Los Virus

Un virus (de la palabra latina virus, toxina o veneno) es una entidad biológica que para reproducirse necesita de una célula huésped. Cada partícula de virus o virión es un agente potencialmente patógeno compuesto por una cápside (o cápsida) de proteínas que envuelve al ácido nucleico, que puede ser ADN o ARN. La forma de la cápside puede ser sencilla, típicamente de tipo helicoidal o icosaédrica (poliédrica o casi esférica), o compuesta, típicamente comprendiendo una cabeza y una cola. Esta estructura puede, a su vez, estar rodeada por la envoltura vírica, una capa lipídica con diferentes proteínas, dependiendo del virus….

El ciclo vital de un virus siempre necesita de la maquinaria metabólica de la célula invadida para poder replicar su material genético, produciendo luego muchas copias del virus original. En dicho proceso reside la capacidad destructora de los virus, ya que pueden perjudicar a la célula hasta destruirla. Pueden infectar células eucariotas (plantas, animales, hongos o protistas) o procariotas (en cuyo caso se les llama bacteriófagos, o simplemente fagos). Algunos virus necesitan de enzimas poco usuales por lo que las cargan dentro de su envoltorio como parte de su equipaje.

Los biólogos debaten si los virus son o no organismos vivos. Algunos consideran que no están vivos, puesto que no cumplen los criterios de definición de vida. Por ejemplo, a diferencia de los organismos vivos (macroscópicos o microscópicos), los virus no tienen células. Sin embargo, sí tienen genes y evolucionan por selección natural. Otros biólogos los han descrito como organismos en el borde de la vida, en el límite entre la materia viva y la materia inerte.

Las infecciones virales en humanos y animales por lo general dan como resultado una respuesta inmune del organismo invadido y, a menudo, enfermedades o incluso la muerte. Entre los padecimientos se incluyen el resfriado común, la gripe, la varicela, el sarampión, la hepatitis B, la fiebre amarilla, la rabia, el SIDA, etc. Muchas veces, el virus es completamente eliminado por el sistema inmunológico. Los antibióticos, destinados a combatir a las bacterias, no tienen ningún efecto sobre los virus, pero se han desarrollado medicamentos antivirales para el tratamiento de las infecciones por virus. Las vacunas pueden prevenir las infecciones virales produciendo inmunidad durante tiempo prolongado.

Historia

Las enfermedades virales, como la rabia, la fiebre amarilla y la viruela, han afectado a los seres humanos desde hace muchos siglos. Se conocen jeroglíficos que describen la poliomielitis en la medicina del Antiguo Egipto, aunque en ese entonces no se conocía todavía la causa de la enfermedad. En el siglo X, Al-Razi escribe el Tratado sobre la viruela y el sarampión, que ofrece la primera descripción clara de estas enfermedades.

La naturaleza contagiosa de las enfermedades infecciosas (virales y bacterianas) es descrita por Avicena en la década de 1020, en su obra Canon de medicina. En ella describe la tuberculosis y las enfermedades de transmisión sexual y su propagación a través del contacto físico, agua y suelo. Sostiene que las secreciones corporales se contaminan por "organismos extraños" que producen la infección e introduce la práctica de la cuarentena como medio para limitar la propagación de las enfermedades contagiosas. Cuando la Peste Negra (o peste bubónica) llega a Al-Ándalus en el siglo XIV, Ibn Khatima descubre que las enfermedades infecciosas son causadas por microorganismos que se introducen en el cuerpo humano. Otro médico andaluz del siglo XIV, Ibn al-Khatib (año 1313-1374), escribe el tratado titulado Sobre la peste, en el que afirma que las enfermedades infecciosas se pueden transmitir a través del contacto corporal y "por prendas de vestir, buques y pendientes." Las causas etiológicas de la tuberculosis, de la peste bubónica y de algunas infecciones de transmisión sexual más tarde se identificaron como bacterias.

Las primeras vacunas para prevenir las enfermedades virales se descubren en el siglo XVIII. En 1717, Mary Montagu, la esposa de un embajador inglés en el Imperio otomano, observa que las mujeres locales tienen la costumbre de inocular a sus hijos con fluidos tomados de casos leves de viruela. A finales del siglo XVIII, Edward Jenner observa y estudia a Miss Sarah Nelmes, una lechera que había sufrido la «viruela de vaca» y que como consecuencia era inmune a la viruela, un virus similar que afecta a las personas. Jenner desarrolla la vacuna contra la viruela sobre la base de estas conclusiones. Después de largas campañas de vacunación, la Organización Mundial de la Salud (OMS) certifica la erradicación de la viruela en 1979.

