de cadena sene ilia de polaridad (-), 120, 146
con intcnnediario ADN, 122, 147
ARN de cadena sene ilia de polaridad ( 1 ), 120, 143
ARN de doblc cadena, 120, 141
ARN de los retrovirus, 150
ARN de virus innuerva, secuencias tenninales comuncs en, 85
AR gen6m ico, 32, 144
ARNhn, 137
ARN mcnsajeros (ARNrn), 6, 17
estructura en horqui lla, 160
rnonocistr6nicos, 55, 60, 137, 142, 153
ARN viral (ARNv), 49, 60
Autocrina, 225
Autographa ca/ifornica, 46
B
Bacillus megaterium, 131
Bacillus .wbti/is, 13 1
Bacteri6fugo atcmpcrado, 88
Bacteri6fago ¢X 174, 56
Bacteri6fago A., 131, 134, 193
Bacteri6fagos, 3, 17-18, 30, 35, 55-57, I 03, 105,
13 1' 223, 249
genornas de, 3
suspensiones de, 7
Bacteri6fagos y enfennedad hurnana, 223
Bacu/oviridae, 45
Baculovirus, 46
particu las de, 4 7
Begmovirus, 86
Beijerinick, Martinus, 4
Bioinformatica, 18
Biologia molecular, 17, 62
Bioterrorismo, 246
Bornaviridae, 98
Bunyaviridae, 81
Bunyavims, 81
c
Cap, 76, 79
Capside, 14, 33. 39, 47, 49, 74, 83, 86, I IX.
124- 125, 127, 13 1,250
- simctria de Ia, 27
- protcina de Ia, 28
lnd1ce alfabetico
Principios de virologia molecular
Capstde virica, 17, 27, 52, 114, 127,2 10
Capstdes, II 0
Capsides de herpe~vints, 118
Capsidcs de pteomavirus, 36
Cflpsides helicoidales, 28
Capstdes icosacdncas (tsomctricas), 33, 44, II 0
Capstdcs t cosacdnca~ T 3, 52
Carcinoma hepatocclular (CIIC), 237
Carcmoma nasolaringeo (CNF), 236
Carga vtral y cmcllca de rcpltcacu)n, 21 H
Caudovirales, 44, 97
Caulimovtnts, 95
Cclulas ascsinas naturales (natural ktller), 170
mhtbtct6n de Ia hsis por, 179
Cclulas en monocapas, 7
Cclulas cucariotas. 4, 52. 70. 251
CCiulas pnmanas, 7
Cepas a\'lntlentas, 208
Chfumydwe, 2
Ctclo celular cucan6ttco, 230
Cicio litico de replicaci6n, 153
Cirrosis, 238
Citomegalovints (CM V), 169
Citoquinas, inhibicion de Ia acci6n de, I XO
Clonact6n b10l6gtca. 61
Clonact6n molecular, 59
Comovtnts T 3, 51
Complejo transcnptasa mversa-integrasa, 92
Complcmcntaci6n alclica, 67
Complementaci6n asimctnca, 67
Complementact6n no alclica, 67
Cort!, 32, 43-44, 5 1
Coronavtrus, 80
Cmtalogral1a de rayos X, 28
Cromallna, 48, 56, 92, 135, 225
Cromatina de Ia cclula hospcdadora, mccantsmo
de integract6n de genomas, 93
Cuasiequivalencia, 35
pnncipto de Ia, 17
Cuasiespccies, 63
Cuerpos de tnclust6n. 95, 124
Culttvo celular, mctodos de. 7
Curtovirus. 86
Cydia pomoneflu, 46
Cy.Hoviridue, 42
D
Decapsidaci6n, 117, 202
Deleciones, 65
Dependovirus, 140, 249
Desbalance Th I 'Th2, 217
Dtfracct6n de rayos X, II
Dtgesti6n cn.t~m:itiea. 64
Diversidad antigcnica, 214
Drogas anttvtrales, 200
E
Electroforesis en gel de pohacrilamida (PAGI·),
59
Elementos potenctadores (enhacers), I 55, 229
EnccfalomieiHts mi:ilgtca (EM). 222
[ncefalopatia espongtforme bovma (H B). 255.257
fncefalopatia espongiforme fclina (II I·). 256
fnccfalopatia transmbible del \is6n (LTV), 256
l:.ncefalopatiru. e~pongiformes transmisiblc~ (I IT).
