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VIRUS: GENERALIDADES
MARTA NEGRONI Y MARÍA INÉS GONZÁLEZ
Contenidos
Virus. Definición. Características generales. Tamaño. Composición química. Estructura. Funciones. Simetrías. Sensibilidad al medio y a otros agentes. Replicación viral. Distintas etapas. Nociones de clasifi cación. Métodos de estudio de los virus. Efecto citopático viral. Vías de transmisión de las virosis. Bacteriófagos. Virión. Virus defectivos. Provirus. Priones.
- Definir el concepto de virus.
- Describir las estructuras de los viriones y las funciones que cumplen cada una.
- Citar la composición química de los viriones.
- Enumerar los pasos de la replicación viral.
- Describir las características que se tienen en cuenta para clasificar a los virus.
- Mencionar los métodos de estudio para virus.
- Definir el efecto citopático viral y mencionar ejemplos.
- Conocer las vías de transmisión viral.
- Describir los ciclos lítico y lisogénico de los bacteriófagos.
- Establecer las diferencias entre virión, virus defectivo, provirus y priones.
OBJETIVOS
CAPÍTULO
70 PARTE I | GENERALIDADES DE MICROBIOLOGÍA
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Tamaño Los virus más pequeños pueden medir solo 20 nm (10 -9^ metro, o sea la milésima parte de un micrón) y los más grandes alcanzan los 300 nm. Debido a esta característica de su tamaño diminuto, los virus solo pueden ser visualizados con la ayuda del microscopio electrónico. Dentro de los virus de menor tamaño, se pueden citar el eritrovirus B19 (anteriormente llamado par- vovirus B19) de 18 nm y el virus de la poliomielitis de 27 nm. Como ejemplos de los virus grandes, se pueden mencionar los poxvirus (300 nm) como el virus de la viruela y el virus del molusco contagioso.
Composición química
Los virus están compuestos fundamentalmente por ácido desoxirribonucleico (DNA) o ácido ribonucleico
DEFINICIÓN
Los virus son partículas infecciosas muy pequeñas (de entre 20 y 300 nm), que están constituidas por un solo ácido nucleico, DNA o RNA, poseen una organización estructural simple y se replican por un mecanismo particular dentro de una célula viva. Etimológicamente virus signifi ca veneno en latín. Son parásitos intracelulares estrictos u obligados porque necesitan la maquinaria metabólica de una célula huésped. Pueden infectar las plantas y los animales, incluido el hombre, y también bacterias, hongos y parásitos. Las enfermedades que los virus originan en el hom- bre ( virosis ) se conocen desde hace muchos años. Sin embargo, la demostración de los virus por medio del microscopio electrónico, de la técnica conocida como cristalograf ía de rayos X y las técnicas para cultivarlos en medios celulares en el laboratorio se han producido en el siglo xx.
Concurre al odontólogo un paciente que consulta por presentar en la comisura labial una lesión vesicular en forma de ramillete que le apareció hace un par de días. Estuvo colocándose una pomada con antibiótico anti- bacteriano, pero no observó ninguna mejoría. Luego de la inspección y la anamnesis, el profesional se inclina por sospechar que se trata de una lesión de origen viral. Realiza una antisepsia de la zona y toma material para remitir al laboratorio microbiológico.
- ¿Qué tipo de muestras debe obtener para realizar el diagnóstico?
- Si se trata de una infección viral ¿qué se podrí a observar a través de la microscopia óptica en estas muestras? 3. ¿Cuáles son los efectos citopáticos que produ- cen los virus? 4. ¿Qué otro método puede utilizarse para el estudio de los virus? 5. ¿Por qué los virus se deben cultivar en células vivas? 6. ¿De qué depende la sensibilidad que poseen los virus a los factores ambientales y otros agentes? 7. ¿A qué son estables los virus desnudos? 8. ¿A que son sensibles los virus envueltos? 9. ¿Por qué no hizo efecto el tratamiento con el antibacteriano?
Problema
(Véanse respuestas del problema en el sitio web )
72 PARTE I | GENERALIDADES DE MICROBIOLOGÍA
Simetría
En los virus no se habla de formas sino de simetrías. La simetría es la disposición de la nucleocápside en el espacio y de acuerdo con ello se observan distintos tipos: simetría helicoidal, icosaédrica, compleja ( fig. 8-2 ) y binaria ( fig. 8-3 ).
