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La cintica de replicacin viral vara dependiendo del tipo de
acido nucleico que posea el virin, esto permite inferir los
mecanismos de interaccin virus clula de un virus desconocido a
partir de hallazgos presentes en virus con caractersticas genticas
similares. La replicacin viral requiere de una interaccin entre los
distintos compartimentos celulares y las macromolculas virales. Las
protenas virales son sintetizadas en los ribosomas libres en el
citosol o asociados al retculo endoplasmico rugoso (RER) y son
transportadas por sistemas de vesculas hacia los distintos
componentes del aparato de Golgi.
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ESTRUCTURA DE LA MEMBRANA CITOPLASMATICA y
Peplomeros de virus
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1. AdsorcinIntervienen varios factores. Hay una atraccin por
fuerzas inicas. A pH 7 los virus y las clulas tiene cargas
negativas de modo que es necesario la presencia de iones positivos,
cumpliendo muy eficazmente este requerimiento los iones de
Magnesio. De un lado el virus aporta las protenas de unin (viral
atachment units) y por otro lado las clulas aportan los receptores
de membrana
2. PenetracinLa penetracin de los virus una vez adsorbidos,
puede realizarse de varias maneras :a. Por viropexisEs un proceso
de fagocitosis, por el cual se produce una invaginacin de la
membrana plasmtica, de modo que el virus queda englobado en una
vescula dentro del citoplasma celular. Es el mecanismo ms comn de
penetracin de los virus.
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b. Por penetracinEn algunos, la penetracin acontece por un
simple cruce de la membrana plasmtica, as la partcula viral queda
directamente incluida en el Citoplasma.
c. Por fusinOtro tipo de penetracin se da por fusin de la
envoltura viral con la membrana plasmtica. Tambin en este caso el
virus es directamente incorporado al citoplasma.enzimas
proteolticas eliminan la cpside y promueven la transcripcin del
genoma.Los fenmenos descritos (adsorcin, penetracin y denudacin)
culminan con la desintegracin de las partculas, pero no siempre el
proceso progresa hasta la replicacin viral, esta etapa llamada
eclipse. FASES DE LA REPLICACION VIRAL
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Denudamiento: este trmino se asigna al proceso de remocin de la
cpside o envolturas virales que permite la liberacin del cido
nucleico, este hecho permite que la informacin gentica viral
interacte con la maquinaria biosinttica de la clula husped.Este
proceso implica la prdida de la estabilidad estructural de la
cpside viral o la fusin de membranas viral y celular. Las seales
que permiten este proceso estn causadas por la unin del virin al
receptor o la exposicin de la partcula viral a un ambiente de pH
bajo como el que se encuentra a nivel de los endosomas. REPLICACION
VIRAL
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5.- Replicacin bioqumica o transcripcinLa replicacin es un
fenmeno muy heterogneo por cuanto existe mucha variedad en los
cidos nucleicos de origen viral; se recordar que hay ADN y ARN muy
diferentes, de una o dos hebras, segmentados o no, etc. En todos
los casos, el acido nucleico viral es el elemento capaz de gobernar
su Autorreplicacin y de trasmitir la informacin estructural y
funcional a la progenie resultante de una infeccin. No obstante, la
diversidad sealada, intervienen en la replicacin elementos comunes
que vale la pena destacar, tales como la formacin de un ARN
mensajero capaz de traducir en el ribosoma celular las protenas
codificadas por el acido nucleico viral. Adems, sea cual sea el
cido nucleico, siempre se diferencian dos conjuntos de genes, los
precoces y los tardos. Los primeros seran los encargados de
codificar protenas necesarias para la copia de la molcula de cido
nucleico, y los tardos encargados de codificar protenas
estructurales y protenas para el ensamblaje. FASES DE LA
REPLICACION VIRAL
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Transcripcin o replicacin bioqumica: se define transcripcin como
el proceso por el cual se transfiere la informacin gentica de una
secuencia de nucletidos de una molcula de cido nucleico a otra.