253
en ammales, 253
- humanas, 259
origen espor:idico, 259
origen iatrogcnico/adquirido, 259
origen famt liar, 259
Cnfermedad de Creutdeldt-Jakob (I:CJ). 259
[nfermedad de Crohn, 222
Enfermedad de desgaste cr6ntco (EDC ), 256
l· nfermedad de llodgkm, 237
Enfermedadcs emergentes, 243
Enfennedades emergentes viricas, 245
EnsamblaJe, 122
LnsamblaJe de los vints. 202
Lnsayos de cambto de movtltdad electroforcuca.
150
Ensayos de placas. I 04
[ nsayos de plaqueo. 48
I nsayos mmunoennmaucos (ELISA). II
I nterobacterias T4. ensamblaje de las particulas
del fago de. 45
l:.nttdades mdependtentes, 97
l:ntomopoxvtnts, 46
Fnvoltura, 90, 158, 250
Envoltura ltptdtca, 32. 39
Envuelta. 117
rnvuelta de retrovtnts. 126
Enzima transenptasa tnversa (AN poltmerasa
ARN dependientc), 18
l:.n/imru. de <<Splicing». 68
Epidemias, 7, 96, 190, 194, 222, 239,243
l:.pidemiologia, 95
Escaneado permeable, 157
Escherichia coli, 3 1, 75, I 05, 223
- fago en, 56
Eschenchiu coli cnterohemomigico. 223
1-. spiculas, 40
btimulaci6n autocrina, 225
1-. \tructuras helieotdales, 85
Estudtos uhraestructurales. 9
mctodos 11sicos. 9
espectroscopta. II
~oluc10ne~ de sacarosa. I I
"ints en uhraeentrifugas. II
mtcroscopia electrolllca. 9
Eucariotas. 2, 56, 60, 89. I02. I 04. 129, 135. I 58.
209
control de Ia exprest6n gcnica en. 115
produce ton de A R'lm monoctstromco!>, 161
\trusde, 7
Lucari6ucos. 141!
[\aston de Ia eascada del comph:mcnto. 181
holuci6n n.:gresiva. 97
Exones. 57
[ :-.penmcnto de llershey-Chase. I 08
exprcsi6n de Ia mfom1aCtOn genettca. 129
E:-.prest6n gcmcu, I 19
G
Ganciclo\ tr. 202
Gcmact6n, 39, 124. 127
Gcminivints, 84-!!5
Gcn de Ia proteasa. 159
Gen em·. 15 7
Gen gug. 21. 157
Gen int. 231
Gcn magtco 8 (g8p). 30
Gen 111\'C, 231
Gen pol. 157
Gen Pmd. 265
Gen Pmp. 265
Gene!> precoces. 140
Genes reparadorcs del ADN. 227
Genes supresorcs de tumores. 226
Genes tardios. 140
Gencttca molecular. 51!
Gencttca \tral.
control posl-transcripc10nal de Ia exprcsiim,
151
Genoma. empaquetamtento del. 47
estratcgtas de codtficaci6n del. 137
estntctura del. SS
F
replicaet6n del. 119
Genoma btpartlto de bcgmo' irus. organizacion. 86
Factor acelerador de Ia descompostct6n (DAI ).
Gcnoma de AON, 106
112
Genoma de ARN. 252
ractores en /rem\, 153
Genoma de Ia cclula eueariota. 3
Factores autoerinos. 245
Genoma de los adenovtrus, 154
I act orcs pamennos. 24 5
Genoma de paptloma' trus. 235
Factores a. 130
Genoma de ptcomavtnts. 157
rago lambda, 74
Genoma de rctrO\ tnts, ISH. 229
fagoSP01.131
Gcnoma de SV40. 233
I ago T4, 74
control de Ia tmnscripci6n, 149
Fagos, 31-32
codtfieact6n de, 149
I amctclovi r, 202
de VII I. 157
Genoma
Familia lnm•iridac, 30
Genoma de VL. fll. 157
l·amilias de vtrus. funct6n y organitact6n. 91!
Genoma del bactcri6fago T4, 76
ftcbrc del dengue hemorr.lgico (1-011). 221
Genoma
del fago I, 131
Ftebre hcmomigtca con sindrome renal (rl l')R).
