Lo que Debes Saber de los Virus

Índice
  1. ¿Qué son los virus?
    1. Definición
    2. ¿Por qué los virus causan enfermedades?
    3. ¿Por qué los virus son resistentes a algunos medicamentos? Virus y antibióticos
    4. ¿Cómo se transmiten los virus?
    5. ¿Cómo evitar, prevenir y eliminar los virus?
    6. ¿Por qué no se consideran seres vivos?
  2. Historia de los virus
  3. La virología
  4. Propiedades de los virus
    1. Morfología
    2. Tamaño y composición
  5. Ciclo de replicación de los virus
    1. Fijación (adsorción)
    2. Penetración (entrada y decapsidación)
    3. Replicación y transcripción
    4. Síntesis de componentes estructurales y maduración
    5. Liberación

¿Qué son los virus?

Definición

"Los virus son entidades cuyo genoma se replica dentro de células vivas usando su maquinaria de síntesis. Esto determina la formación de elementos especializados (partículas virales) que permiten la transferencia del genoma viral a otras células." Esta es la definición que dieron Luria y Darnell en 1967.

Vamos a explicar todo esto. Los virus son entidades simples, acelulares, lo que significa que no están formados de células. Están formados por una cubierta proteica llamada 'cápside', y ácido nucleico (ADN o ARN); dependiendo del virus pueden haber algunas estructuras más. Los virus se dividen (su genoma se replica) en el interior de una célula viva, necesitan usar la maquinaria del hospedador para este proceso. Los elementos que sintetizan dentro de la célula se llaman viriones, y estos se encargan de llevar el genoma vírico a otra célula hospedadora, y comenzar este ciclo de nuevo. Los virus se encuentran en cualquier lugar donde haya vida (mares, océanos, aire, tierra...), pero para poder replicarse necesitan un hospedador.

¿Por qué los virus causan enfermedades?

Este proceso altera a la célula hospedadora y la destruye. El sistema inmune responde al virus y, en función de la fuerza de su respuesta, pueden aparecer diversos síntomas de enfermedad. En este artículo puedes más acerca del ataque de un virus (SARS-CoV-2) y la respuesta del sistema inmune.

¿Por qué los virus son resistentes a algunos medicamentos? Virus y antibióticos

Para evitar las infecciones y enfermedades provocadas por los virus se han creado antivirales. No obstante, los virus mutan con facilidad y esto puede provocar la resistencia a los fármacos, como ocurre también con las bacterias.

Si te has hecho alguna vez esta pregunta, a lo mejor es porque has usado antibióticos contra los virus. Esta práctica es totalmente desaconsejable, ya que los antibióticos solo se deben usar contra las bacterias; no tienen ningún efecto contra los virus. No obstante, una infección vírica puede favorecer la aparición de patógenos bacterianos. En ese caso, si se pueden usar antibióticos, pero se usan contra la infección bacteriana, no la vírica. El uso o no de éstos lo debe determinar un médico.

¿Cómo se transmiten los virus?

Los virus pueden transmitirse por contacto directo o por contacto indirecto. Esto puede variar en función del virus.

Cuando un virus se transmite por contacto directo el agente infeccioso pasa de la persona infectada a la persona no infectada por contacto físico directo. Este contacto directo implica tocar o besar, tener contacto sexual o contacto con secreciones o heridas de una persona infectada. Por ejemplo, el VIH y el ébola se transmiten por contacto directo.

Los virus que se transmiten por contacto indirecto se propagan cuando una persona infectada estornuda o tose, mandando las gotitas infectadas al aire. Esto ocurre en el caso del coronavirus COVID-19, entre otros. Las personas saludables inhalan estas gotitas infectadas o las gotitas aterrizan en los ojos, nariz o boca de las personas. De ahí que una de las medidas para prevenir la transmisión de infecciones sea toser o estornudar en la parte interna del brazo en vez de en la mano. Además, esas gotitas pueden aterrizar en superficies u objetos incluyendo mesas, pomos de las puertas o teléfonos. Si una persona no infectada toca esos objetos contaminados y luego pasa sus manos por los ojos, nariz o boca, el virus puede entrar al organismo e infectar.

¿Cómo evitar, prevenir y eliminar los virus?