La nucleocápside de simetría helicoidal es cuando los capsómeros se encuentran dispuestos en una hélice, parecida a una escalera caracol. Puede ser rígida extendida como un tubo cilíndrico sin envoltura (virus del mosaico del tabaco) o flexible, enrollada sobre sí misma y con envoltura (virus de la gripe).
1
1
1
2
E
C
A
D
B
2
2
3
Fig. 8-2. Distintos tipos de simetría. A. Simetría helicoidal desnuda. B. Simetría helicoidal envuelta. C. Simetría icosaédrica
desnuda. D. Simetría icosaédrica envuelta. E. Simetría compleja. A) 1: capsómeros; 2: RNA. B) 1: espículas; 2: nucleocápside; 3: envoltura. E) 1: ácido nucleico; 2: cuerpos laterales (Poxvirus con forma de ladrillo).
CAPÍTULO 8 | VIRUS: GENERALIDADES 73
Cuando la simetría es icosaédrica tiene el aspecto de un poliedro y presenta veinte caras triangulares. Estos virus pueden ser desnudos como el virus papilo- ma humano (HPV) o envueltos como el virus herpes. La simetría binaria se observa cuando en un mismo virus pueden presentarse las dos simetrías anteriores. Esto ocurre con ciertos virus que infectan bacterias y que se denominan bacteriófagos. En algunos de estos virus es posible distinguir una zona, que se llama cabeza, con simetría icosaédrica y otra parte, la cola, cuya simetría es helicoidal ( fig. 8-3 ). Los virus de simetría compleja son aquellos que no contienen cápsides claramente identificables, no son ni icosaédricos ni helicoidales. Los poxvirus (virus de la viruela y virus del molusco contagioso) tienen forma ovalada o de ladrillo y gran tamaño 300 nm. La nucleo- cápside tiene forma toroidal y a cada lado se sitúan los cuerpos laterales. En la envoltura tienen estructuras con aspecto de mora o de granos de avena y, en otros, la superficie está recorrida por unas estructuras tubulares en forma de cordones (véase fig. 8-2E ).
Sensibilidad de los virus a factores
del medio ambiente y a otros agentes
Los virus desnudos son estables ante factores ambientales como desecación, temperatura. Son resis- tentes a los detergentes, ácidos, sales biliares, proteasas.
Pueden propagarse fácilmente a través de fómites, se- carse y conservar su infectividad. También sobreviven en el estómago, en el intestino y en aguas residuales. Los virus envueltos son lábiles ante detergentes, ácidos, desecación, temperatura. Deben permanecer en un ambiente húmedo. Se propagan mediante gotitas respiratorias, secreciones y transfusiones de sangre. No pueden sobrevivir en el tubo digestivo.
Replicación viral
La replicación de los virus es un proceso muy particular por el cual un virus penetra en una célula que, a partir de ese momento, pone todos sus mecanismos a disposición de ese virus, del cual se producen muchas copias en su interior. En este aspecto los virus se diferencian notoriamente de las bacterias dado que una bacteria solo origina dos y de un solo virus puede haber hasta 100 000 copias, pero solo un 1 al 10% de ellas llegará a ser infecciosa. En realidad el mecanismo íntimo de este proceso está determinado por el tipo de ácido nucleico que tiene el virus. En general, los virus con genoma DNA replican en el núcleo de la célula y los que tienen genoma RNA lo hacen en el citoplasma de la célula. En ambos casos hay excepciones, como, por ejemplo, los poxvirus (DNA) multiplican en el citoplasma y los orthomyxovirus (RNA) como el virus de la gripe, en el núcleo. En forma general, la replicación viral cuenta con los siguientes pasos: 1) adsorción o fijación; 2) penetra- ción o entrada; 3) descapsidación o desnudamiento;
- síntesis de proteínas y replicación del genoma; 5) maduración o ensamblaje; y 5) liberación o egreso.
Adsorción o fijación
El virus se une específicamente a través de las proteí- nas de fijación a un receptor situado en la superficie de la célula que va a ser infectada o célula hospedadora. En esta etapa se pone en evidencia el tropismo que es la capacidad de un virus de infectar ciertas células de un tejido u órgano en particular.