La primera referencia sobre la existencia de los virus se debe al botánico ruso Dimitri Ivanovski en 1892. Un poco antes, Charles Chamberland desarrolla un filtro de porcelana con poros lo suficientemente pequeños para retener a las bacterias y separarlas de su medio de cultivo. Dimitri Ivanovski usa este filtro para identificar al agente causante de la enfermedad denominada mosaico del tabaco y llega a la conclusión de que debe tratarse de una toxina o de un organismo más pequeño que las bacterias, pues atraviesa los filtros que retienen a éstas. Al pasar extractos de hojas de plantas de tabaco infectadas a través del filtro y luego utilizar el extracto filtrado para infectar a otras plantas, demuestra que el agente infeccioso no es una bacteria. Experimentos similares son realizados por varios otros investigadores, con resultados similares y muestran que los virus son algunos órdenes de magnitud más pequeños que las bacterias.

El término virus fue acuñado por el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck quien, utilizando métodos basados en el trabajo de Ivanovski, en 1897 desecha la idea de las toxinas. Comprueba que el agente causante de la enfermedad del mosaico del tabaco es capaz de reproducirse, ya que mantiene su poder infeccioso sin diluirse al pasar de unas plantas a otras, y acuña la frase latina "contagium vivum fluidum" (que significa "germen soluble de vida"), la primera aproximación al concepto de virus. Poco después, los microbiólogos alemanes Frederick Loeffler y Paul Frosch descubren que la fiebre aftosa del ganado es también producida por un virus filtrable que actúa como agente infeccioso. El primer virus humano identificado fue el virus de la fiebre amarilla.

A principios del siglo XX, Frederick Twort descubre que también las bacterias pueden ser infectadas por virus. Félix d'Herelle, que trabajaba independientemente, muestra que un preparado viral origina áreas muertas en cultivos celulares realizados sobre agar. Contando las áreas muertas, pudo estimar el número original de virus en la suspensión. En la década de los 30, con el uso de filtros de tamaño de poro inferior, con las técnicas de cultivo celular in vitro que permiten la obtención de gran cantidad de estos agentes, con la ultracentrifugación y finalmente con el microscopio electrónico y la difracción de rayos X, se logra por fin visualizar a los virus. En 1935, Wendell Stanley cristaliza el virus del mosaico del tabaco y descubre que está compuesto, en su mayor parte, de proteínas. Poco tiempo después, el virus fue separado en proteínas y ácidos nucleicos. En 1939, Max Delbrück y El Ellis demostraron que, en contraste con los organismos celulares, los bacteriófagos se reproducen en "un paso", en lugar de exponencialmente.

Un problema importante para los primeros virólogos fue la incapacidad de cultivar virus en medios de cultivo estériles, tal como se hace con los microorganismos celulares. Esta limitación requiere que los virólogos médicos infecten animales vivos, lo cual es peligroso. El primer avance se produce en 1931, cuando William Ernest Goodpasture demuestra el crecimiento de la gripe y de otros virus en huevos de gallina fertilizados. Sin embargo, algunos virus no crecen en huevos y era necesaria una mayor flexibilidad técnica para el cultivo de los virus. La solución llega en 1949 cuando John Franklin Enders, Thomas H. Weller y Frederick Chapman Robbins desarrollan conjuntamente una técnica para reproducir el virus de la polio en cultivos de células vivas de animales. Sus métodos se han extendido y se aplican al crecimiento de virus y de otros agentes infecciosos que no crecen en medios de cultivo estéril.

Características

Ninguno de los virus posee orgánulos y, sobre todo, ninguno tiene autonomía metabólica, por lo que no son considerados células. Su ciclo biológico tiene dos fases: una extracelular, que es metabólicamente inerte, y otra intracelular, que es reproductiva. Se pueden agrupar las características definitorias de los virus en torno a tres cuestiones: su tamaño, el hecho de que sean cristalizables y el hecho de que sean parásitos intracelulares o microcelulares obligados. Estas tres cuestiones colocan a los virus en la frontera entre lo vivo y lo inerte.

Tamaño

Los virus son estructuras extraordinariamente pequeñas. Su tamaño oscila entre los 24 nm del virus de la fiebre aftosa a los 300 nm de los poxvirus. Algunos filovirus tienen una longitud total de hasta 1400 nm; sin embargo, el diámetro de su cápside es de sólo alrededor de 80 nm. La mayor parte de los virus no puede verse con el microscopio óptico, pero algunos son tan grandes o mayores que las bacterias más pequeñas y pueden verse bajo magnificación óptica alta.