Este paso requiere la formacin de un ARNm a partir de una molcula
de ADN o la formacin de una cadena de ARN complementario en caso de
virus con genoma en forma de ARN monocatenario de polaridad
negativa.En los virus que poseen ARN de polaridad positiva (+) es
decir que el acido nucleico se comporta como un ARNm (Togaviridae,
Picornaviridae), por lo tanto puede ser usado directamente para la
sntesis de protenas, sin requerir la sntesis de cidos nucleicos
complementarios. En los virus con ARN de polaridad negativa (-)
como los virus de las familias Rhabdoviridae, Paramyxoviridae y
Ortomyxoviridae, el material gentico posee la secuencia de
nucletidos necesaria para la sntesis del ARN complementario el cual
funciona como mensajero. Este ARN (-) requiere de una ARN
polimerasa ARN dependiente (transcriptasa) que es codificada por el
virus.
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La replicacin puede producirse en el ncleo o en el citoplasma de
la clula, y eso depender del tipo de cido nucleico que constituye
el acido nucleico viral. Los virus que contienen ARN se replican en
el citoplasma, mientras que aquellos que tienen ADN se replican en
el ncleo, excepto en el caso del grupo del virus de la viruela, que
a pesar de tener ADN su replicacin se realiza en el citoplasma.En
el caso de ARN con polaridad negativa, por el contrario, la molcula
no tiene funcin mensajera, de modo que sintetiza una molcula
complementaria de la original para poder esta copia entrar en el
ribosoma con funcin mensajera.
FASES DE LA REPLICACION VIRAL
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Ensamblaje y maduracin: durante esta fase hay organizacin de las
macromolculas virales (protenas y cidos nucleicos) tendientes a la
formacin de viriones maduros. En el caso de partculas virales con
envoltura, la nucleocpside se organiza y ensambla por debajo de la
unidad de membrana celular, donde se han localizado la
glicoproteinas virales. En el caso de virus desnudos la cpside se
ensambla alrededor del acido nucleico viral. Durante esta fase hay
una gran expresin de antgenos virales sobre la superficie de la
membrana celular. En la maduracin se completa
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Liberacin: Durante esta fase ocurre la salida de los viriones
infectantes. Hay dos procesos que pueden tener lugar, de un lado la
citlisis y de otra parte los virus pueden ser liberados por un
proceso de gemacin; este ltimo es un proceso de endocitosis inversa
que si no produce dao a la membrana celular puede conllevar a
infecciones latentes.Algunos viriones como el HIV pueden escapar al
sistema de vigilancia inmunolgica ya que no se liberan al medio
circundante sino que ms bien difunden a las clulas adyacentes no
infectadas, donde inician un nuevo ciclo de replicacin.
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Interaccin entre virus y clulas hospederas
La interaccin entre los virus y sus clulas hospederas est
ntimamente ligada al ciclo de replicacin viral. Ms an: la
interaccin del virus con los componentes y las estructuras
celulares durante el proceso de replicacin influye en cmo el virus
causa la enfermedad. En total hay cuatro posibles efectos primarios
de la infeccin viral a una clula hospedera. La mayora de las
infecciones no causan patologa celular o alteracin morfolgica
aparente, sin embargo la replicacin puede causar
citopatologa(redondeamiento celular, desprendimiento, formacin de
sinsicios, etc.), transformacin maligna o lisis celular
(muerte).
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La muerte celular durante la replicacin viral puede ser causada
por diversos factores.El factor ms probable es la inhibicin de la
sntesis celular basal de biomolculas tales como protenas. Durante
el ciclo de replicacin, el virus induce a la maquinaria celular a
fabricar principalmente productos virales, ms que aquellos que la
clula fabricara normalmente. Como resultado de esto, la clula
sintetiza predominantemente productos virales, y los productos
celulares necesarios para la supervivencia de la clula no estn
presentes, o lo estn pero en cantidades demasiado bajas como para
mantener su viablilidad. acumulacin excesiva de productos virales
(ARN, ADN, protenas), que pueden ser txicos para las clulas.En la
fase de liberacin del ciclo de replicacin de algunos virus se
estimula la apoptosis de la clula hospederaEn otras instancias la
inhibicin de la sntesis de macromolculas celulares causa daos a las
membranas de los lisosomas, y por consecuencia la liberacin de
enzimas hidrolticas, provocando la muerte celular.