Penetración o entrada
Es el pasaje de la partícula viral hacia el interior de la célula y se puede realizar:
a b
c
d
e
f
Fig. 8-3. Simetría binaria: bacteriófago. a: DNA; b: cabeza;
c: cuello; d: vaina; e: fibras; f: el conjunto que conforma la cola.
CAPÍTULO 8 | VIRUS: GENERALIDADES 75
las nucleocápsides. Se pueden ensamblar en forma de estructuras vacías (procápsides) que posteriormente se rellenan con el genoma o bien pueden disponer sus capsómeros alrededor del genoma. El ensamblaje de los virus DNA se realiza en el núcleo y, en cambio, este proceso en los virus RNA ocurre en el citoplasma. La adquisición de la envoltura se produce después de la asociación de la nucleocápside a regiones que contienen proteínas virales en las membranas de la célula hospedadora, por un proceso de gemación o brotación. La mayoría de los virus RNA lo hacen a partir de la membrana citoplasmática, esta membrana rodea a la nucleocápside y se produce una brotación. Los virus DNA adquieren la envoltura en la membrana nuclear, después son transportados en vesículas al aparato de Golgi, donde se procesan las glucopro- teínas. Pueden atravesar el citoplasma por el sistema de endomembranas y finalmente se fusionan con la membrana citoplasmática. Durante el proceso de ensamblaje de los virus pue- den producirse errores. Así, se observan junto con los
virus completos, tanto cápsides vacías sin genoma u otros virus que contienen genomas defectuosos.
Liberación o egreso
Los virus desnudos se liberan por ruptura de la membrana plasmática de la célula infectada y, por lo general, se produce por la lisis celular. Los virus envueltos salen por un proceso de brota- ción , en algún punto de la membrana citoplasmática de la cual adquieren su estructura y a la que previamen- te han modificado. La membrana celular en algunos casos se regenera después de la liberación de los nuevos viriones y la célula sobrevive ( figs. 8-4 y 8-5 ).
Clasificación viral
Para la clasificación de los virus se tiene en cuenta el tipo de ácido nucleico, la simetría, el tamaño, la presencia o no de envoltura, el tipo de replicación y las células que infectan, si tienen predilección por alguna célula o tejido (tropismo).
Fig. 8-4. Ejemplos de replicación viral con dos mecanismos de ingreso y de egreso de la partícula viral. 1: partícula viral y
reconocimiento; 2: adsorción; 2’ fusión; 3 y 3’: penetración; 4: denudación; 5: transcripción; 6: síntesis de proteínas tempranas; 7: replicación del genoma; 8 y 8’: con la síntesis de proteínas tardías se produce el ensamblaje; 9: salida por lisis; 9’: salida por brotación.
3´
2´
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3
4
5
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Fig. 8-5. Replicación del virus herpes simple tipo 1 (HSV-1). Microscopia electrónica de transmisión de células Vero infecta-
das con HSV-1. A: nucleocápsides intranucleares, B: nucleocápsides intranucleares y viriones con envoltura en el citoplasma celular, C: viriones en el sistema de endomembranas y D: viriones saliendo de la célula. 15 000×. (Microfotografías obtenidas por el doctor Norberto Sanjuan y la doctora María Inés González en la Facultad de Medicina de la UBA).
La clasificación de los virus es revisada en forma constante por un Comité especialmente destinado a tal efecto, International Commitee on Taxonomy of Viruses, ICTV (Comité Internacional de Taxonomía de Virus). La nomenclatura que se utiliza, incluye el sufijo
- viridae para las familias y -virus para los géneros. Por ejemplo: Herpesviridae (familia de gran importancia odontológica), Simplexvirus (género) y virus herpes simple tipo1 (especie) (véanse respuestas del pro- blema en el sitio web ). La designación que reciben los virus, refleja alguna de sus características, ya sea por el tipo de enfermeda- des que producen, el tejido o el lugar geográfico donde fueron identificados por primera vez.
Los virus asociados a enfermedades humanas, con genoma DNA se los divide en siete familias de virus y los que tienen genoma RNA en 14 familias.