Genoma
del
vtrus de ARN, 44
243
Genoma eucanota, 18
hebrcs hemorragtcas, causas del shock en. 221
Genoma f<\gtco, 13 I
Filo1iridae. 9!!
Genoma QX 174, 58
l·lavivtnts, 79, 243
Gcnornas, 6, 14, 18, 22, 25, 31, 47, 49, 5 1-52.
Focos transformados, 62
55, 104, 118, 124-125, 128, 137, 148,
Formaet6n del complejo in vitro, 61
153,243,249,262
Formaci6n del compleJO in vivo, 61
Genomas
sin vints, 249
Fuselfol'iridae, 42
Genomas
<(grandcs» de A DN, 71
Fusi6n, 125
Genomas «pequciios» de ADN, 74
Fusion de Ia cnvuelta del virus, 115
Gcnomas ambiscnses, 81
Fusion de membranas, 41, 116- 117
Principios de virologia molecular
indice alfabetico
Genomas recombinantes, 198
Genomas segmentados, 48
Genomas viricos, I, 17, 48, 102, 125, 129. 149,
I55, 187, 192. 195
activadores de Ia transcripci6n, 58
ambisentido, 55
analis is lisico de Ia estructura, 58
complejidad de los, 55
polandad ncgativa, 55
polaridad positiva, 55
promotores y ten111nadores, 5S
sccucncia nueicotidica, 58
transcripcion invcrsa de, 96
G licoforina, I I I
G licoprotcinas, 39
<llicoprotcinas de virus innucn 7 a. I 12
G licoprotcinas transmcmbrana TM 1I 5
Granulovirus, 46
Gran/ima. 172
Gripe. pandemws de. 189
II
llantadrus, 8 I, 243, 246
I lcmaglutinacion. 9, 41, 11 2
I lcmaglutmina. 4 1
llcmo lisis, 10
Hepadnm·iridae, 94, 237
llerpes .1aimiriJ, 21 1
llei]JesJ•iridae. 7 1. 118
llerpesmus, 52. 63, 72, 138, 211, 244
v!rus herpes humano 6 (VIIII -6), 244
v1rus herpes humano 7 (VIfll-7). 244
virus herpes humano X (VIIII-8). 244
l lctcrocigosis, 70
II ibridaci6n de ac1dos nuclc 1cos. 19
I Iongo Podospora, 266
lcosaedro, 33
lcosacdro regular, 35
lcosac~.ros con ntlmcros de triangulac•6n, 36
Infccc10n abortiva. 190
- transformaci6n de las cclulas, 190
lnfecci6n aguda, 190
In fccci6n cr6nica, 191
lnfeeci6n latente, 192
lnfeccion no productiva (abortiva), 233
lnfecci6n pcrsisten te, 191
lnfccci6n productiva, 84, 86, 11 2, 185, 225, 233,
236
lnfccci6n sistcmica, 193, 211
lnfecci6n virica, 163. 176
bioquimica de Ia, 107
curso de Ia, 190
evo luci6n, 95
multiplicidad de, 106
pre\ cnci6n y tcrapia de Ia. 193
quim ioterapia de Ia, 198
\ ia sistema ner\ ioso. 1R6
via torrentc sanguinco, 186
lnfecci6n vinca de eclulas epitelialcs polariLadas
IX6
'
lnfecc16n \ irica de los organismos. 163
ln fcccu)n \inca de plantas, 164
mecanicamente, 164
propagac ion vegetativa/esqucjes, 164
scm ilias, 164
vectores. 164
lnfecci6n \irica en animales, respuestas inmunltanas. 167
lnfeec10nes abortivas, 195
lnh•bic•6n de Ia prcsentaci6n de antigeno restringida por "v111C I, 179
lnhibiei6n de Ia presentacion de antigeno rcstnngida por MIIC II, 179
lnh1bidores metab61icos, 176
lnmumdad humoral, evasion de Ia. 180
lnmunodeficiencia combmada grmc (SCI D). 198
lnmunoensayos foca lcs. 61
lnmu no nuoresceneia, 1o
lnmunoglobuhna lgA, 168
lnmunoglobulina lgG, 168
lnmunoglobulina lgM, 168