Más comúnmente, se utilizan microscopios electrónicos tanto de barrido como de transmisión para visualizar las partículas de virus. Para aumentar el contraste entre los virus y el fondo, se utilizan tintes de alto contraste a los electrones. Se trata de soluciones de sales de metales pesados, como el tungsteno, que dispersan los electrones de las regiones cubiertas por el tinte. Cuando las partículas del virus están recubiertas por el tinte (tinción positiva), los finos detalles quedan oscurecidos. La tinción negativa resuelve este problema entintando únicamente el fondo.

Cristalizables

Los virus son cristalizables, como demostró W. Stanley en 1935. Esto depende del hecho de que las partículas víricas tienen formas geométricas precisas y son idénticas entre sí, lo cual las separa de la irregularidad característica de los organismos, las células o los orgánulos, y las acerca a las características de los minerales y de agregados de macromoléculas como los ribosomas. Al tener un volumen y forma idénticos, las partículas víricas tienden a ordenarse en una pauta tridimensional regular, periódica, es decir, tienden a cristalizar.

Parásitos intracelulares obligados

Los virus son parásitos intracelulares obligados. Desde los años treinta se sabe que los virus se componen principalmente de ácido nucleico y proteínas, estas últimas forman la cápside, que se conoce también como envoltura proteica. Esto quiere decir que necesitan un huésped (hospedante), ya que en vida libre no sobreviven. Se sabe que algunos virus pueden vivir alrededor de unos cuarenta días sin que tengan algún hospedante en el cual reproducirse.

También se han encontrado virus que presentan lípidos, aunque éstos son tomados de la célula que infectan. Hasta ahora todos los virus que se conocen presentan un solo tipo de ácido nucleico (ya sea ADN o ARN, pero no los dos), el cual puede ser de una o de dos cadenas y puede ser segmentado. Para que el ácido nucleico del virus pueda replicarse, necesita utilizar la maquinaria enzimática y estructural de una célula viva y, por otra parte, solamente dentro de una célula viva tienen los virus las funciones de autoconservación que, junto con la reproducción, caracterizan a los seres vivos. Esta condición es la causa de que muchísimos virus se consideren gérmenes patógenos que producen enfermedades en plantas y animales, e incluso en las bacterias.

Estructura de los virus

Una partícula de virus, conocida como virión, está compuesta de una molécula de ácido nucleico (ADN o ARN) y una envoltura proteínica. Ésta es la estructura básica de un virus, aunque algunos de ellos pueden añadir a esto la presencia de alguna enzima, bien junto al ácido nucleico, como la transcriptasa inversa de los retrovirus, bien en la envoltura, para facilitar la apertura de una brecha en la membrana de la célula hospedadora.

La envoltura proteínica recibe el nombre de cápside. Está formada por unas subunidades idénticas denominadas capsómeros. Los capsómeros son proteínas globulares que en ocasiones tienen una parte glicídica unida. Son codificadas por el genoma viral y su forma sirve de base para la distinción morfológica y antigénica. Se autoensamblan entre sí, por lo general requiriendo la presencia del genoma del virus, dando a la cubierta una forma geométrica. Sin embargo, los virus complejos codifican proteínas que contribuyen a la construcción de la cápside. Los capsómeros, a su vez, están compuestos de unidades denominadas protómeros. Las proteínas estructuralmente asociadas con el ácido nucleico se denominan nucleoproteínas, mientras que la asociación de las proteínas de la cápside viral con el ácido nucleico se denomina nucleocápside.

Atendiendo la forma de la cápsida, se pueden distinguir los siguientes tres tipos básicos de virus:

Virus cilíndricos o helicoidales: En los virus cilíndricos o helicoidales, los capsómeros, que son de un solo tipo, se ajustan en una estructura helicoidal en torno a un eje central donde se encuentra una hélice simple de ácido nucleico. Esta estructura se traduce en un virión con forma de varilla o filamentoso con una gran diversidad, desde los muy cortos y rígidos hasta los muy largos y flexibles.

El material genético, generalmente ARN monocatenario y con menos frecuencia ADN monocatenario, está rodeado por la hélice de proteínas a la que se une por la interacción entre la carga negativa del ácido nucleico y la positiva de la proteína. En general, la longitud de la cápside helicoidal está relacionada con la longitud del ácido nucleico contenido en ella, y el diámetro depende del tamaño y disposición de los capsómeros. Un ejemplo bien estudiado lo constituye el virus del mosaico del tabaco.

Virus icosaédricos: En los virus icosaédricos, los capsómeros se ajustan formando un icosaedro regular (es decir, 20 caras triangulares y 12 vértices), y dejando un hueco central donde se sitúa el ácido nucleico fuertemente apelotonado. Algunos forman poliedros con más caras que el icosaedro, y algunos presentan fibras proteicas que sobresalen de la cápside. El icosaedro es la estructura cuasiesférica más eficiente y robusta que se puede construir a partir del ensamblado de varias piezas. Esta estructura se traduce en una apariencia esférica de los virus cuando se observan al microscopio.