Para evitar una infección vírica hay que prevenir. En caso de los virus que se transmiten por contacto directo se debe evitar tener dicho contacto, y si hay contacto, éste debe ser con las medidas higiénicas adecuadas. En el caso de los virus transmitidos por contacto indirecto se debe aumentar la higiene, tanto si el virus se trasmite por las vías respiratorias o por las heces. Lavado de manos frecuente, evitar llevarse las manos a la cara son algunas de las medidas. El uso de mascarilla también puede ayudar en caso de virus trasmitidos por las vía respiratoria. Otra gran medida de prevención es el uso de vacunas. No obstante, no hay vacunas para todas las infecciones víricas.

Si una persona está infectada por un virus del cual no hay vacunas hay que usar algún tratamiento. En el caso de los virus, se usan antivirales; al igual que los antibióticos, hay algunos de amplio espectro y otros de espectro más reducido. Algunos pueden interferir en la entrada a la célula, otros afectan a la replicación... hay diferentes vías de ataque. No obstante, hay veces en las que no hace falta un tratamiento de antivirales; si la infección es leve. Por ejemplo, en el caso del resfriado, o de la gripe, con reposo y antiinflamatorios se puede eliminar los virus y recuperar de la infección.

¿Por qué no se consideran seres vivos?

Los procesos vitales de los seres vivos son nutrición, relación y reproducción. Su proceso de "vida" es el que acabamos de contar. No se nutren, no se relacionan, no tienen metabolismo propio; para multiplicarse, necesitan la maquinaria del hospedador (Son parásitos intracelulares obligados). Además, las células vivas presentan ADN y ARN a la vez, mientras que los virus pueden tener ADN o ARN, pero no los dos a la vez. Por ello, los virus no son (no se les puede considerar) seres vivos. Al no ser considerados seres vivos, no pueden incluirse en ningún reino.

Historia de los virus

Antes del descubrimiento de los virus a finales del siglo XIX, ya se conocían los efectos de los virus. De hecho, hay escritos de la antigüedad que describen enfermedades de origen viral, como la poliomielitis o la viruela. Es más, en 1796, Edward Jenner creó las primeras vacunas contra la viruela, y Louis Pasteur desarrolló la vacuna frente al virus de la rabia en 1900, pero aún no sabían que el agente infeccioso que estaba tratando era un virus.

El descubrimiento de los virus se debe a Dimitri Ivanovski y Martinus Beijerinck; los que, en 1892, identificaron por primera vez un virus vegetal: TMV, el virus del mosaico del tabaco. Más adelante, en 1898, Friedrich Loeffler y Paul Frosch descubren los virus animales, específicamente un virus que causa la glosopeda o fiebre aftosa del ganado. Walter Reed descubre en 1901 el virus de la fiebre amarilla, el primer virus humano descrito. Frederick Twort descubre los bacteriófagos en 1915, pero es Félix d'Herelle el que desarrolla el trabajo de Twort y acaba acuñando el término bacteriófago.

En 1935, Wendell M. Stanley purifica y cristaliza el virus del mosaico del tabaco. Observa que está compuesto principalmente por proteínas, y que los cristales inanimados causan enfermedad en plantas sanas. En 1937, un grupo de investigadores volvió a analizar esos cristales y encontró que, además de proteínas, también había ácidos nucleicos, así que vieron que los virus están formados por proteínas y ácido nucleico.

Dimitri Ivanovski (izquierda) y Martinus Beijerinck (derecha)
Dimitri Ivanovski (izquierda) y Martinus Beijerinck (derecha)

Para una visión más amplia de la historia de los virus, consulta la historia de la microbiología: Finales del siglo XIX – actualidad > Surgimiento o escisión de algunas especialidades > Virología

La virología

La virología es una rama de la microbiología, y los virus son el principal elemento de estudio en esta rama. No obstante, hay más elementos. Todos tienen en común que son entidades microscópicas sin organización celular. Así, los seres estudiados por la virología son:

  • Virus.
  • Viroides. Ácidos nucleicos con capacidad infectiva, y sin ninguna estructura proteica. Son patógenos de plantas.
  • Virusoides (ARN satélite). Son moléculas de ARN que dependen de otros virus para replicarse. Se encuentran encapsulados en cápsides virales. Un virus asistente hospeda al virusoide y le ayuda producir la infección. No se les considera virus, sino partículas subvirales.
  • Priones. Proteínas infectivas sin ácidos nucleicos. Provocan encefalopatías espongiformes transmisibles (TSE).