Métodos de estudio de los virus
Como los virus son parásitos intracelulares obliga- dos necesitan células vivas para replicarse y es por eso que para su estudio se utilizan los huevos embrionados, los animales de laboratorio y los cultivos celulares. En los huevos embrionados de gallina o de pato, se perfora la cáscara del huevo, se inyecta en él una suspensión viral o un tejido que presuntamente con- tiene un virus y se incuba a 37 °C. El desarrollo viral se detecta por la muerte del embrión o lesiones en las
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las picaduras de insectos y por la vía parenteral. En esta última, el ingreso viral se produce mediante transfusiones de sangre o sus derivados, agujas y jeringas contaminadas (adictos a drogas intravenosas que comparten agujas), hemodiálisis. Las enfermedades virales o virosis tienen distintas puertas de entrada o formas de ingreso al organis- mo, a continuación se mencionan algunos ejemplos de cada una:
- Respiratoria o inhalatoria: por esta vía, que es muy frecuente, ingresan los virus que producen gripe, resfrío, sarampión, rubéola, paperas, varicela.
- Digestiva o vía fecal-oral: los virus de la hepatitis A y E, de la poliomielitis, el rotavirus, el virus Coxsackie A (agente etiológico de la herpangina y de la enfermedad mano-pie-boca).
- Piel: los poxvirus (virus de la viruela y virus del molusco contagioso), los virus herpes simple tipos 1 y 2 y los distintos tipos de virus del papiloma humano (HPV).
- Transcutánea: por picaduras de insectos –como los virus del dengue y de la fiebre amarilla– o por mordeduras de animales infectados por el virus de la rabia.
- Transplacentaria: algunos virus que atraviesan la placenta producen malformaciones congénitas en el feto, como el de la rubéola y el citomegalovirus (CMV).
- Genital: los virus herpes simple tipos 1 y 2, citomegalovirus (CMV), virus papiloma humano (HPV), virus de inmunodeficiencia humana (HIV), virus de hepatitis B y D.
- Parenteral: por esta vía ingresan el virus de inmunodeficiencia humana (HIV) y los virus de la hepatitis B, C y D.
Bacteriófagos
Los bacteriófagos son virus que infectan bacterias. Algunos de ellos poseen una simetría binaria, con una cabeza icosaédrica, en las que reside el ácido nucleico (DNA) y una vaina o cola helicoidal en la que se dis- tingue una zona más estrecha o cuello y fibras en el extremo de la cola ( fig. 8-3 ). Los bacteriófagos –o fagos– pueden desarrollar dos mecanismos distintos: el ciclo lítico o el ciclo
lisogénico. En el primero, el virus se multiplica en la célula bacteriana y culmina con la lisis y muerte celular. Mientras que en el ciclo lisogénico, la célula bacteriana permanece viable. En el ciclo lítico , los bacteriófagos usan las fibras para fijarse a los receptores que se encuentran en la pared de la bacteria que infectarán. La cola del virus libera una enzima, la lisozima del fago, que degrada una porción de la pared bacteriana. Luego la vaina se contrae y el fago inyecta su ácido nucleico en la bac- teria. A continuación se produce la biosíntesis de los componentes virales, seguida de la maduración donde se ensamblan los viriones. Por último, la bacteria se lisa y se liberan los nuevos bacteriófagos. En el ciclo lisogénico , el DNA del fago se integra al genoma bacteriano. Este se denomina profago y per- manece inactivo. Las células bacterianas hospedadoras se conocen como bacterias lisogénicas. Cada vez que esta bacteria se reproduce por fisión binaria, las células hijas en su genoma bacteriano también contienen la información genética del profago. La importancia del conocimiento de este tema está en relación con la virulencia bacteriana. Algunos microorganismos solo pueden producir toxinas cuando están en estado lisogénico, dado que el profago contiene el gen codificador de la toxina. Se pueden mencionar la toxina eritrogénica de Streptococcus pyogenes, la toxina diftérica de Cory- nebacterium diphteriae, la enterotoxina de Staphylo- coccus aureus y la toxina botulínica de Clostridium botulinum.
Virión y virus defectivos
Un virión es la partícula viral completa y con capa- cidad infectante. En la replicación viral, no todas las partículas virales maduran y se ensamblan correcta- mente y esto puede dar lugar a virus defectivos ; estos últimos pueden provocar interferencias con otros virus, pueden unirse a receptores celulares o bien pueden multiplicarse solo en presencia de otro virus. Este es el caso del virus de la hepatitis D, que necesita la envoltura del virus de la hepatitis B para formar su propio virión. Además por ser defectivo carece de la capacidad de replicarse en forma autónoma y solo puede hacerlo en células infectadas por el virus de la hepatitis B (véase cap. 43 ).