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Los efectos citopticos (CPE por sus siglas en ingls) son todos
aquellos cambios morfolgicos en las clulas provocados por la
infeccin viral. Las clulas infectadas algunas veces tienen alterada
su membrana celular. Como resultado de esto, la membrana de la
clula infectada es capaz de fusionarse con su clula vecina. La
membrana celular alterada tambin est alterada en lo que se refiere
a su permeabilidad, permitiendo la entrada de varios iones,
toxinas, antibiticos.Otro aspecto del efecto citoptico es la
alteracin del citoesqueleto, que da lugar al aspecto "redondeado"
de las clulas infectadas. .
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La transformacin maligna y la neoplasia resultante puede ocurrir
cuando el genoma viral (o una porcin de ste) se incorpora en el
genoma del hospedero, o cuando los productos virales son, por s
mismos, oncognicos.La infeccin de clulas por algunos virus (por
ejemplo virus de viruela y rabia) se caracteriza por la formacin de
cuerpos de inclusin en el citoplasmaEn algunos casos, la infeccin
con produccin viral puede ocurrir sin que puedan detectarse cambios
en la clula hospedera
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La patognesis se define como la generacin y desarrollo de una
enfermedad. Las infecciones virales pueden ser agudas, crnicas,
latentes o persistentes. El primer paso en el proceso de una
enfermedad es la exposicin.Exposicin y transmisinLa exposicin pude
ocurrir por contacto directo con un animal infectado, por contacto
indirecto con secreciones / excreciones de un animal infectado, o
por vectores mecnicos o biolgicos. La transmisin del virus desde la
madre a la descendencia (transplacentaria, perinatal o por el
calostro) se conoce como transmisin vertical. La transmisin va
cualquier otro mecanismo que no sea de la madre a la descendencia
es transmisin horizontal
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Va de entradaLos virus penetran al hospedero a travs del tracto
respiratorio (aerosoles), el tracto digestivo (contaminacin
oral-fecal), el tracto genitourinario (reproduccin, inseminacin
artificial), la conjuntiva (aerosoles), y a travs de aberturas en
la piel (abrasiones, agujas, picaduras de insectos, etc.).
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Siguiendo la infeccin, el virus se replica en el sitio o cerca
del sitio de entrada (replicacin primaria). Algunos virus
permanecen confinados a este sitio inicial de replicacin,
produciendo infecciones localizadas. Un ejemplo de esto es el
resfriado comn por rhinovirus.Otros virus causan infecciones
diseminadas (sistmicas) por su difusin a rganos adicionales va
torrente sanguneo, linftico o quiescente a travs de los nervios. La
propagacin inicial del virus a otros rganos por el torrente
sanguneo se conoce como viremia primaria. La viremia puede darse ya
sea por presencia de virus libres en el plasma o por virus
asociados con clulas sanguneas. Despus de la multiplicacin viral en
esos rganos puede darse una viremia secundaria con propagacin a
(otros) rganos blanco.
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La replicacin viral ocurre en los rganos blanco causando dao
celular. El nmero de clulas infectadas y/o la extensin del dao
pueden tener como consecuencia la disfuncin del rgano o tejido y la
manifestacin clnica de la enfermedad. El intervalo entre la
infeccin inicial y la aparicin de signos clnicos es el periodo de
incubacin.Los periodos de incubacin son cortos en enfermedades en
las que el virus crece rpidamente en el sitio de entrada (por
ejemplo influenza) y son ms largos si las infecciones son
generalizadas (por ejemplo moquillo canino). Algunos virus infectan
animales pero no producen manifestacin de signos de la enfermedad.
Estas infecciones se conocen como subclnicas (asintomticas o
inaparentes).
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La eliminacin viral es el mecanismo de excrecin de la progenie
viral para su diseminacin hacia una nueva poblacin de hospederos.