Propiedades de los virus

Morfología

  • Virus icosaédricos desnudos. Sin envoltura, formado por 20 caras triangulares y 12 aristas.
  • Virus icosaédricos envueltos. Con envoltura, formado por 20 caras triangulares y 12 aristas.
  • Virus helicoidales desnudos. Sin envoltura, con cápsides cilíndricas con simetría helicoidal.
  • Virus helicoidales envueltos. Con envoltura, con cápsides cilíndricas con simetría helicoidal.
  • Virus complejos.
  • Bateriófagos. Muchos tienen morfología mixta; helicoidal e icosaédrica.

Tamaño y composición

Tamaño

Los virus son muy heterogéneos, y su tamaño oscila entre los 20-500 nm de diámetro. Los más pequeños tienen un tamaño cercano a los de los ribosomas, mientras que los más grandes se pueden llegar a ver en el microscopio óptico.

Cómo hemos visto antes, están formados por una cubierta proteica llamada cápside y un ácido nucleico (ADN o ARN); aunque dependiendo del virus pueden haber algunas estructuras más. Por ejemplo, el coronavirus cuenta una especie de picos exteriores que le dan aspecto de corona, y los bacteriófagos cuentan con una cola que en su parte final tiene espículas que ayudan al proceso de acoplamiento al receptor celular.

Además, los virus pueden poseer una envoltura membranosa que procede de las células infectadas de un ciclo anterior. No es algo que adquieran todos los virus, así que hay virus con envoltura y sin envoltura. A los virus sin envoltura se les llama virus desnudos.

Composición. Ácidos nucleicos virales (ADN, ARN)

Los virus pueden clasificarse en función de su material genético. De hecho, así lo hace el Sistema Baltimore. Los virus pueden ser ADN o ARN de una cadena (monocatenario) o dos cadenas (bicatenario). A diferencia de los seres vivos, solo aparece ADN o ARN, pero no los dos a la vez. El material genético oscila entre el 5-50% del peso del virus. El tamaño puede variar entre 3-250 kb.

Virus con genoma de ADN. Puede ser circular o lineal, aunque suele ser lineal. Es típico encontrar terminaciones repetitivas en los extremos, ya que es común que se usen como sitios de inicio de replicación del genoma viral. También hay virus que presentan bases nitrogenadas modificadas, siendo habitual la modificación de la citosina. Esto evita que los sistemas de restricción del hospedador lo reconozcan y lo degraden. Para la replicación usan ADN polimerasas dependientes de ADN.

Estas son las abreviaciones que puedes encontrar sobre estos virus:

  • ssDNA. Virus ADN monocatenario (una cadena).
  • dsDNA. Virus ADN bicatenario (dos cadenas).

Virus con genoma de ARN. Siempre son lineales. El genoma puede tener tres conformaciones: completo (el ARN es una única molécula dentro la cápside), segmentados (el ARN se encuentra en varios fragmentos diferentes entre si, dentro de la misma cápside) y multiparticulados (genoma segmentado, con cada fragmento dentro de una propia cápside). Éstos últimos son virus vegetales. Para poder infectar la célula del hospedador, necesitan que que todos los fragmentos estén en dicha célula.

También hay que tener en cuenta la polaridad del ARNm. Si la cadena del mensajero es positiva, esto significa que la cadena del huésped es igual a la cadena del ARNm vírico, por lo que ésta puede traducirse directamente. SI la cadena del mensajero es negativa, esto significa que la cadena es complementaria a la secuencia del ARNm, así que debe ser convertido en ARN de sentido positivo. Para ello hace falta la acción previa de una ARN polimerasa.

Estas son las abreviaciones que puedes encontrar sobre estos virus:

  • (+) ssRNA. Virus ARN monocatenario positivo (una cadena).
  • (-) ssRNA. Virus ARN monocatenario negativo (una cadena).
  • dsRNA. Virus ARN bicatenario (dos cadenas).

Aparte de éstos, hay virus ARN que poseen una enzima llamada 'transcriptasa inversa' que, a partir del genoma ARN viral produce una cadena de ADN que se integra en el genoma del huésped. El ADN ya integrado en el huésped se transcribirá a ARNm, y éste más tarde se generará proteínas reguladoras y estructurales mediante el proceso de traducción.

Además, también aparecen los virus ADN bicatenario retrotranscrito. Estos virus tienen ADN de doble cadena que se replica en la célula huésped mediante transcripción inversa (también usan la transcriptasa inversa), es decir, mediante la formación de ARN intermedio a partir del molde de ADN. Este ARN es necesario para la replicación del virus.

La abreviación que podrás encontrar sobre estos virus es:

  • ssRNA-RT. Virus ARN monocatenario retrotranscrito.
  • dsDNA-RT. Virus ADN bicatenario retrotranscrito.