Los capsómeros pueden ser pentagonales o hexagonales, y se construyen con varios protómeros. Éstos se asocian a través de una unión no covalente para encerrar el ácido nucleico, aunque por lo general menos íntimamente que las cápsides helicoidales. El número de protómeros necesario para constituir la cápside se denota por el número T, el cual indica que se precisan 60×T proteínas para formar la cápside. En el caso del Virus de la hepatitis B, T=4 y se requieren 240 proteínas para formar la cápside. Otros ejemplos de este tipo de virus lo constituyen los adenovirus, que incluyen virus que producen enfermedades respiratorias, faringitis, gastroenteritis, etc.

Virus complejos: Los virus complejos, con pequeñas variantes, responden a la siguiente estructura general:

• Una cabeza de estructura icosaédrica que alberga el ácido nucleico.

• Una cola de estructura helicoidal que constituye un cilindro hueco.

• Un collar de capsómeros entre la cabeza y la cola.

• Una placa basal, al final de la cola, con unos puntos de anclaje que sirven para fijar el virus a la membrana celular. De la placa salen también unas fibras proteicas que ayudan a la fijación del virus sobre la célula hospedadora.

Como ejemplo de este tipo de virus puedo citar a la mayor parte de los virus bacteriófagos (que infectan bacterias).

Envoltura lipoproteica

Muchos virus, exteriormente a la cápsida, presentan una envoltura de características similares a una membrana plasmática: doble capa fosfolipídica y proteínas, muchas de ellas glicoproteínas que proyectan salientes hacia el exterior llamados espículas. La cápsida de estos virus suele ser icosaédrica, aunque también los hay con cápsida helicoidal. Se interpreta que la envoltura lipoproteica es un resto de la membrana de la célula infectada donde se ha formado el virus, ya sea de la membrana citoplasmática que rodea la célula, o de las membranas internas como la membrana nuclear o el retículo endoplasmático. Esta membrana es integrada en el virus por las proteínas codificadas por el genoma viral, sin embargo los lípidos y carbohidratos en sí mismo no son codificados, sino que se obtienen de la célula huésped.

La envoltura viral puede dar al virión algunas ventajas, como por ejemplo, la protección contra ciertas enzimas y productos químicos. Puede incluir glicoproteínas que funcionan como moléculas receptoras, permitiendo que las células huéspedes la reconozcan y se unan a estos viriones, dando lugar a la posible adsorción del virión por parte de la célula. La mayoría de los virus con envoltura dependen de esta para su infectividad. Un ejemplo de este tipo de virus lo constituye el de la gripe.

Algunos autores (como yo) denominan virus complejos a virus con cubierta lipoproteica que presentan además varias moléculas de ácido nucleico en su interior y algunas enzimas, como es el caso del virus de la gripe. Otros como los poxvirus son virus grandes y complejos que tienen una inusual morfología. El genoma viral se asocia con las proteínas dentro de una estructura central de disco denominado nucleoide. El nucleoide está rodeado por una membrana y dos cuerpos laterales de función desconocida. El virus tiene una envoltura exterior con una gruesa capa de proteínas sobre su superficie. La partícula del virus es ligeramente pleomórfica, yendo desde ovoide a forma de ladrillo.

Genoma

Ácido nucleico

El ácido nucleico es solamente de un tipo, ADN o ARN. Hay unas pocas excepciones que tienen ambos, como los citomegalovirus que contienen un núcleo de ADN con varios segmentos ARNm. Con bastante diferencia, la mayoría de los virus contienen ARN. Los virus que afectan a las plantas tienden a tener una cadena monocatenaria de ARN, mientras que los bacteriófagos suelen tener ADN bicatenario. Algunas especies de virus presentan nucleótidos anormales, como hidroximetilcitosina en lugar de citosina, como una parte normal de su genoma.

Así podemos distinguir dos tipos de virus:

• Virus ADN

• Virus ARN

Tomando en consideración el tipo de cadena del ácido nucleico (doble o sencilla de sentido positivo o negativo) y la forma en que se replica el virus utilizando la célula huésped (retrotranscrito o no).Existen otros tipos de clasificaciones de los virus pero solo son utilizadas por especialistas en el tema, por lo tanto he decidido no abordarlas.