lntcraeel6n de Ia capslde \ irica con Ia eclula hospedadora, 52
lnteraeei6n proteina-acido nucleico, 18
lnteracciones proteina-acido nuclcico, 47
lntcracc•oncs \ in1s-hospedador. 181
mucosas, 18 I
piel, 181
tracto d igcstivo, 1X1
tracto respiratorio, 183
lransmision horizontal, 184
transmisi6n vertical, 184
Interferon, 174
decapsidacion de SY40, 178
- hepat itis vi rica cr6nica, 178
- penetraci6n de SV40. 178
- transcripei6n prima ria de genomas vfricos 178
transforac i6n cclular por rctro' irus, 178 '
usos tcrapcuticos del, 179
Intcrferon a , 17 5
Interferon 13. 17 5
Interferon y, 175
lntrones. 57, 153, 157. 25 1
lnvaginacioncs recubiertas, I 14
K
Koch, postulados de, 4
L
Lcsi6n cclular, mecanismos de, 209
Le•·il·iridae, 55
Liberacion, 123. 125-12X. I34
Liberaci6n de Ia ccl ula. 39
Liberaci6n de Ia cclula por gemacion, 125
Libcracion de los vims, 202
Libcracion de lOS VlniS de las CCiulas infectadas,
41
Liberaci6n de los \ irus por gemaci6n, I 26
Line<~s cclularcs mmortaliLadas, 7
Lmfa \ acuna1. 42
Lmfocitos T clloto:..icos (LYCs), 170
Linfoma de Burkitt, 236
Lipoprotcina de baja dcnsidad (LDL). Ill
Lipothri.niridae, 42
L1sogenia, 88. I 3 I. I 34, 193
Lul ultmvio1eta (UV), 62
Mezclas fenotip icas, 70
'vlicroscopio elcctr6nico de barrido (MEB). 15
M icroscopio clcctr6nico de transmisi6n ('vi i I ),
15
M icroscopio electninico de un virus (VMT). 15
Microscopios e lectr6nicos de transmi si6n y de
barrido. prineipios del funcionamiento
de los, 16
Microl'lridae, 35
M 1111i\ irus, 55. 83
Min1fagos, 3 I
Molccula inmunoglobulina de adhesion a ct!lula
vascular (VCAM), Ill
Molcculas receptoras en Ia cc lula, 27, 39
\Jolluscum contagwmm. 179
Monoc1str6nicos, 80. I 20. 146-147
Mononega\ irales, 98, 121
Morfologia de placa, 65
Muertc celular dirccta, 214
Muertc indirccta de cclu las infcctadas por V1H,
214
Mutaciones compcnsatorias, 66
Mutaciones de rctroceso, 66
Mutagenos in l'itro. 64
Mut{lgenos in l'ii'O, 74
Mutantcs condiciona les, 65
Mutantcs viricos, 63
tipos de. 64
!l~rcoplasma, 2
!1/rol'lridae. 44, 57, 97
N
1\1
Maduracion. 123-124
Maduraci6n de Ia cclula, 39
Maduraci6n de Ia particula, 4 I
Maduracion de los virus, 202
Mamivirus, 2
Mapas de recombinaci6n, 62
Mapas de reordenamicnto, 62
Mapas de traduccion, 62
Mapas de transcripc1o n, 62
Mapas lisicos, 62
Marcadores b1oquimicos, 65
Marco abierto de lectura (ORF), 76
Mastrevirus, 86
Maxifagos, 3 I
Mctodo «Wcstem blot», II
Mctodos inmunol6gicos. 8
Mctodos serol6gicos, 8
NecrOSIS, I 72
N1dovirales. 98
1trosoguanidina, 74
Nodaviridae, 36
Nuclcocapsidc, 32, 39, 45, 48, 5 1-52, 85. 90, 116,
11 8, 146- 147
Nucleoide core, 32
Nudeopo~t·hedro1•irus, 46
Nuclcoprote ina, 32, 48
Numero de triangulaci6n T, 35-36
0
Oncogenes, 67, 225, 227
Oncogenes de los retrovirus, 232
Oncogenes y proto-oncogenes, 226
Oncoprotefnas, localizaci6n subcelular, 228
lndice alfabet1co