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Provirus
Un provirus es cuando el DNA viral se integra a un cromosoma de la célula hospedadora. En los retrovi- rus, como el virus de la inmunodeficiencia humana (HIV), el genoma viral es transportado al núcleo de la célula infectada, donde se integra a un cromosoma celular mediante la acción de la integrasa viral. Como provirus , el HIV está protegido del sistema inmune del hospedero y de los fármacos antivirales. A veces el provirus se replica cuando se replica el DNA de la célula hospedadora. En otros casos el provirus se expresa y produce nuevos virus, que pueden infectar las células adyacentes (véase cap. 44 ).
Priones
Los priones o agentes infecciosos no convencio- nales son hebras de proteínas autorreplicantes. No forman una cápside ni se les ha detectado, asociados con ellas, ácido nucleico alguno. Son proteínas anor- malmente plegadas que pueden producir cambios en otras proteínas causando su agrupamiento. Los priones causan infecciones lentas del sistema nervioso central en el hombre y en el ganado (encefali- tis espongiforme bovina o “mal de la vaca loca”; scrapie, “tembladera” o “prurito lumbar” de los ovinos, etc.). Las enfermedades humanas son el kuru, la enfer- medad de Creutzfeldt-Jakob o demencia presenil, el síndrome de Gerstmann-Sträussler-Sheinker y el insomnio familiar fatal. El kuru o ataxia degenerativa, que produce agitación o temblores, se observó en algu- nas tribus de Nueva Guinea con hábitos canibalísticos. Los priones son muy resistentes a la acción de los desinfectantes y a algunos métodos de esterilización (véase cap. 13 ).
CONCEPTOS FUNDAMENTALES
Los virus son agentes infecciosos que parasitan ani- males, vegetales e incluso bacterias, hongos y parásitos. El tamaño de los virus varía entre 20 y 300 nm. Se los visualiza con el microscopio electrónico de transmisión. Tienen simetría icosaédrica, helicoidal, compleja y binaria. Cada partícula viral tiene un ácido nucleico que es responsable de la información genética y de la infectividad del virus, está rodeado por la cápside , formada por subunidades proteicas, los capsómeros. Su función consiste en proteger al ácido nucleico y
favorecer la adhesión a la célula hospedadora. Además, es una estructura antigénica. Algunos virus poseen otra estructura más externa, la envoltura lipoproteica, que es sensible a los solventes lipídicos y que en ciertos virus presenta proyecciones, espículas o peplómeros que les permiten unirse a la célula que van a parasitar y les dan antigenicidad. El mecanismo de reproducción que es muy particular y se llama réplica o copia , se produce en varias etapas bien diferenciables, a saber, la adsorción, la penetración, la descapsidación, la expresión y la replicación del genoma, la maduración y el ensamblaje y por último la liberación. Estas etapas de la replica- ción pueden conducir a una infección productiva con efecto citopático o no, a una infección abortiva (si no se completa), a una mutación, a un estado de latencia si el virus no se libera o a una transformación si se mantiene en la célula, lo que origina cambios en ella. La clasificación de los virus es compleja, tiene en cuenta en principio el ácido nucleico que poseen, el tamaño, la simetría, la acción patógena que producen y alguna otra característica. Para cultivar los virus es necesario utilizar células vivas obtenidas de animales (cultivos primarios) o de pasajes de líneas celulares u órganos. Cuando los virus se replican, en general, ejercen alguna acción sobre la célula hospedadora; esto se conoce como acción citopatogénica (ACP). Se puede producir la lisis celular u acción citocídica, o la forma- ción de sincicios o cuerpos de inclusión. Los virus se transmiten por distintas vías y producen infecciones y enfermedades con distinta evolución y localización.
- Provirus: es el genoma viral que se incorpora al de la célula hospedante.
- Virión: es la partícula viral completa, con capacidad infectante.
- Virus defectivo: no se puede replicar sin la coinfección por otros virus.
- Prión o agente infeccioso no convencional: solo hebras de proteínas, con capacidad de infectar y altamente resistentes a los desinfectantes y métodos de esterilización.
- Bacteriófago: virus bacteriano con simetría binaria. Los bacteriófagos producen lisis bacteriana o estado de lisogenia. En este último caso alteran las propiedades del microorganismo; se trata de un fago lisogénico o atemperado.