Composición. Cápside viral

Todo el material genético se encuentra protegido del ambiente extracelular mediante cubiertas o estructuras protectoras (cápside en virus). Hay una excepción, los viroides.

La cápside está formada por unidades morfológicas llamadas capsómeros. El número de capsómeros puede variar en cada virus. Estos capsómeros están formados por grupos proteicos llamados protómeros . A la hora de formar las cápsides virales los protómeros se van autoensamblando sin necesidad de energía, ya que la interacción entre los protómeros es energéticamente más estable que los protómeros libres. Así, la estructura se regulariza y es muy eficiente.

El alto grado de compactación de la cápside viral (definido por las interacciones no covalentes entre los protómeros) explica la elevada resistencia de los virus frente a la diferentes agentes extremos. Las proteínas pueden estar más o menos plegadas entre sí, no dejando nunca de ser una estructura protectora. La cápside presenta varias morfologías:

Simetría helicoidal. La estructura protectora más simple que puede construirse a partir de un elevado número de subunidades idénticas es un cilindro formado a partir del apilamiento de una serie de anillos. Solamente posee un eje de rotación: el eje longitudinal del cilindro. Esta simetría está formada por uno o dos tipos de protómeros. Los protómeros no se encuentran totalmente alineados entre sí, lo que permite que se establezcan interacciones entre los protómeros de diferentes planos. El ARN se encuentra dispuesto también de manera helicoidal protegido por los protómeros, así que quedaría como un muelle cerrado. En los virus helicoidales con envoltura o desnudos muy largos es habitual que la cápside se encuentre menos compactada, lo que le permite 'doblarse', como en el caso del virus del sarampión (Paramyxoviridae).

Simetría icosaédrica. Un icosaedro es un poliedro regular que posee 20 caras triangulares y 12 aristas. En teoría es el modo más eficiente de empaquetar una cápside con uniones energéticamente equivalentes. Es la estructura con menor energía libre. Sin embargo, la realidad es más compleja, porque todos los virus icosaédricos regulares poseen cápsides con más de 20 protómeros. El número de mínimo de protómeros en una cápside con simetría icosaédrica regular es 60. En general, los virus icosaédricos acomodan 60 x N subunidades en sus cápsides (N=número de triangulación). Solamente están 'permitidos' ciertos números de N (1,3,4,7,9,12,… ) Sin embargo, más de 60 subunidades no pueden agruparse de manera equivalente para formar un icosaedro: lo hacen de manera quasiequivalente. A mayor número de triangulación menor estabilidad de la cápside. Los virus icosaédricos regulares con mayor número de protómeros tienden a la esfera. Algunos virus presentan espículas en los vértices de icosaedro. Son proteínas de cápside cuya función es el reconocimiento del receptor celular.

Morfología compleja. No se rige por ningún parámetro, así que la morfología puede ser totalmente variable. Por ejemplo, algunos bacteriófagos tienen una simetría llamada binaria (cabeza y cola), en la que la cabeza es icosaédrica y la cola helicoidal.

Composición. Envoltura

Es un componente estructural característico de algunos grupos de virus formado en su mayoría por lípidos, aunque también aparecen glucoproteínas. Procede de la membrana de la célula que ha sido infectada anteriormente por el virus. Si eliminamos los lípidos, conseguimos quitar la envoltura e inactivar al virus; de ahí que sea tan importante lavarse las manos con agua y jabón para prevenir infecciones víricas.

Esta envuelta ayuda a entrar al virus en el huésped, mediante las glucoproteínas que reconocen receptores de la célula.

Su presencia es común en varias familias de virus animales, aunque no aparece tanto en virus de plantas o de bacterias. Esto se debe a que la entrada a las células vegetales se realiza de forma traumática (por heridas y lesiones en la planta), y a que las células bacterianas tienen una capa de peptidoglicano que le confiere una elevada resistencia a la infección por virus.

La naturaleza de esta envuelta es variable, pero siempre procede del sistema de membranas del hospedador: frecuentemente procede de la membrana plasmástica, pero también puede venir de la membrana nuclear, del aparato de Golgi, o del retículo endoplasmático.