Principios de virologia molecular
Orgamsmos procariotas, 42
Orgamsmos transgemcos, 7
plantas y animales, 6
Orgam7ac16n amb1sense, 122
Origencs celu larcs, 97
Ortlwmpo~·im.\, 82
,,
l'actam icma, 62
Pandcm1a, 70, 188
Papilomav1rus, 138
ParamiXO'> 1rus, 83, 21 1
genomas que muestran polaridad trnnscripcional, 147
Paramyxoviridae, 83, 98
Particula del fa go M 13, 30
Particula vinca heliCOidal, 13
Particulas de Po.n-11-rt\, 42
Particulas de Rahdoviru\, 33
Particulas defcct1vas mterfiricnte; (01), 68
Particulas fag1cas, I04
Particulas vincas, 25
electrofores1s, II
cnvucltas, 40
cstructura y cstabi hdad de las, IS
funcion y formaci6n de las, 25
icosaedncas, 13
translocaci6n de, 11 S
Parvovirus, 75, 141
Pasteur, Louis, 4
Patogencsis, 207
Patogcncsis virica, 208
Patogcmc1dad, 207
Pautas de lcctura abiertas (open reddingfrwnes),
20-21
Penetrae16n, 117-118, 125
Penctrac16n en Ia cclula, 112, 114, 118, 211
Penetrac16n en Ia cclu la bacteriana, 44
Perforina, 172
Penodo de eclipse, 104
Periodo de latencia, I04
Phlehowrus, 81
Picorna~1ridae, 36, II 0-111
Picornaviru~. 60, 79
particulas de, 36
Placas, 104
Placas de !isis, ensayo de, 7
Plantas, mov1mientos de proteinas, 166
Plasmaviridae, 42
Pl<ismidos bactcrianos, 3
Plataforma de atcrruajc, I 58
PodcJI'iridae, 44, 97
Pol, 21
Polandad negativa, 32
Pohfagos, 11
Pohomav1rus, 75, 138
gcnoma de los, 77
Pollom1eht1S, S, 239
Poliovirus, dccaps1dac16n de, 118
mfecci6n por, 180
Pohproteina, 37, 79. 120. 143, I 57, I 59
Pohprotcina J.:ag-prol-pol, 161
Polromcll'/rulae, 13!!. 148
Potencial lillco, 190
Powmclae, 42, 13!!
Pow1rus, 43, 52, I02. 139
Priones, 3, 253-254
barrcra mtcrcspec1e, 264
b10logia molecular de, 26 1
patologw de las cnfermcdadcs por, 254
- vanac16n de ccpas de, 263
Procaps1de, 35
Procanotas, 2, 57, 60, 66, X7, I02, 129, 135, I 58,
223
control de Ia expres16n gen1ca en, 130
producc16n de A RNm pohc1str6mcos. 161
Profagos. 88, 13 1
Profagos hsogcmcos, 223
Promotor, 72, 89, 136, I 54. I 58
clemento potenciador de Ia tnmscripci6n, 148
Promotor tmnscnpc1onal, 46
Promotor virico, 229
Promotores, 57, 65, 130
control de genes, 20
Promotorcs compartidos, 73
Promotores indepcndientes, 148
Protcina de capl>idc o3, 180
l'rotcina de movimicnto, 244
f>rotcina de union del v1rus (PUV), 20 I
f>rotcina matriz (M), 32
Proteina quinasas, 72
Proteina quinasas de retrovirus, familia de las, 230
Proteina tux, 148, IS I
Proteina vi rica de adhcs16n, 27, 70, I 08
Proteina virica de adsorc16n, 113
Protcina vinca de union, 187
Protcinas andamio (((scafToldmg protemS>I), 35
Protcinas de cap!>idc de picornavirus, procesamicnto protcolitico de las, 38
Proteinas de fusi6n, 228
Proteinas de Ia cnvoltum, 220
Proteinas matriz, 39
J>roteoma, 18
J>rov1rus. 92, 113, 136, 147. ISO, 152,229
Prov1ru!> defectivos, 70
Prov1rus del ADN, 118
Prov1rus en cl genoma, 193
Pscudonudo, 161
Pseudorrcver:.i6n. 66
Pseudotipo, 70
