Virus: definición, características, estructura y enfermedades
Un virus es un parásito diminuto que necesita de células de otros organismos para multiplicarse. La virología es la rama de la biología que estudia los virus: su estructura, su ciclo de vida, sus interacciones con los hospedadores y las enfermedades que pueden provocar.
Visibilidad y naturaleza
Los virus son tan pequeños que sólo pueden observarse con un microscopio electrónico. No se consideran organismos de vida libre: son parásitos obligados porque sólo pueden reproducirse dentro de células vivas. Siempre se reproducen dentro de otros seres vivos y, por ello, dependen de la maquinaria celular de la célula huésped para hacer copias de sí mismo. Infectan a los organismos —desde bacterias hasta plantas, animales y humanos— y muchos causan enfermedades.
Estructura básica
En su forma más simple, un virus es una cadena de ácido nucleico (ARN o ADN) protegida por una cubierta de proteínas. Normalmente el ácido nucleico es ARN, aunque muchos virus llevan ADN. La cápside proteica protege el genoma y, en algunos virus, existe además una envoltura lipídica externa tomada de la membrana de la célula huésped.
Esta envoltura lipidica externa puede facilitar la entrada en células nuevas y se observa en virus envoltura, como algunos tipos de gripe y el VIH. Los virus sin envoltura suelen ser más resistentes en el medio ambiente.
Ciclo de replicación
El proceso general de infección y reproducción incluye varias etapas:
- Adsorción/entrada: el virus se une a receptores específicos de la célula objetivo. En células eucariotas, la cubierta proteica o la envoltura interacciona con proteínas de la membrana celular para entrar; en bacterias (las bacterias) muchos bacteriófagos inyectan físicamente su genoma dentro de la célula.
- Descoating (desempaquetado): liberación del ácido nucleico viral en el interior de la célula.
- Replicación y expresión génica: el genoma viral se copia y se usan ribosomas y enzimas celulares para producir proteínas virales y nuevos genomas (las estrategias varían mucho según si el virus tiene ARN o ADN, cadena sencilla o doble, y si es de sentido positivo o negativo).
- Ensamblaje: las nuevas cápsides se forman y se empaquetan los genomas.
- Salida: los virus se liberan por lisis celular (la célula se rompe, lisis) o por gemación cuando adquieren una envoltura lipídica de la membrana del huésped.
Algunos virus pueden integrar su genoma en el del huésped (estado lisogénico o provirus), permanecer latentes y reactivarse más tarde, mientras que otros provocan la destrucción rápida de la célula (ciclo lítico).
Características generales
- Superan en número a la mayoría de las otras formas biológicas en la Tierra y son ubicuos en el medio ambiente.
- Son partículas infecciosas y causan muchos tipos de enfermedades.
- Contienen un núcleo de ácido nucleico de ARN o ADN.
- Están rodeados por una cápside y, en muchos casos, por una membrana lipídica y proteínas de la superficie.
Tipos de virus y clasificación básica
La clasificación puede basarse en el tipo de ácido nucleico (ADN vs. ARN), su polaridad (ARN de sentido positivo o negativo), su estructura (monocatenario o bicatenario), la presencia o no de envoltura, y el tipo de hospedador. Existen además retrovirus (por ejemplo el VIH) que convierten su ARN en ADN mediante la transcriptasa inversa para integrarse en el genoma del huésped.
Hospedadores y especificidad
Los virus suelen mostrar especificidad por determinados tipos celulares o especies; esta especificidad viene dada por la interacción entre moléculas virales y los receptores de la célula huésped. Todos los organismos pueden ser infectados por virus: desde bacterias (los bacteriófagos) hasta plantas, animales y humanos. La transmisión entre hospedadores puede ser directa (contacto, fluidos corporales), por gotas respiratorias, por vectores (insectos) o por vía fecal-oral, entre otras rutas.
Enfermedades y ejemplos
Los virus causan una gran variedad de enfermedades humanas, animales y vegetales. Algunos ejemplos relevantes:
- Poliomielitis (virus de la polio).