Forma

Los genomas virales pueden ser circulares, como en los poliomavirus, o lineales, como en los adenovirus. El tipo de ácido nucleico es irrelevante para la forma del genoma. Entre los virus ARN, el genoma se suele dividir en varias partes separadas dentro del virión y se denominan segmentados. Los genomas ARN bicatenarios y algunos ARN monocatenarios son segmentados. Cada segmento a menudo codifica una proteína y por lo general se encuentran juntos en una cápside. No se requiere que cada segmento esté en el mismo virión para que el conjunto de virus sea infeccioso, como se demostró con el Virus del mosaico del Bromus.

Cadena simple/doble

Un genoma viral, con independencia del tipo de ácido nucleico, puede ser monocatenario o bicatenario. Algunos virus, tales como los pertenecientes a Hepadnaviridae, contienen un genoma que es parcialmente bicatenario y monocatenario. Los virus que infectan a los seres humanos incluyen ARN bicatenario (p.e. rotavirus), ARN monocatenario (p.e. virus de la gripe), ADN monocatenario (p.e. parvovirus B19) y ADN bicatenario (p.e. virus del herpes).

Sentido

Para los virus con ARN como ácido nucleico, las cadenas pueden ser de sentido positivo (+) o negativo (-), dependiendo de si es o no complementario al ARNm viral. EL ARN viral de sentido positivo es idéntico al ARNm viral y, por tanto, puede traducirse inmediatamente en la célula huésped. El ARN de sentido negativo es complementario del ARNm y, por tanto, se debe convertir en ARN de sentido positivo por una ARN polimerasa antes de la traducción. Para los virus con ADN la nomenclatura es similar, de forma que las cadenas que codifican el ARNm viral son complementarias a este (-) y las cadenas no codificadoras son una copia de este (+).

Tamaño del genoma

El tamaño del genoma en términos de la masa de nucleótidos varía entre especies. El genoma más pequeño tiene aproximadamente una masa de 106 umas y codifica sólo cuatro proteínas, mientras que el mayor tiene una masa sobre 108 umas y codifica para más de un centenar de proteínas. Los virus ARN tienen por lo general genomas más pequeños que los virus de ADN debido a una mayor tasa de errores cuando se replican, lo que limita en la práctica su tamaño. Más allá de este límite, los errores de replicación hacen el virus inútil o poco competitivo. Para compensar esto, los virus ARN tienen a menudo genomas segmentados (dividido en segmentos), lo que reduce la probabilidad de error de cada molécula. En contraste, los virus ADN suelen tener genomas más grandes debido a la alta fidelidad de las enzimas de replicación.

Modificaciones genéticas

Los virus pueden experimentar cambios genéticos a través de tres mecanismos:

• El genoma puede sufrir deleciones, inserciones o cambios de nucleóticos en la secuencia de ARN o ADN. La mayoría de estas mutaciones puntuales son perjudiciales para al funcionamiento normal del virus, otras son silenciosas en el caso de que no cambien la proteína que codifica el gen, mientras que otras pueden conferir ventajas evolutivas, tales como la resistencia a los fármacos antivirales. Se produce un cambio antigénico cuando hay un cambio importante en el genoma del virus.

• La recombinación genética es el proceso mediante el cual una cadena de ADN primero se divide y luego se une al extremo de otra molécula de ADN diferente. Esto puede ocurrir con los fragmentos o regiones de un mismo virus o cuando varios virus infectan simultáneamente a una única célula. Estudios de evolución viral han mostrado que esto ha ocurrido frecuentemente en las especies estudiadas, tanto en virus ADN como ARN.

• La redistribución de genes se produce en los virus con genoma segmentado. Diferentes cepas de un virus que infecten a la misma célula pueden mezclar y combinar sus segmentos dando lugar a virus completamente nuevos. Esta es una razón por la que el virus de la gripe cambia constantemente, dando lugar a una pandemia cada vez que se produce una redistribución. La redistribución de genes también se puede producir entre las diferentes especies del virus de la gripe que afectan a cerdos, aves o seres humanos, por ejemplo.

Los virus ARN son mucho más propensos a mutar que los virus ADN, por las razones antes expuestas. Los virus a menudo existen como cuasiespecies o enjambres de virus de la misma especie pero con secuencias genómicas ligeramente diferentes. Tales cuasiespecies son el objetivo primario de la selección natural.

Ciclo reproductivo de los virus

Los virus tienen un objetivo básico: producir copias de sí mismos en gran cantidad sirviéndose de la maquinaria que tiene una célula viva para los procesos de transcripción, traducción y replicación. El ciclo reproductivo de los virus varía considerablemente entre las especies, pero siempre están presentes seis etapas básicas:

• Adsorción: Es la unión entre la cápside viral de proteínas y los receptores específicos en la superficie celular del huésped. La unión virus-célula es bastante específica y determina la gama de huéspedes de un virus. Este mecanismo ha evolucionado a favor de que los virus sólo infecten a células en los que sean capaces de reproducirse. Por ejemplo, el Virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) presenta la proteína de superficie gp120 que puede interactuar con los receptores CD4 de los linfocitos T humanos.