Pustulas, recucnto de, 6
R
Rahtonia pickellli, 2
Rango de hucspcd, 65
Ratones transgcmcos, 232
Rcacc16n de fipc16n del complcmcnto, I0
Rcacc16n en cadcna de Ia pohmemsa ( PCR), 18,
20
Reacllvac1on, 69
Reacllvos de entrccru.ramicnto o ((cross-linking)),
IS
Receptor. 90, II 0, 113, 117
Receptor celular, 38, 51, I08, 20 I
Receptor de virus coxsackie-adena' 1rus (CAR),
113
Receptor en Ia membrana cclular, 114
Reccptores de Ia celula hucsped, 44
Receptores de (1-qUJmJOquinas. 113
Rcceptores vin1les, 70
esquema, I09
rcconoc1m1ento y um6n, 51
Recombmacion, 65, 67-68, 132. 244
Rccombmaci6n gcncuca, 91
Recombmnci6n mtmmolccular, 69
Rccombinaci6n mtmmolecular por ((seleec16n de
copia», 68
Rccornbmnci6n Intramolecular por rotura de cadcnas y rehgamicnto, 68
Recornbmnc10nes con el genoma, 192
Redundanc1a tenninal, 74, 95
Reg16n no traduc1da larga (UTR), 79
Rcordcnamiento, 69
Rem:indae, 44
Reovirus, cnLimas en particulas, 143
particulas de, 46
Rcpeticioncs tcrminales largas (LTRs), 92, 150
Rcplicac16n, 127
ciclo de, I07
Replicac16n del gcnoma, 138, 202
Rcphcac16n lillca, 88
Replicac16n vinca, I0 I , 144
- clasificacion funciona l, I02
- esquema, I 09
- gcncralidadcs de Ia, 101
mvcst1gaci6n de Ia, I03
por cnfcrmednd, I0 I
por morfologia, I0 I
Rcphcasaltranscriptasa, 146
Rephcasas, 97
Rephc6n, 58
Resonancia magnctica nuclear (RMN). 14, 21
Respucsta a Ia trans-activnc16n (TAR), I 52
Rctrotransposoncs, 3, 87
R('tnwiridae, 213
Rctro.,iru'>, 21, 43
mccamsmo de transcripc16n mvcrsa de genamas de, 91
tmnsformac16n cclular por, 22!!
Revcrhentes, 66
Rhahdo~mdae, 41, 83, 98
Rhahdodrus, 83
R1havirma, 202
R1ckettsiae, 2
Rmov1rus, particula., de, Ill
Rmovirus humanos (RVH), 79
s
Saccharomyces cerewsiae, 266
Sarcoma de Kaposi (SK), 244
Satelites. 249, 250, 252
Satclitc:. y viroidcs, 249
Scrapie, 263
Secuencia de ongen de ensamblaJC (OAS), 49
Secucnc1a intergcnica (GAA), 83
Sccucncias pahndr6m1cas, 77
Sccucnctas potenc1adoras, 136
Scns1bilidad a tempcratum, 65
Sensibilidad al frio, 66
Senal de empaquctam1ento, 48
Simetria helicoidal, 28, 30, 42, 52
Stmetria 1cosacdnca, 17, 28, 33, 42, 52
Sincit1os, 209, 214
Sindromc de Alzhe1mer, 253
Sindrome de CreuL£feldt-Jakob, 3
Sindrome de fatiga cr6n.ica (SFC), 222
Sindrome de inmunodcficicncia adqumda (Sll >A J,
70,2 13
Sindrome hemolitico-urcmico, 223
Sindrome pulmonal por hantavlrus (SI>IJ), 24:\
Slndrome rcspiratorio agudo severo (SRAS), 245
indice alfabettco
Pnnctpios de virologia molecular
Siphm•iriclm.!, 44. 97
u
Si:.tcma pnncipal de histocompatibilidad (M IIC), 170
S illo mtcrno de union al nbosoma ( I Rr~). 79, 158
Splic111g, 73. 76. 146
Un1dades formadoras de plaea (ufp), !!, 104
Staphrlocon·IH. 213
Sm·pto<"O<'< 11.1, 113
Supcrantigcnos, 217
Supcri nfecc16n, 67, 69-70, !!6
upre~16n, 66
Supre\16n de Ia tenninacio n, 161
Supre~16n cxtragcmca, 67
Supr..:~wn 1ntragcmca. 66
T