- Ébola (fiebre hemorrágica causada por un filovirus).
- Hepatitis viral (distintos virus que afectan al hígado).
- Gripe estacional y pandémica (virus influenza).
- VIH, responsable del sida, que causa infecciones crónicas y afecta al sistema inmunitario.
Respuesta inmunitaria, prevención y tratamiento
Las infecciones víricas suelen desencadenar una respuesta inmunitaria que puede eliminar el virus o controlar la infección. Las vacunas son una herramienta fundamental para prevenir infecciones virales: inducen una inmunidad adquirida que protege frente a agentes específicos antes de la exposición natural. Sin embargo, algunos virus evaden la inmunidad o causan infecciones crónicas (por ejemplo, ciertos virus de la hepatitis o el VIH).
Es importante recordar que los antibióticos no actúan sobre los virus. En cambio, existen medicamentos antivirales específicos que interfieren en distintas etapas del ciclo viral (entrada, replicación, ensamblaje) y que, junto con las medidas de salud pública y las vacunas, ayudan a controlar las infecciones.
Diagnóstico y laboratorio
Además del microscopio electrónico, hoy en día se utilizan pruebas moleculares (como la PCR), serologías (detección de anticuerpos), cultivo celular y técnicas de secuenciación para detectar y caracterizar virus. Estas herramientas permiten identificar rápidamente patógenos emergentes y orientar tratamientos y medidas de contención.
Aspectos ecológicos y conclusiones
Los virus no sólo son agentes patógenos: también influyen en la ecología y evolución de sus hospedadores, en ciclos biogeoquímicos y en la diversidad genética. Comprender su estructura, ciclo y modos de transmisión es clave para prevenir enfermedades, diseñar vacunas y antivirales, y manejar brotes. Aunque son extremadamente pequeños comparados con las bacterias, su impacto en la salud humana y en los ecosistemas es enorme.
Cabe destacar algunos virus especiales: los bacteriófagos están adaptados a entrar en células bacterianas; los virus de envoltura se recubren con una capa lipídica de la membrana huésped al salir, lo que facilita la entrada en nuevas células pero también los hace sensibles a desinfectantes que dañan los lípidos. Cuando la célula huésped ha terminado de fabricar más virus, puede sufrir una lisis, liberando partículas virales. Otros virus permanecen latentes y pueden reactivarse años después.
Estructura del virus del mosaico del tabaco: ARN enrollado en una hélice de subunidades proteicas repetidas
Genoma
| Diversidad genómica entre los virus | |
| Propiedad | Parámetros |
| Ácido nucleico |
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| Forma |
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| Varamiento |
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| Sense |
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Hay muchas estructuras genómicas en los virus. Como grupo son más diversos que las plantas, los animales, las arqueas o las bacterias. Hay millones de tipos diferentes de virus, pero sólo se han descrito en detalle unos 7.000 de ellos.49
Un virus tiene genes de ARN o de ADN, por lo que se denomina virus de ARN o de ADN. La gran mayoría de los virus tienen genomas de ARN. Los virus de las plantas suelen tener genomas de ARN monocatenario y los bacteriófagos suelen tener genomas de ADN bicatenario.96/99
Se han descrito en detalle menos de 7.000 tipos, pero sin duda hay muchos más por descubrir.
Ciclo de replicación del virus: 1-Adhesión, 2-Penetración, 3-Descubrimiento, 4-Síntesis (4a-Transcripción, 4b-Traducción, 4c-Replicación del genoma), 5-Asentamiento, 6-Liberación
Ciclo de replicación
Las poblaciones virales no crecen mediante la división celular, porque no tienen células. En su lugar, utilizan la maquinaria y el metabolismo de una célula huésped para producir muchas copias de sí mismos, y se ensamblan (se juntan) en la célula.
El ciclo de vida de los virus difiere mucho entre especies, pero hay seis etapas básicas en el ciclo de vida de los virus:75/91
- La adhesión es una unión entre las proteínas de la cápside viral y los receptores específicos de la superficie celular del huésped.
