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Biol. on-line: Vol. 5, Núm. 2 (Julio de 2016) ISSN: 2339-5745 online
Virus: ¿Qué son? ¿Qué hacen?
Una pequeña introducción al mundo de los virus
Héctor Martínez López
Ilustración 1. Componentes del Laboratorio de Virus contaminantes de Agua y Alimentos, ubicado en la Facultad de Biología, Universidad de Barcelona Rosina Girones, Sílvia Bofill-Mas, Marta Rusiñol, Ayalkibet Hundesa, Natalia Timoneda, Laura Guerrero, Eloy Gonzales Gustavson, David Aguado , Eva Forés, Xavier Fernandez Cassi, Sandra Martinez Puchol, Aiora Areguita Imagen cedida por el Laboratorio de Virus Contaminantes de Agua i Alimentos http://www.ub.edu/microbiologia_virology/ca
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online
Los virus
Todos oímos hablar de virus: virus de la inmunodeficiencia humana, virus de la gripe, virus de la mononucleosis… Pero, ¿qué son los virus? ¿Están vivos? ¿Qué procesos llevan a cabo? ¿Todos son malos? ¿Por qué nos infectan? Todas estas preguntas, y muchas otras, se nos pueden ocurrir cuando pensamos en el término “virus”. En este trabajo no las responderemos todas, pero si daremos una pequeña visión sobre qué son los virus, qué hacen en nuestro cuerpo, etc.
¿Están vivos los virus?
La primera cosa que has de saber es que hay debate sobre si los virus son seres vivos o no, y viene de largo. La discusión está motivada, principalmente, por la definición de ser vivo. El sector más tradicional en este aspecto considera que los seres vivos han de cumplir la teoría celular. Esta dice que la unidad básica de la vida es la célula, que estas han de nutrirse, reproducirse y relacionarse por sí mismas y que toda célula proviene de otra célula. El otro sector defiende que los organismos vivos son aquellos que tienen material genético y que lo expresan de una manera u otra, sin las premisas de la teoría celular. La visión tradicional deja fuera a muchos parásitos, puesto que no pueden vivir por sí solos, entre ellos los virus. La más moderna no es tan restrictiva y ubica estos parásitos dentro de los seres vivos. Poco a poco se van descubriendo nuevos virus, algunos de ellos muy grandes y similares a las células, pero sin dejar de ser parásitos.
¿Qué son los virus?
Normalmente, cuando queremos saber el significado de una palabra consultamos referencias como pueden ser Wikipedia o DIEC. Este último define los virus de la siguiente manera: Virus Individuo de un grupo de agentes infecciosos submicroscópicos, históricamente unidos por el hecho de no poder ser retenidos por filtros bacterianos, parásitos endocelulares obligados de plantas, animales y bacterias, que consta de un núcleo central constituido por ácido desoxirribonucleico o por ácido ribonucleico y rodeado por una cubierta de proteína o cápside. Como bien dice el DIEC, los virus son “parásitos endocelulares obligados de plantas, animales y bacterias”, es decir, están obligados a vivir dentro de una célula. Pero, ¿por qué? El núcleo vírico está compuesto por ácido desoxiribonucleico (DNA) o ácido ribonucleico (RNA). Estas moléculas son las que forman el material genético, que contiene la información
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online Los virus no tienen codificada la información para muchas de estas proteínas, así que no pueden multiplicarse solos, ni conseguir energía, etc. Es por esta razón que tienen que infectar células. Cuando se encuentran dentro, secuestran las proteínas de la célula y las utilizan en beneficio propio, normalmente perjudicando la célula durante el proceso, así que hablamos de los virus como parásitos. De manera general, un virus contacta con una célula específica y entra en su interior. Después secuestra las proteínas, las usa para duplicar su material genético y fabricar sus proteínas. Por último, el virus lisa la célula – la rompe – y salen al exterior todas sus copias, conocidas como viriones, listas para infectar a otros huéspedes.