Tccn1ca de 1\orthem blot, 19
Tccn1ca de Southern blot, 19
Tccmcas de sedimentac1bn, 13
Tccn1ca~ moleculares in dtro, 12
Tembladera (scrapie), 253-254
Tcrapia gcnica, \ectores ' 1rales en. 199
Titulo, med ici6n de, 9
Titulo alto del virus, 192
Titulo de fagos, I 04
Tilulos de anticucrpos. 244
Toga' 1rus. 79, 145
Tospm m1s, 4 I, !! 1-82
To\111a de Sh1ga (St.\), 223
I ranscnpcu.>n 111\'crsa, !!7
Transeripc1on que actua en tmm, 150
Transcnptasa, 122, 142. 151
Transcntos asoc1ados a Ia latencm ( L \ 1). 193
Transducc16n de seiiales. mecanismos celulares
de. 229
Transfece16n, 60, 62
Transfonnac16n celular. 208, 224
d1smmuc16n de Ia neees1dad de facture~ de
CreCIITIICnto, 225
fornmci6 n de coloruas en medin ~cmis6l 1do, 225
genoma 'irico. 225
pcrd1da de Ia dependeneia de anclaJe, 224
pcrd1da de Ia inh1b1e1(m por conucto. 22'i
Transmisi6 n ep1dcm1ca, 241
Transm1s1bn no propagall'va, !!6
Transposicion, 87
Transposones, !!7
Tropismo, 70, 113, 187, 21 1
Trop1smo de VJH. 114
Tropismo dual, 236
T_I'III OV/f'IIS, 145
v
Vaeunaellin, 4, 194, 198, 220, 241
Vacunas, 38, 194. 222, 239, 241, 243
Vaeunas ant1-VIll, 2:!0
Vacunas de ADN, 197
Vacunas de ARN1, 197
Vac unas de subumdades, 194
Vacuna~ 111ae11vadas, 19'i
\ acunas VlfiCas \1\as (atenuadas). 196
Valc1clm 1r. 202
Van l eeuwcnhocl.., Antony, 4
Variohtaci6n, 3. 5
Vcctores v1ralcs y tcrapia gcnica, 197
Verdadera rcversu)n, 66
V III (\ irus de Ia inmunodcfic1cncia humana). 6
expres16n de los gcnomas de, 151
mccanismo de fus16n eelular inducida por, 212
Virion, 39.41-42, 57. XI. 9 1, 94 122. 127, 147.
196
Vinon mfccc1oso, 4!!
Vmom:s. 2, 16, 39. 44. 52, 75, 86. 95, I 04, 15!!
Vmoncs ICOsacdncns, 74
Vinones maduros, 119, 128
Virou.le. J, 25, 250, 252
caps1dc de, 3
cmohura de, 1
\ 1ro1de de Ia p1el e1catritada de Ia mant.ana (Assad).
251
Viroide del cadang-cadang del cocotcro (CCCVd),
251
V1roide del tubercula fu\1forme de Ia pat,lta
( PSTVd). 25 I
Virmde latente del lllpulo ( IILVd). 251
Virologia, h1storia de Ia, 3
s1stema de hues pedes "IHh, 5
tccn1ca.., serol6g1cas. I 0
Virolog•a molecular, I
Virucla, 3
Virus, I
arquncctura de. 27
cepa de, 63
control transcripcional d e Ia expresu)n, 148
deslitam1ento anllgemco, 1&7
distinci6n con los organismos vivos, 2
cfectos citopaticos del, 209
Virus de Ia mrnunodeficicnc.a hurnana (VIII), 61,
[Virus. efectos c 1t opati co~ del]
11 3, 169, 2 13
apopto'is. 2 I 0
anomallas mmunol6g1cas en Ia infccci<in pm
cuerpos de mdusion. 210
cl, 213
despegan11ento del sustrato. 209
Virus
de
Ia
lcngua azul. 46
lom1a alterada. 209
Virus de Ia leucem ia humana de cclulas T (VLI H).
fus16n de membrana,, 209
14X, 23 1
IJ\IS, 209
expresilln de los genomas de, 151
pem1eab1hdad de memhmnas. 210
\1rus de Ia leucemia munna ( VLM). 16 1
enfcrmcdades rclac1onadas con. 220
Vin1s de Ia leucosiS a\ mr (Al V), 23 1
- evasi6n de Ia rcspucsta inmunitaria por los.