Ciclo de replicación de los virus

Los virus son parásitos intracelulares obligados. Pueden portar algunas enzimas, como retrotranscriptasas, ARN polimerasas o ADN polimerasas, así que no son absolutamente dependientes de la célula, pero tanto el proceso de traducción, como la energía obtenida, siempre provendrá de la célula hospedadora. En función del tipo de hospedador, se clasifican en:

Las etapas de infección dependen de muchos factores: estructural viral, genoma, presencia o no de envoltura, hospedador y cápside. Aparecen diferencias en la replicación, maduración y liberación, pero se estable un patrón general:

Fijación (adsorción)

Es el proceso en el que el virus se fija (valga la redundancia) a la superficie del hospedador. Si el receptor está alterado o no está presente en la superficie celular, el hospedador se hace resistente. No obstante, los virus pueden mutar, y los virus mutados podrían unirse a los receptores alterados. Hay virus con capacidad de usar varios receptores en caso de que alguno este alterado.

Los bacteriófagos usan como receptores a componentes de las células: pili, flagelos, región O en GRAM (-), residuos de lipoproteínas o proteínas transportadoras.

En virus animales usan receptores de hormonas o de citocinas. Los receptores pueden ser proteicos, glucoproteínas, o azúcares, que están situados en glucoproteínas o glucolípidos.

En virus vegetales no se conocen bien los receptores pero lo que se sabe es que es necesario el daño o la destrucción de la membrana.

Penetración (entrada y decapsidación)

Al interior de la célula (citoplasma) solo entrará el material genético, así que se debe perder la cápside (y la envoltura en caso de poseerla) en un proceso llamado decapsidación.

En función de su formas, los bacteriófagos hacen este proceso de forma diferente:

  • El fago T4 (dsDNA, simetría compleja) inyecta el ADN por contracción de las fibras; el material genético pasa por un orificio en el extremo de la cola, quedándose fuera la mayor parte de la cápside.
  • Los fagos icosaédricos tienen un cambio conformacional en la cápside, que pasa a tener una estructura tubular e inocula así el ADN.
  • En los fagos filamentosos (ssDNA, simetria helicoidal) la entrada de ADN se produce por los pili sexuales de la bacteria.

Los virus animales tienen diversos métodos también:

  • Virus desnudos. Introducen toda la nucleocápside (por penetración directa –receptores– o por endocitosis englobada por una vesícula, disminuye el pH y se cambia la conformación de la cápside que libera al ácido nucleico).
  • Virus envueltos. Dos formas:
    • Fusión directa: funde su cubierta con la membrana de la célula hospedadora porque la membrana del virus procede de otra célula infectada. La nucleocápside se libera dejando el ácido nucleico suelto.
    • Endocitosis y fusión con lisosomas: entra por endocitosis. Una vesícula recubierta por clatrina, se elimina ésta y se fusiona con el lisosoma. El virus se libera de esa vesícula y el ácido nucleico queda libre.

Los virus vegetales no parecen tener un método específico; pueden entrar mediante daño en la membrana (acción mecánica de daño) o por vectores (bacterias, hongos, nemátodos o insectos). Pueden contaminar semillas por su parte interna o externa mediante los viriones. Dentro de la planta, la transmisión puede ser por los plasmodesmos (corta distancia) o por el xilema o el floema (larga distancia).

Replicación y transcripción

Se forma más material genético. El hospedador no cede toda la maquinaria necesaria para la replicación vírica, así que primero debe sintetizar enzimas que ayuden a tomar todo el control de la célula hospedadora (el propio virus cuenta con los genes necesarios para sintetizar dichas enzimas). Así, el primer paso es la formación del RNAm (ARN mensajero) vírico. Este material genético contiene la información para formar las proteínas tempranas necesarias para que el proceso siga adelante. Los virus tiene un tipo de replicación diferente en función de su grupo (usando el Sistema de Baltimore como clasificación; accede a la clasificación de los virus para ver más).

Síntesis de componentes estructurales y maduración

Los RNAm tempranos forman proteínas tempranas, enzimas sintetizadas antes de la replicación, en cantidades bajas. Éstas son necesarias para tomar el control de la célula hospedadora, regular la replicación y fabricar ciertas proteínas reguladoras como replicasas.

Los RNAm tardíos forman proteínas tardías, formadas después de la replicación, en mayor concentración. Suelen ser proteínas estructurales; proteínas de la cápside, de ensamblaje y de salida de la célula.

La maduración consiste en el proceso de ensamblaje de la cápside con el material genético, formando así viriones completos. Además, se produce el empaquetamiento del material genético por la acción de enzimas.

Liberación

Es el paso del virus formado a la zona extracelular. La liberación se produce con o sin lisis celular (rotura de la membrana celular). Aunque no haya lisis celular, la célula hospedadora muere al poco tiempo, ya que la maquinaria de replicación se ha dañado y los orgánulos se han alterado.

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