- La penetración sigue a la adhesión: Los viriones (partículas virales individuales) entran en la célula huésped por endocitosis mediada por receptores o por fusión con la bicapa lipídica. Esto se denomina entrada viral.
La infección de las células vegetales y fúngicas es diferente a la de las células animales. Las plantas tienen una pared celular rígida hecha de celulosa, y los hongos una de quitina. Esto significa que la mayoría de los virus sólo pueden entrar en estas células por la fuerza.70 Un ejemplo sería: un virus viaja en un insecto vector que se alimenta de la savia de la planta. El daño causado a las paredes celulares permitiría al virus entrar.
Las bacterias, al igual que las plantas, tienen paredes celulares fuertes que un virus debe atravesar para infectar la célula. Sin embargo, las paredes celulares de las bacterias son mucho más finas que las de las plantas, y algunos virus tienen mecanismos que inyectan su genoma en la célula bacteriana, mientras que la cápside viral permanece en el exterior.71 - El desencofrado es la forma en que se elimina la cápside viral: Esto puede ser mediante enzimas virales o enzimas del huésped o por simple disociación; el resultado final es la liberación del ácido nucleico viral.
- La replicación de los virus consiste en multiplicar el genoma. Esto suele significar la producción de ARN mensajero viral (ARNm) de los genes "tempranos". Esto puede ir seguido, en el caso de los virus complejos, de una o varias rondas más de síntesis de ARNm: la expresión génica "tardía" es de proteínas estructurales o del virión.
- Tras el autoensamblaje de las partículas del virus, suele producirse alguna modificación de las proteínas. En virus como el VIH, esta modificación (a veces llamada maduración) se produce después de que el virus se haya liberado de la célula huésped.
- Los virus pueden liberarse de la célula huésped mediante la lisis, un proceso que mata a la célula al romper su membrana y su pared celular. Esta es una característica de muchos virus bacterianos y de algunos animales.
En algunos virus, el genoma viral se coloca por recombinación genética en un lugar específico del cromosoma del huésped. El genoma viral se conoce entonces como "provirus" o, en el caso de los bacteriófagos, como "profago".60
Cada vez que el huésped se divide, el genoma viral también se replica. El genoma
viral es mayoritariamente silencioso dentro del huésped; sin embargo, en algún momento, el provirus o el profago pueden dar lugar a un virus activo, que puede lisar las células del huésped. capítulo 15
Los virus con envoltura (por ejemplo, el VIH) suelen liberarse de la célula huésped después de que el virus adquiera su envoltura. La envoltura es una pieza modificada de la membrana plasmática del huésped.185/7
Material genético y replicación
El material genético dentro de las partículas del virus, y el método por el que se replica el material, varía considerablemente entre los diferentes tipos de virus.
Virus de ARN
La replicación suele tener lugar en el citoplasma. Los virus de ARN pueden clasificarse en cuatro grupos diferentes en función de sus modos de replicación. Todos los virus de ARN utilizan sus propias enzimas replicasas de ARN para crear copias de sus genomas.79
Virus del ADN
La replicación del genoma de la mayoría de los virus de ADN tiene lugar en el núcleo de la célula. La mayoría de los virus de ADN dependen por completo de la maquinaria de síntesis de ADN y ARN de la célula huésped, así como de la maquinaria de procesamiento de ARN. Los virus con genomas más grandes pueden codificar ellos mismos gran parte de esta maquinaria. En los eucariotas, el genoma viral debe atravesar la membrana nuclear de la célula para acceder a esta maquinaria, mientras que en las bacterias sólo necesita entrar en la célula.5478
Virus de transcripción inversa
Los virus de transcripción inversa con genomas de ARN (retrovirus) utilizan un intermediario de ADN para replicarse. Los que tienen genomas de ADN (pararetrovirus) utilizan un intermediario de ARN durante la replicación del genoma. Son susceptibles a los fármacos antivirales que inhiben la enzima transcriptasa inversa. Un ejemplo del primer tipo es el VIH, que es un retrovirus. Un ejemplo del segundo tipo son los Hepadnaviridae, que incluyen el virus de la hepatitis B.88/9
Esta micrografía electrónica de transmisión en falso color muestra los detalles ultraestructurales de una partícula del virus de la gripe, o "virión". El virus de la gripe es un organismo de ARN monocatenario
Mecanismos de defensa del huésped
Sistema inmunitario innato
La primera línea de defensa del organismo contra los virus es el sistema inmunitario innato. Éste cuenta con células y otros mecanismos que defienden al huésped de cualquier infección. Las células del sistema innato reconocen y responden a los patógenos de forma general.