V1rus de Ia parotiditis (Parwm'\0\'ll'lllae), 32
178
Virus de Ia policdros1s e1toplasm:\tica, 46
hospcdadorc'> proeanotas, 57
Virus de Ia rabta (Rhahdm·lrulae), 32
interacc1ones gcnctica'> entre. 67
\ 1rus de plantas ARI\ de polandad ( ). 80
- interacc1oncs no genetiC<" entre. 70
Vim.,
del hronceado del tornate (TSWV), 244
rcp!Jcacit)n de los. 124
\ 1rus del mosa1co de Ia coliflor (VMCo), 95
sa Ito ant1gcmco. I XX
Virus del mosau.:o del chicharo ({ PM V), 165
- llpode,61
Virus delmosa ico delnabo amarillo (VVINA), 13
tram.fonnac11in celu lar por. 224
Vin•s del mosa1co del tabaco (VMT). 15, 2!!-29.
- transm1s1on a travcs del med1o ambiente del.
16'i
IX4
- ensamblaJe de particulas de, 50
"vanante. 6\
orgamtaci6n del genoma del, 80
Virus AD . 26
Virus dclmoteado de Ia \'a lila de Ia JUdia ( VM VJ),
tmnsfonnac16n cclular por, 232
'il
VIrus arumales cn\-uehos.
Virus del saramp16n (Pamm\'.\ 0\'irida<'), 12
\m1s 1\R:-J de cadena negati\a, organitacilin geVims del tumor mamario del ratbn (M~1TV), 23 1
ni1m1ca de, !!2
\1rus e mmunodeficiencia. 21 1
\ims AR de cadena po'itl\a, 7X
Vims l·bola, 246
organ11ac1im gcn6m1ca de, 78
Vims emergcntes. 99. 2W. 242
Virus ARN. 26
Virus e ntcrieos cllopallcos humanos hucrfanos
\'irus \Ri" de polaridad negativa, 81
(£CliO). Ill
\ 1rus \RI\ ICosacdricos T• J, 51
Vims cmucltos. 39, 42. 70, 124, 127
\1ru., au\lllare-.. 67. 69
Virus gnpales ( Orthomncmrulae), 32
Vm1s con AR m policistrimlco. 120
Vints hehc01dales en"uehos, 51
Viru>. con cnvohura externa lip1dica. 14
Virus herpes, 72
V1rus con genomas segmcntados y muhpartitos.
genoma de. 73
83
\'in" herpes humano 8 (\ 1111-8). 73
\m1s de Fp-.tcm-Barr (\I B). 169. 180. 212. 2.16
V1rus hcrpc' simples (VII S). 72. 169. 192. 202.
v1rus de estmctura complc_ta, 42
211
Virus de eucanntas, I 04
Virus influenta, 43, 84, 115
Virus d~.: Ia coriomening111s linfoc1taria (VCML).
gntpos de eomplementac1on de. 68
191
madur..1cion del. 118
V1ms de Ia cncefalomiocardills (\ EMC). Ill
segmentos genom1cos de, 84
Virus de Ia enfern1edad de l\lard.• 211
Virus mfluenLa inacti\'ado con luz ultraviolcta
Virus de Ia cstomatlll'> "vestcular (VSV), 33.71
(UV), 175
Vims de Ia fiebre afiosa o glosopeda, 79
Vints lilleos. 127
Vims de Ia ticbrc porema africana, 42
Virus mutantes. mutacl()ncs e~ponnineas, 63
Virus de Ia gnp.:. I !!7
mutaciones induc1das, 64
Virus de Ia hepalltis ll (VII B). 94, 195. 234. 216
origen
de, 63
Virus de Ia hepa11t1s delta (V I ID). estructura del
246
Virus
Nipah,
ARN del, 253
Vints nucvos, 239
propiedades del, 252
n
Principios de virologia molecular
Virus Sendai, 211
Virus sin genomas, 249
Virus sin sentido, 65
Virus vacunal (vaccinia), 180
Virus vegetal ARN helicoidal de polaridad (+), 49
Virus y apoptosis, 172
Virus y cancer, 236
Virusoides, 3
Virusoides o satclites, 3
z
Zoonosis, 245