• Penetración: La forma en la que el virus entra en la célula huésped varía dependiendo de la especie. La endocitosis es común en los virus con o sin envoltura; en este caso, la partícula del virus es rodeada por la membrana plasmática de la célula, se forma una invaginación y luego la vesícula se introduce en el citoplasma. Otro método que se presenta en los virus con envoltura se basa en la fusión de la membrana plasmática con la envoltura del virus. La penetración directa se observa sólo en los virus sin envoltura. Por último, algunos virus sin envoltura y los bacteriófagos son capaces de inyectar directamente el genoma en la célula huésped.

• Desnudamiento: Es el proceso por el cual el ácido nucleico del virus es liberado dentro de la célula. Puede ocurrir simultáneamente o poco después de la penetración. En este último caso, la cápside vírica es degradada por las enzimas del huésped (o algunas veces por las enzimas que trae consigo el virus).

• Multiplicación: Es la biosíntesis de los elementos necesarios para la formación de nuevos virus: ARNm, proteínas y ácidos nucleicos. Incluye la expresión genética (transcripción y traducción) y la replicación del genoma. La transcripción es la síntesis de ARN mensajero (ARNm) a partir del genoma del virus. La traducción es la síntesis, en los ribosomas del huésped, de las proteínas virales, tanto las que componen la cápsida como las proteínas enzimáticas. Durante la replicación se obtienen las copias del genoma viral. El proceso es muy variado y depende del tipo de virus.

• Ensamblaje: En esta etapa se forma la cápside viral y se asocia con el genoma viral. Tras la formación de las partículas del virus, a menudo se realiza una modificación post-translacional de las proteínas virales. En los virus como el VIH, esta modificación (a veces llamada maduración), se produce después de que el virus haya sido liberado de la célula huésped.

• Liberación: Los virus salen de la célula huésped por lisis o por gemación. Los virus sin envoltura se acumulan por algún tiempo en la célula hasta que ésta se rompe (lisis). Los virus con envoltura (por ejemplo, el VIH) suelen ser liberados por gemación, proceso durante el cual el virus adquiere su envoltura de fosfolípidos en la que se insertan las glicoproteínas virales.

Tipos de virus

Virus que infectan células animales

El primer virus descrito fue el de la fiebre aftosa (Loeffler y Frosch, finales del siglo XIX). La mayoría de ellos tienen envoltura lipoproteica:

• Entre los virus con ARN monocatenario se pueden citar los de la rabia, el sarampión, la gripe y la rubéola.

• Los retrovirus contienen ARN monocatenario y la enzima transcriptasa inversa. Al infectar la célula, transcriben el ARN en una molécula de ADN bicatenario que se une al ADN celular. Pertenecen a este grupo el virus del SIDA y algunos virus oncogénicos.

• Entre los virus con ADN bicatenario se puede citar el grupo de los herpesvíridos como los del herpes, y de la hepatitis.

Hay también virus de células animales icosaédricos sin envoltura lipoproteica:

• El virus de la polio humana tiene ARN monocatenario.

• La mayor parte de los reovirus (con ARN bicatenario) infectan células animales.

• Los virus que contienen ADN bicatenario suelen ser poco virulentos, como los adenovirus (causantes de enfermedades respiratorias) y los papilomavirus (de verrugas).

Virus que infectan bacterias

Fueron descubiertos independientemente en 1915 y 1917 por Frederick Twort, bacteriólogo británico y Felix D'Herelle en Canadá. La mayoría son virus complejos y contienen ADN bicatenario; pertenecen al grupo de los Caudovirales. Hay también bacteriófagos que no responden al tipo común, como los Corticoviridae, icosaédricos, o los Leviviridae, con ARN monocatenario, o los bacteriófagos con envoltura lipoproteica.

Virus que infectan células vegetales

Son los primeros que se descubrieron (virus del mosaico del tabaco, Ivanovski, 1892). La mayor parte de ellos contienen ARN monocatenario y cápsida helicoidal, y carecen de envoltura lipoproteica. El virus del mosaico del tabaco es un ejemplo. Algunos reovirus (virus con ARN bicatenario, icosaédricos y sin envoltura lipoproteica) producen tumores en las heridas de las plantas. En este grupo hay también virus con ADN y cápsida icosaédrica, como el del estriado del maíz o el del mosaico de la coliflor.