La interferencia del ARN es una importante defensa innata contra los virus. Muchos virus tienen una estrategia de replicación que implica un ARN de doble cadena (ARNd). Cuando un virus de este tipo infecta una célula, libera su molécula de ARN. Un complejo proteico llamado dicer se adhiere a ella y corta el ARN en trozos. Entonces se pone en marcha una vía bioquímica, llamada complejo RISC. Esto ataca al ARNm viral y la célula sobrevive a la infección.
Los rotavirus evitan esto al no desencapsularse completamente dentro de la célula y al liberar el ARNm recién producido a través de los poros de la cápside interna de la partícula. El dsRNA genómico permanece protegido dentro del núcleo del virión.
La producción de interferón es un importante mecanismo de defensa del huésped. Se trata de una hormona producida por el organismo ante la presencia de virus. Su papel en la inmunidad es complejo; al final impide que los virus se reproduzcan matando a la célula infectada y a sus vecinas cercanas.
Sistema inmunitario adaptativo
Los vertebrados tienen un segundo sistema inmunitario más específico. Se llama sistema inmunitario adaptativo. Cuando se encuentra con un virus, produce anticuerpos específicos que se unen al virus y lo convierten en no infeccioso. Hay dos tipos de anticuerpos importantes.
La primera, llamada IgM, es muy eficaz para neutralizar los virus, pero las células del sistema inmunitario la producen sólo durante unas semanas. La segunda, llamada IgG, se produce indefinidamente. La presencia de IgM en la sangre del huésped se utiliza para comprobar la existencia de una infección aguda, mientras que la IgG indica una infección en algún momento del pasado. El anticuerpo IgG se mide cuando se realizan pruebas de inmunidad.
Otra defensa de los vertebrados contra los virus implica a las células inmunitarias conocidas como células T. Las células del organismo muestran constantemente fragmentos cortos de sus proteínas en la superficie celular y, si una célula T reconoce allí un fragmento viral sospechoso, la célula huésped es destruida por las células T asesinas y las células T específicas del virus proliferan. Células como los macrófagos son especialistas en esta presentación de antígenos.
Evadir el sistema inmunológico
No todas las infecciones víricas producen una respuesta inmunitaria protectora. Estos virus persistentes evaden el control inmunitario mediante el secuestro (ocultamiento); la resistencia a las citoquinas; la evasión de la actividad de las células asesinas naturales; el escape de la apoptosis (muerte celular) y el cambio antigénico (cambio de las proteínas de la superficie). El VIH evade el sistema inmunitario cambiando constantemente la secuencia de aminoácidos de las proteínas de la superficie del virión. Otros virus se desplazan a lo largo de los nervios hasta lugares a los que el sistema inmunitario no puede llegar.
Dos rotavirus: el de la derecha está recubierto de anticuerpos que impiden que se adhiera a las células y las infecte
Evolución
Los virus no pertenecen a ninguno de los seis reinos. No cumplen todos los requisitos para ser clasificados como un organismo vivo porque no son activos hasta el momento de la infección. Sin embargo, esto es sólo un punto verbal.
Obviamente, su estructura y modo de funcionamiento significa que han evolucionado a partir de otros seres vivos, y la pérdida de la estructura normal se produce en muchos endoparásitos. Los orígenes de los virus en la historia evolutiva de la vida no están claros: algunos pueden haber evolucionado a partir de plásmidos -piezas de ADN que pueden moverse entre células- mientras que otros pueden haber evolucionado a partir de bacterias. En la evolución, los virus son un importante medio de transferencia horizontal de genes, que aumenta la diversidad genética.