¿Cuál es la estructura de un virus?
Volviendo a hacer referencia a la definición del DIEC, el virus tiene, además de material genético, una cubierta formada por proteínas, conocida también como cápside. Diferenciamos cuatro tipos de estructura de los viriones según su cápside: Icosaedros desnudos Icosaedros con envoltura Helicoidales desnudos Helicoidales con envoltura Estudiando virus con estas estructuras se ha visto que se distribuyen según el tipo de material genético que puede ser, además de DNA o RNA, de doble cadena o de cadena simple. La estructura del ADN o ARN es una cadena de nucleótidos que puede ser más o menos larga. Además, puede estar acompañada por su cadena complementaria, es decir, una cadena igual pero de orden inverso. Cada nucleótido tiene su complementario, con quien puede establecer una relación razonablemente estable. Así, los nucleótidos A y T o U son complementarios de igual manera que lo son G y C Por ejemplo, se ha visto que viriones icosaedros desnudos pueden contener todos los tipos de material genético mencionados: doble cadena y cadena simple de DNA y doble cadena y cadena simple de RNA. Il·lustració 3. Virus icosaedres nuus, icosaedres embolcallats, helicoïdals nuus i helicoïdals embolcallats, de dalt abaix. By: John Carter and Venetia Saunders. Virology: Principles and Applications, John Wiley & Sons Ltd. 2D Edition, 2013.
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online Dependiendo del tipo de material genético y del tipo de cápside, el virus podrá tener más o menos información codificada y, por lo tanto, más o menos proteínas. El virus con el material genético – también conocido como genoma – más pequeño es el virus satélite del virus del tabaco, que tiene alrededor de 1 300 nucleótidos en una molécula de RNA de cadena simple. En cambio, los virus con el genoma más grande son los mimivirus, que llevan a tener hasta 1 200 000 nucleótidos en una molécula de DNA de cadena doble (1 200 000 cada cdena.) Algunos viriones están envueltos, es decir, tienen su cápside proteica y otra capa por encima que los cubre. Esta segunda capa está formada por lípidos y contiene proteínas víricas que ayudan a reconocer las células que infectan. Por ejemplo, el virus del herpes tiene este tipo de cubierta, así como el virus de la gripe o el virus de la inmunodeficiencia humana. Ilustración 4. Estructura del virión del virus de la inmunodeficiencia humana (traducido). Se indican las diferentes proteínas del interior del virus, así como la cápside, la envoltura (lípido de membrana), el material genético (Genoma RNA Vrial), etc. By Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=
¿Cómo entran los virus en las células?
Los viriones entran de diferentes formas en las células huésped dependiendo, sobretodo, de la presencia o ausencia de la envuelta lipídica.
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¿Cómo sale un virus
de una célula?
Nos ponemos en situación: una célula ha estado infectada por un virión y el virus ya se ha multiplicado y ha formado nuevos viriones. ¿Cómo sale de dentro de la célula? Los virus pueden salir de diferentes formas: lisando la celula, es decir, rompiéndola. Saliendo por un sistema llamado germinación, donde se llevan parte de la membrana. O bien, saliendo de manera directa. Hemos de pensar que en este momento del ciclo del virus puede haber pocas decenas, centenares o miles de viriones dentro de la célula. Dependiendo de este número y de la estrategia utilizada para salir de la célula, esta puede morir o seguir funcional.
¿Qué hace realmente el virus?
Cuando se da una infección vírica hemos de sentarnos a hablar de que hace realmente el virus cuando entra. Hemos dicho que empieza a multiplicarse, pero no es del todo cierto. Hay diferentes comportamientos y opciones entre los virus: infeciones productivas o infecciones no productivas. En las infecciones productivas, cuando el virión infecta la célula, puede darse la muerte celular por lisis y la liberación de viriones, la producción persistente de viriones sin que muera la célula o que el virus quede latente en la célula. Il·lustració 5. Diferents formes de sortida dels virus. A dalt lisis, a la dreta budding (germinació, en anglès), a baixa sortida directe. By: John Carter and Venetia Saunders. Virology: Principles and Applications, John Wiley & Sons Ltd. 2D Edition, 2013.