Virus y vida

Los virus han sido descritos como "organismos en el borde de la vida". En general, se considera que no están vivos, aunque no hay un acuerdo unánime. Los virus se asemejan a otros organismos en que poseen genes y pueden evolucionar por selección natural. Se pueden reproducir mediante la creación de múltiples copias de sí mismos a través de autoensamblaje. Sin embargo, los virus no tienen una estructura celular, considerada generalmente como la unidad básica de la vida. Además, aunque se reproducen, no tienen metabolismo y requieren de una célula huésped para replicarse y sintetizar nuevos virus. Sin embargo, algunas especies bacterianas, como Rickettsia y Chlamydia, se consideran organismos vivos a pesar de que no son capaces de reproducirse fuera de una célula huésped.

Un posible criterio es considerar seres vivos a aquellos que usan la división celular para reproducirse, en comparación con los virus que se ensamblan espontáneamente. Esto establece la analogía entre el autoesamblado viral dentro de las células huésped y el crecimiento autónomo de los cristales. Sin embargo, el autoensamblado de los virus tiene implicaciones para el estudio del origen de la vida, ya que da credibilidad a la hipótesis de que la vida podría haber comenzado mediante el autoensamblado de las moléculas orgánicas.

Si se considera que los virus están vivos, la cuestión se podría ampliar para discutir si las partículas infecciosas más pequeñas, como los viroides y priones, están vivas.

Origen de los virus

Los virus no fosilizan y además, por desgracia, la mayoría de los virus que han sido conservados y almacenados en los laboratorios cuentan con menos de 90 años de antigüedad. Por tanto, para determinar el origen y evolución de los virus deben emplearse técnicas de biología molecular. Estas técnicas se basan en el estudio de las secuencias de ARN y ADN, así como de las relaciones entre los virus y sus huéspedes a través del mecanismo de la coevolución. Hasta la fecha estos análisis no podido determinar cuál de las posibles hipótesis de origen es la correcta. Además, parece poco probable que todos los virus conocidos actualmente tengan un ancestro común, sino que más bien, probablemente distintas familias de virus hayan surgido independientemente a lo largo del tiempo por uno o más mecanismos.

En primer lugar, la posición de los virus como frontera entre lo vivo y lo inerte plantea a los científicos dos posibles alternativas:

• Los virus serían los primeros seres, en la historia de la evolución de lo inerte a lo vivo, que lograron reunir con eficacia las funciones de replicación, transcripción y traducción. Serían, pues, los organismos menos evolucionados.

• El hecho de que los virus solamente puedan realizar esas tres funciones vitales en el interior de células vivas, lleva a pensar que los virus no pudieron existir antes de que aparecieran las primeras células, por muy simples que éstas fueran.

La segunda de estas alternativas es actualmente la más aceptada. El descubrimiento de otras formas acelulares más sencillas (viroides, virus satélite, plásmidos, transposones, priones, etc) nos ayuda a comprender mejor la naturaleza y significado biológico de los virus, pero nos mantiene en la duda de su origen. Existen actualmente tres hipótesis principales que intentan explicar el origen de los virus:

Hipótesis de coevolución

Los virus podrían haber surgido al mismo tiempo que aparecieron las primeras células sobre la tierra y derivarían de las primitivas moléculas de proteínas y ácidos nucleicos. La cápsida de los virus sería un logro evolutivo por el que el material genético se vería protegido en su desplazamiento de una célula otra, y garantizaría el éxito de la infección.

Hipótesis del origen celular

Algunos virus pueden haber evolucionado a partir de fragmentos de ADN o ARN que "escaparon" de los genes de un organismo mayor. Los virus ADN podrían proceder de plásmidos (cadenas de ADN desnudo que pueden moverse entre células) o transposones (cadenas de ADN que se mueven entre diferentes posiciones dentro de los genes de la célula. Plásmidos y transposones son ejemplos de los llamados elementos genéticos móviles.

Los viroides son moléculas de ARN que no están clasificados como virus ya que carecen de una capa de proteínas. Sin embargo, tienen características que son comunes a varios virus y a menudo son denominados agentes subvirales. Los viroides son importantes patógenos de plantas y al utilizar la maquinaria del huésped para su replicación no codifican proteínas. El virus de la hepatitis D de los seres humanos tiene un genoma ARN similar a los viroides, pero tiene una cápsida de proteínas procedente de del virus de la hepatitis B. Esto es, es un virus defectuoso que no puede replicarse sin la ayuda del virus de la hepatitis B.

Al igual que en la hipótesis anterior, la cápsida de los virus sería un logro evolutivo por el que el material genético se vería protegido en su desplazamiento de una célula otra. Sin embargo, también pudo darse el proceso inverso: una pérdida de la cápsida reduciría a las unidades autónomas de replicación -transcripción-traducción a la condición de plásmido o viroide.