Descubrimientos recientes
Un proyecto reciente descubrió cerca de 1500 nuevos virus de ARN mediante el muestreo de más de 200 especies de invertebrados. "El equipo de investigación... extrajo su ARN y, mediante la secuenciación de próxima generación, descifró la secuencia de la asombrosa cantidad de seis billones de letras presentes en las bibliotecas de ARN de invertebrados". La investigación demostró que los virus cambiaron trozos de su ARN mediante diversos mecanismos genéticos. "El viroma de los invertebrados [muestra] una notable flexibilidad genómica que incluye la recombinación frecuente, la transferencia lateral de genes entre los virus y los huéspedes, la ganancia y la pérdida de genes y los reordenamientos genómicos complejos".
Cómo se enfrentan las bacterias y las arqueas a los virus
Los virus llevan mucho tiempo en este planeta. Ahora sabemos que las bacterias y las arqueas tuvieron que enfrentarse a ellos primero, antes de que nuestro tipo de vida celular evolucionara. Los detalles de los mecanismos de defensa utilizados por las arqueas y las bacterias se analizan en la página CRISPR, que introduce brevemente el tema de las primeras defensas contra los virus.
El virus más grande
Un grupo de grandes virus infectan a las amebas. El más grande es el Pithovirus. Otros en orden de tamaño son el Pandoravirus, luego el Megavirus y después el Mimivirus. Son más grandes que algunas bacterias y son visibles bajo un microscopio de luz.
Virus en el mar
Los virus están por todas partes en el mar. Pueden superar en número a todas las demás formas de vida marina en al menos un orden de magnitud. Mediante la infección selectiva, los virus influyen en el ciclo de los nutrientes y en la evolución del océano.
Utiliza
Los virus se utilizan ampliamente en la biología celular. Los genetistas suelen utilizar los virus como vectores para introducir genes en las células que están estudiando. Esto es útil para hacer que la célula produzca una sustancia extraña, o para estudiar el efecto de introducir un nuevo gen en el genoma. Los científicos de Europa del Este han utilizado la terapia con fagos como alternativa a los antibióticos durante algún tiempo, y el interés por este enfoque está aumentando, debido al alto nivel de resistencia a los antibióticos que se encuentra actualmente en algunas bacterias patógenas.
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un virus?
R: Un virus es un parásito diminuto que sólo puede verse con un microscopio electrónico. Está formado por una capa de proteínas que cubre una cadena de ácido nucleico, normalmente ARN o ADN.
P: ¿Qué estudia la virología?
R: La virología estudia los virus y sus efectos en los organismos vivos.
P: ¿Cómo se reproducen los virus?
R: Los virus se reproducen introduciendo su cadena de ácido nucleico en una célula procariota o eucariota. A continuación, la cadena de ARN o ADN se apodera de la maquinaria celular para reproducir copias de sí misma y de la cubierta proteica, antes de estallar y propagar los virus recién creados.
P: ¿Existen virus de vida libre?
R: No, todos los virus son parásitos que deben vivir dentro de otros seres vivos para reproducirse.
P: ¿Qué tipos de enfermedades pueden causar los virus?
R: Los virus pueden causar muchos tipos de enfermedades como la polio, el ébola y la hepatitis.
P: ¿Cómo actúan las vacunas contra las infecciones víricas?
R: Las vacunas proporcionan una inmunidad adquirida artificialmente contra la infección vírica específica, sin embargo, algunos virus (incluidos los que causan el sida y la hepatitis vírica) escapan a estas respuestas inmunitarias y causan infecciones crónicas.
P: ¿Se pueden utilizar antibióticos contra los virus?
R: No, los antibióticos no tienen ningún efecto sobre los virus, pero hay algunos otros medicamentos que pueden utilizarse contra ellos.