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online En las infecciones no productivas se puede dar el suicidio celular antes de que se produzcan viriones, que el virus tengo un defecto en su genoma y no pueda continuar o que la infección quede latente La latencia es muy importante, puesto que algunos virus, como el de la inmunodeficiencia humana, quedan latentes un cierto tiempo para después mantener una producción persistente o lisar las células. Esto dificulta su detección, ya que los síntomas no son inmediatos.
¿Cómo responden los mamíferos frente a esta infección?
Los mamíferos tenemos un sistema inmune que nos protege delante de cuerpos extraños y agentes infecciosos, así que es de esperar que funcione contra los virus. Este sistema tiene diversos mecanismos que actúan uno delante del otro, como lo harían líneas de defensa. Pero los virus, unos poco a poco y otros más rápidamente, han desarrollado maneras de saltarse estas líneas defensivas. La primera línea de defensa que encontramos es la inmunidad innata. Dentro de esta encontramos el sistema de complemento, un conjunto de proteínas que pueden inactivar viriones, bloquearlos, eliminar células infectadas… Algunos virus, como los herpesvirus, producen proteínas que son capaces de regular este sistema de complemento, evitando su activación. Dentro de la inmunidad innata también encontramos las células Natural Killer (NK). Estas son capaces de detectar cuando una célula está infectada por un virus y perforarle la membrana, matándola. Algunos virus, como el citomegalovirus, puede inhibir el reconocimiento de las células infectadas por parte de las NK. La segunda línea de defensa que encontramos es la inmunidad adaptativa. Dentro de esta encontramos los anticuerpos que son capaces de adherirse a los viriones, neutralizándolos. También incrementan la probabilidad de estos viriones sean “comidas” por células especializadas. Las células T son otra de las líneas de defensa de la inmunidad adaptativa. Estas son muy importantes para otros procesos como la síntesis de anticuerpos, activar la respuesta inmune, etc. También participan en la respuesta realizando un proceso similar al de las células NK. Reconocen y eliminan células infectadas para prevenir daños más graves. En este caso las conocemos como células T citotóxicas. Algunos virus, como los herpesvirus, también pueden evitar que las células que infectan sean reconocidas por células T citotóxicas.
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online contaminación vírica. Nos responde que, con casos como el de 3500 afectados por contaminación de agua de bebida, nos damos cuenta de que tenemos que vigilar más y que, poco a poco, las empresas van concienciándose un poco más sobre este tema. Con el tiempo, no será extraño que se implementen protocolos de detección de contaminación vírica en todos los ámbitos sensibles a este tipo de contaminación. Otro tema con el trabajo el grupo es el estudio de virus emergentes. Rosina nos explica que uno de los que más están estudiando es el virus de la hepatitis E, que se creía inexistente en los países más desarrollados higiénicamente. De hecho, fueron uno de los grupos que estudiaron la distribución de este virus en países industrializados [6]. En otros estudios más recientes han demostrado que este virus puede transmitirse por ingestión de carne contaminada, de cerdo a humano [7]. Las actividades que llevan a cabo en el laboratorio son clave, ya que la contaminación vírica de agua no es trivial. La descontaminación en general, a día de hoy, está demasiado centrada en las bacterias. Pero ahora que tenemos más información sobre ellas y sabemos cómo mejorar su eliminación, aparecen los problemas relacionados con contaminación vírica. Conocer cómo se transmiten estos virus dentro de las aguas, cuál es su origen… es clave para poder mejorar la calidad del agua.