Los virus tpicamente son eliminados va aperturas en el cuerpo o
superficies. En infecciones localizadas, el virus es tpicamente
excretado va el portal de entrada. En infecciones diseminadas el
virus puede ser excretado por diferentes rutas.No todos los virus
son excretados de sus hospederos. Estos incluyen virus que se
replican en sitios como el sistema nervioso, como en la encefalitis
viral, y hospederos finales (ltimo hospedero del virus).
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En un esfuerzo por detener la infeccin, el hospedero inicia una
respuesta inflamatoria.Los componentes principales de esta
respuesta incluyen interfern, linfocitos T citotxicos, linfocitos B
productores de anticuerpos, diversas molculas efectoras y
complemento.Estos componentes trabajan en conjunto y se potencian
unos a otros en un intento de liberar al hospedero de la infeccin
viral. En este esfuerzo por liberarse del virus infectante, la
respuesta inflamatoria causa muchos de los signos clnicos y
lesiones asociados con las infecciones virales.
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Algunos virus tienen la habilidad para abrogar la respuesta
inflamatoria y causar infecciones persistentes. Esto lo realizan de
diferentes maneras, incluyendo la destruccin de linfocitos T,
causando inmunosupresin, evadiendo el reconocimiento inmunolgico,
alterando la expresin antignica, y por inhibicin de la produccin de
interfern.Clnicamente hay tres tipos importantes de infecciones
persistentes:Infecciones con portadores crnicosstos son organismos
que continuamente producen y excretan grandes cantidades de virus,
por largos periodos de tiempo. Como resultado de esto, ellos estn
transmitiendo continuamente el virus a otros organismos. Algunos
portadores crnicos son asintomticos o exhiben la enfermedad con
signos muy leves. Ejemplos de esto son las infecciones por virus de
la artritis equina, virus de la panleucopenia felina y virus del
polioma aviar.
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Infecciones latentesUn tipo especial de infeccin persistente es
aquella en la que el virus permanece en el hospedero en un estado
"no-productivo". Los herpesvirus son notorios causando infecciones
latentes. El genoma viral se mantiene en las neuronas en forma de
crculo cerrado, y se reactiva peridicamente (frecuentemente durante
condiciones de estrs) resultando en infeccin productiva y excrecin
viral. Tambin ocurren infecciones latentes con retrovirus, en los
que el ADN proviral se incorpora en el genoma de la clula
hospedera. Puede resultar transformacin celular y malignidad si el
transcrito integrado altera la organizacin normal de los procesos
de control celular.
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Infecciones virales lentasSe refiere a aquellas infecciones
virales en las que hay un largo periodo entre la infeccin inicial y
el inicio de la enfermedad. En estos casos el crecimiento viral no
es lento, sino que la incubacin y progresin de la enfermedad es
extensa. Un ejemplo es la enfermedad subaguda de la panencefalitis
esclerotica, que se desarrolla varios aos despus de la infeccin con
el paramyxovirus de las paperas. La "encefalitis del perro viejo"
debida al recrudecimiento del moquillo parece ser una condicin
anloga.
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Los virus crecen rpidamente, usualmente hay un gran nmero de
viriones progenie por clula. Hay, por tanto, ms probabilidad de que
ocurran mutaciones en un corto periodo de tiempo. La naturaleza del
genoma viral (ARN o AND, segmentado o no segmentado) juega un papel
importante en la gentica de los virus. Los virus pueden cambiar
genticamente a causa de mutaciones o mediante recombinacin
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MutantesA) OrigenMutaciones EspontneasEstas surgen naturalmente
durante la replicacin viral: i.e. a causa de errores por la
polimerasa de replicacin del genoma o a causa de la incorporacin de
formas tautomricas de las bases. Los virus de ADN tienden a ser ms
estables genticamente que los virus de ARN. Existen mecanismos de
correccin de error en la clula husped para la reparacin del ADN,
pero no para la del ARN.Algunos virus de ARN son notablemente
invariables en naturaleza. Es probable que estos virus tengan la
misma tasa de mutacin que otros virus de ARN, pero que estn tan
adaptados a una transmisin y replicacin de alta precisin, que
cambios mnimos resultaran en su fracaso a la hora de competir
exitosamente con los virus progenitores (en su forma original,
silvestres). .