Hipótesis regresiva

Los virus pueden haber sido alguna vez pequeñas células que parasitaban a células más grandes. Con el tiempo, los componentes no requeridos para su estilo de vida parasitaria se perdieron en un proceso de simplificación conocido como evolución regresiva. Las bacterias Rickettsia y Chlamydia son células vivas que, al igual que los virus, sólo se pueden reproducir dentro de una célula huésped. El estilo de vida parasitaria de estos organismos les ha ocasionado una pérdida de genes que en el pasado les habrían permitido sobrevivir fuera de la célula huésped. Estos ejemplos prestan credibilidad a la hipótesis de la simplificación. Los virus con genomas más grandes, como los poxvirus pueden haber seguido este camino.

Los virus y las enfermedades

Ejemplos comunes de enfermedades humanas causadas por virus incluyen el resfriado común, gripe, varicela, sarampión, paperas y rubéola. Entre las enfermedades graves causadas por virus están el ébola, SIDA, gripe aviar y SARS. Otras enfermedades son poliomielitis, hepatitis B, hepatitis C, fiebre amarilla, dengue, viruela (erradicada), etc. Algunas enfermedades se encuentran bajo investigación para determinar si tienen un virus como agente causal, por ejemplo, el Herpesvirus humano tipo 6 (HHV6) podría estar relacionado con enfermedades neurológicas tales como la esclerosis múltiple y el síndrome de fatiga crónica. También se investiga si el Virus de Borna, causante de enfermedades neurológicas en caballos, pudiera ser responsable de enfermedades psiquiátricas en los seres humanos.

La capacidad relativa de los virus para causar enfermedades se describe en términos de virulencia. Los virus producen la enfermedad en el huésped a través de diferentes mecanismos que dependen en gran medida de la especie de virus. Los mecanismos a nivel celular incluyen principalmente la lisis y la posterior muerte de la célula. En los organismos pluricelulares, si suficientes células mueren, todo el organismo empezará a verse afectado. Los virus pueden también existir dentro de un organismo relativamente sin efectos. A esto se le llama estado latente y es una característica de los herpesvirus incluyendo el Virus del herpes simple , causante del herpes labial, el Virus de Epstein-Barr(Enfermedad del Beso), que causa la fiebre glandular, y el virus varicela-zóster, que causa la varicela( La China). El virus de la varicela, una vez superada la enfermedad, regresa en etapas posteriores de la vida como herpes zóster(Culebrilla).

Algunos virus pueden causar infecciones crónicas, en las cuales el virus sigue replicándose en el cuerpo, a pesar de los mecanismos de defensa del huésped. Esto es común en las infecciones de hepatitis B y hepatitis C. Las personas infectadas crónicamente con el virus de la hepatitis B sirven como reservorios del virus (son los portadores). Cuando hay una alta proporción de portadores en una población, se dice que la enfermedad es endémica.

Epidemiología

La epidemiología viral es la rama de la ciencia médica se ocupa del estudio de la transmisión y el control de las infecciones virales en los seres humanos. La transmisión de los virus puede ser vertical, es decir de madre a hijo, u horizontal, de una persona a otra. Ejemplos de transmisión vertical incluyen la hepatitis B y el VIH; cuando el bebé nace ya está infectado por el virus. Otro ejemplo menos frecuente es la varicela-zóster, que aunque causa infecciones relativamente leves en los seres humanos, puede ser fatal para el feto y los recién nacidos.

La transmisión horizontal es el mecanismo de propagación más común de los virus en las poblaciones. La transmisión puede realizarse a través del intercambio de sangre o por actividad sexual (por ejemplo, VIH, hepatitis B y hepatitis C), por vía bucal mediante el intercambio de saliva (por ejemplo, el Virus de Epstein-Barr), por alimentos o agua contaminados (por ejemplo, Norovirus), por respiración de los virus a través de aerosoles (por ejemplo, el virus de la gripe) o por insectos vectores como mosquitos (por ejemplo, el dengue). La tasa o velocidad de transmisión de las infecciones virales depende de factores que incluyen la densidad de población, el número de individuos susceptibles (es decir, aquellos que no son inmunes), la calidad de la atención médica y las condiciones climáticas.

Epidemias y pandemias

Las poblaciones nativas americanas fueron devastadas por las enfermedades contagiosas, especialmente la viruela, traída a América por los colonizadores europeos. No está claro cuántos americanos nativos fueron muertos por las enfermedades después de la llegada de Cristóbal Colón a las Américas, pero ha sido estimado en cerca del 70% de la población indígena. El daño causado por esta enfermedad ayudó significativamente a los europeos para conquistar y desplazar a la población nativa.