Para ampliar: dinámica de la contaminación en ríos [3]
En este estudio, el grupo trabajo realizando el seguimiento de la contaminación en ríos de 5 áreas muy diferentes: el río Negro (Brasil), el río Glafkos (Grecia), el río Tisza (Hungría), el río Llobregat (España) y el río Umeälven (Suecia). Determinando la presencia o ausencia de adenovirus i poliomavirus humanos, adenovirus porcinos y poliomavirus bovinos, estudiaron las fluctuaciones de la contaminación en estos ríos. De esta manera vieron cómo cambia la contaminación según el caudal del río, la cantidad de personas en la zona urbana cercana, etc. Los resultados indicaron que la contaminación aumenta con la cantidad de población, pero disminuía con el caudal del río, ya que diluye la contaminación. Además, los niveles de contaminación fueron superiores en el agua después de abandonar la zona urbana. También pudieron diferenciar la contaminación de granja de la humana, ya que había niveles superiores en zonas agrícolas. Con todo esto, el estudio demuestra que determinando la presencia o ausencia de unos pocos virus se pueden conseguir resultados muy buenos en regiones muy diferentes del mundo.
Para ampliar: Mejora de los filtros domésticos [5]
El tratamiento doméstico del agua es importante y necesario en muchas regiones del mundo donde las condiciones sanitarias del agua no son suficientes. Los filtros de agua cerámicos son ampliamente utilizados con este propósito y han demostrado que cumplen los estándares para eliminar contaminación bacteriana.
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online Aun así, estos filtros no cumplen los estándares para eliminar contaminación vírica, manteniendo la probabilidad de infección vírica y no mejorando, en ese aspecto, la calidad del agua. El laboratorio, gracias a sus conocimientos en el campo de los virus, ha colaborado con Intermon Oxfam en un proyecto para mejorar los filtros domésticos. En el estudio buscaron mejorar la eliminación de virus manteniendo la eliminación bacteriana de los filtros. Con este objetivo modificaron las propiedades materiales del filtro a través de diferentes técnicas de cocción. Para medir la eliminación de virus de estos prototipos determinaron la presencia o ausencia de determinados microorganismos antes y después del filtraje. Consiguieron un filtro fabricado con un método de cocción en ambiente reductor que mantenía los estándares bacterianos, así como los víricos. Innovar y mejorar las herramientas en este ámbito es imprescindible para mejorar la calidad del agua y, por lo tanto, de vida en las regiones con niveles de higiene baja.
Para ampliar: Metagenómica en aguas residuales [8]
La metagenómica es el estudio del conjunto de genomas, es decir, del material genético, de un determinado entorno directamente de las muestras del mismo. Tradicionalmente para saber qué especies de microorganismos poblaban una zona se recogían muestras y se intentaba cultivar en laboratorio, para luego hacer pruebas a los microorganismos que habían crecido. Pero existe un problema muy importante. ¿Y si hay algún microrganismo que no crece en el laboratorio? ¿Y si nadie lo sabe hacer crecer? La metagenómica da solución a este problema. Al recoger muestras y buscar en ellas DNA sin cultivar, estamos analizando el material genético de todas las especies presentes en la muestra. Por lo tanto, no perdemos información. Además, permite descubrir nuevas especies, puesto que podemos encontrarnos con material genético que no coincida con ninguna otra especie conocida. En el estudio, el laboratorio aplica esta técnica a aguas residuales, identificando 234 virus conocidos y clasificando otros no conocidos. Lo asombroso es que la mayoría de material genético estudiado no se corresponde a ninguna especie de virus conocida. Esto demuestra la inmensidad del mundo de los virus, del cual conocemos tan solo una pequeña parte de las especies que lo conforman.
Para ampliar: Los virus en terapia génica
Los virus son muy buenos haciendo su trabajo: infectar células. Podemos pensar que por sí mismos no valdrían para dar terapia a nadie, puesto que provocarían enfermedades en vez de curarlas. Pero tenemos a nuestro alcance la tecnología y las herramientas que nos permiten modificar su material genético para hacerlos inocuos y, además, que puedan curar algunas enfermedades.
Biol. on-line:Vol. 5, Núm. 1 (Febrer de 2016) ISSN: 2339-5745 online Bibliografía:
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