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Mutaciones inducidas por medios fsicos o qumicosQumicos:agentes
que acta directamente sobre las bases, i.e.: cido nitroso, agentes
que actan indirectamente, i.e.: anlogos de bases que yerran en el
apareamiento ms frecuentemente que las bases normales, generando as
mutaciones.Fsicos: Agentes como la luz ultravioleta o los rayos XB)
Tipos de mutaciones:Las mutaciones pueden ser puntuales (una base
es reemplazada por otra) o mutaciones de insercin/supresin.
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C) Ejemplos de los tipos de cambios fenotpicos observados en los
virus mutantes:(fenotipo = las caractersticas observadas de un
organismo)
Mutantes letales condicionales: Estos mutantes se multiplican
bajo ciertas condiciones pero no en otras (mientras que los virus
tipo silvestres (en su forma original) crecen bajo cualquier tipo
de condicin)i.e. Mutantes termo sensibles (ts) Estos crecen a bajas
temperaturas i.e. 31 grados C pero no crecen a i.e. 39 grados C,
los de tipo silvestres crecen tanto a 31 como a 39 grados C. Parece
que la razn de esto es que la protena alterada no puede mantener
una conformacin funcional a elevadas temperaturas. i.e. La gama de
las clulas husped Estos mutantes slo crecen en un subgrupo
particular de clulas dichos mutantes proveen un medio para
investigar el papel de las clulas husped en la infeccin viral
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Resistencia a frmacos: Esto es importante en el desarrollo de
agentes antivirales la posibilidad de surgimiento de variantes
mutantes siempre debe de ser consideradaMutantes
enzima-deficientes:Algunas enzimas virales no son siempre
esenciales y por tanto se pueden aislar variantes mutantes viables
que tienen deficiencias de enzimas; i.e. la enzima timidina kinasa
del virus herpes simples generalmente no se necesita cuando se est
cultivando en tejido pero es importante para la infeccin de clulas
neuronales. Mutantes "Calientes":Estos crecen mejor a altas
temperaturas que los virus de tipo silvestre. Pueden ser ms
virulentos puesto que an cuando sean pirognicos, la fiebre del
husped no tendr gran efecto sobre los mismos, pero s retardaran la
replicacin de los viriones silvestres.
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Mutantes atenuados:Muchos virus mutantes causan sntomas menos
severos (o ningn sntoma del todo) en comparacin con el virus
progenitor se dice que stos mutantes estn atenuados. Estos tienen
un rol potencial en el desarrollo de vacunas y tambin son
herramientas tiles para la determinacin de la manera en que el
virus progenitor es perjudicial.
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RecombinacionIntercambio de material gentico entre dos
genomas.Recombinacin "clsica" Esto implica la ruptura de enlaces
covalentes dentro del cido nucleico, intercambio de informacin
gentica, y la reformacin de los enlaces covalentes. Este tipo de
recombinacin de ruptura/reparacin es comn en los virus de ADN o en
aquellos virus de ARN que tienen una fase de ADN (retrovirus). La
clula husped tiene sistemas de recombinacin para el ADN.La
recombinacin de este tipo es muy rara en los virus de ARN
(probablemente no existan enzimas en el husped para la recombinacin
del ARN). Los picornavirus muestran una forma de recombinacin de
muy baja eficiencia. El mecanismo no es idntico al mecanismo
estndar para el ADN, y es probablemente un mecanismo de tipo "copy
choice" (copia-opcin) en la que la polimerasa intercambia de
plantilla mientras copia el ARN.
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Re-arreglo o ReordenamientoSi un virus tiene un genoma
segmentado y si dos variantes de ese virus infectan una misma
clula, los viriones progenie pueden resultar con algunos segmentos
de un progenitor, y con otros segmentos del otro progenitor. Este
es un proceso eficiente pero limitado a los virus con genomas
segmentados hasta ahora el nico virus humano caracterizado por
genomas segmentados son los virus de ARN i.e. ortomixovirus,
reovirus, arenavirus, bunyavirus. El re-arreglo o reordenamiento
puede jugar un papel importante en la naturaleza al generar nuevos
reordenamientos y tambin es til en experimentos de laboratorio.