¿Cómo definimos a un virus?

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1 ¿Cómo definimos a un virus?
Son elementos genéticos que se pueden replicar independientemente de los cromosomas de una célula pero no de la célula en sí y se caracterizan por poseer un estado extracelular. Carecen del potencial bioquímico y genético para generar su propia energía. En su fase extracelular llamado también virión es metabólicamente inerte y es la estructura mediante la cual el genoma vírico se trasporta de la célula en la que ha sido producido a otra célula donde el ácido nucleico vírico puede ser introducido Una vez en el interior de la nueva célula se inicia la fase intracelular donde ocurre la replicación vírica , se produce el genoma vírico y se sintetizan los componentes que constituyen la cubierta del virus Cuando un genoma vírico se introduce y se reproduce en una célula hospedadora el proceso se denomina infección Una célula que puede ser infectada por un virus y en la que dicho virus se puede replicar se llama hospedador

2 NATURALEZA DEL VIRION Los virus contienen DNA o RNA bi o monocatenario, hay un tercer grupo que usan tanto el DNA como RNA como material genético en diferentes fases de su ciclo reproductivo es el caso de los retrovirus que son RNA y usan DNA como intermediario o el virus hepatitis B que es DNA y usa RNA como intermediario Pese a su diversidad cumplen el dogma central de la biología: toda la información genética va de ácido nucleico a proteína usando el sistema de traducción del hospedador Los genomas víricos son más pequeños que los bacterianos (1 a 9 millones de pares de bases), el virus de la viruela uno de los más grandes consta de pares de bases Se pueden clasificar según su hospedador en: Virus animales: los dos grupos más estudiados son los que infectan insectos y animales de sangre caliente Bacterianos (bacteriófagos):se han estudiado como sistemas modelo para la investigación en biología molecular y para la genética de la reproducción vírica Vegetales: son importantes para la agricultura pero menos estudiados que los animales

3 NATURALEZA DEL VIRION

4 VIRUS DNA Y RNA

5 NATURALEZA DEL VIRION El tamaño y la forma es variable oscilan entre 0.02 a 0.3 µm y la unidad de medida usual es el nanómetro (el virus de la viruela mide 250 nm y el poliovirus 28 nm o el virus Norwalk 27 nm)

6 Clasificación de virus RNA

7 VIRUS DNA

8 Fundamentos sobre la estructura viral
CAPSIDE O CUBIERTA constituye la cubierta proteica que recubre y protege al ácido nucleico, constituida por sub-unidades estructurales que se asocian entre sí siguiendo modelos específicos. La mayoría de los virus tienen varias clases de subunidades químicamente diferentes que se asocian siguiendo modelos específicos CAPSOMEROS son las unidades morfológicas que representan a las sub-unidades estructurales y se aprecian con microscopía electrónica La información para la agregación adecuada en capsómeros se encuentra en la estructura misma de las proteínas y el proceso global de ensamblaje es por autoensamblaje Este proceso está favorecido por chaperones moleculares o proteínas que cooperan al plegamiento y no forman parte de la estructura final El complejo formado por el ácido nucleico y la proteína empaquetada se llama NUCLEOCAPSIDE La nucleocápside puede estar cubierta por una ENVOLTURA O MEMBRANA VIRICA

9 Fundamentos sobre la estructura viral
La envoltura es una bicapa de tipo lipoproteica que contiene glicoproteínas propias del virus mientras que la parte lipídica proviene de la célula huésped La función de la membrana es interaccionar con la célula huésped en primer término lo que determinará la especificidad de la infección vírica y algunos aspectos de la penetración del virus Dentro del virión se encuentran una o más enzimas específicas del virus que juegan un rol en los procesos de infección y replicación Tal es el caso de los retrovirus que poseen una DNA polimerasa dependiente de RNA llamada transcriptasa reversa que transcribe la información del RNA en DNA intermediario o las lisozimas que se producen en la última etapa de la infección produciendo la lisis de la célula hospedadora y la liberación de los viriones Proteínas (enzimas) tempranas: formadas luego de la infección necesarias para la replicación del ácido nucleico vírico Proteínas tardías o estructurales: incluyen las proteínas de la cubierta vírica

10 SIMETRIA VIRICA La simetría refleja el modo en que las unidades morfológicas proteicas se disponen en la cubierta vírica Hay dos tipos de simetría: helicoidal (alargada) o icosaédrica (esférica) Un virus típico de simetría helicoidal es el virus del mosaico del tabaco cuyas 2130 subunidades proteicas se disponen en una hélice Un icosaedro es una estructura que tiene 20 caras triangulares, la disposición más simples de unidades morfológicas es 3 por cara lo que hace un total de 60 unidades por partícula virídica

11 Simetría viral Helicoidal Mixta Icosaédrica Compleja Bacteriofago T4
Ebola HIV Adenovirus Viruela Influenza

12 VIROLOGIA : Virus bacterianos
Los bacteriófagos o fagos son virus que se reproducen en células procariotas El genoma de los fagos puede ser RNA simple cadena (MS2), RNA doble cadena (Ø 6), DNA simple cadena (Ø X174) o DNA doble cadena (T4).

13 VIROLOGIA : Virus bacterianos
La mayor parte infectan bacterias del grupo entérico como Escherichia coli o Salmonella typhimurium La mayor parte carece de envoltura lipídica y son complejos presentando estructuras con cabeza (icosaédrica) y cola (helicoidal) La cola está implicada en la inyección del ácido nucleico dentro de la célula

14 Fijación del fago T4 a E coli
(a) Partícula no fijada (b) Fijación a la pared por las fibras de la cola interaccionando con el polisacárido (c) Contacto entre la pared celular y las espículas de la cola (d) Contracción de la vaina de la cola e inyección del DNA

15 Ciclo de replicación del fago T4
El ciclo de replicación del fago T4 se divide en: Adsorción Inyección del material genético viral Replicación del material genético viral Síntesis de las envolturas proteicas Ensamble Lisis celular y liberación de las partículas virales

16 Ciclo de replicación del fago T4
El ciclo lítico de replicación del fago T4 tarda 22 minutos y se divide en : Fijación (Adsorción): se fija a componentes de la superficie celular que actúan como receptores específicos. En el caso de las bacterias los receptores son fimbrias o flagelos, componentes de la pared celular o proteínas trasportadoras. En virus de animales y plantas cuando no hay receptores entran en forma pasiva por fagocitosis u otro proceso de endocitosis En ausencia de receptor o si está alterado el hospedador puede ser resistente a la infección y el virión no se puede adsorber y no puede infectar Inyección del material genético viral: por el cambio configuracional en las proteínas o por las lisozimas se produce un poro en la membrana citoplasmática, la vaina del fago se contrae y el material genético viral ingresa en la célula quedando fuera la mayor parte de la cubierta proteica En el caso de células animales penetra en la célula el virión completo mediante un proceso activo de endocitosis

17 Ciclo de replicación del fago T4
Restricción y modificación por el hospedador: una forma de resistencia que se presenta en procariotas es la destrucción del genoma DNA bicatenario del virus luego de que se haya inyectado por enzimas de restricción que rompen el DNA vírico atacando determinadas secuencias (4 o 6 pares de bases) y protegiendo por metilación de las bases su propio DNA sin alterar su apareamiento Los fagos T-par (T2, T4, T6) responden protegiendo a su DNA por glicosilación reduciendo notablemente el ataque de estas endonucleasas Producción de ácido nucleico y proteínas víricas: para que ocurra la replicación se necesita producir RNAm específico del virus. En células no infectadas se hace a partir de una de las dos cadenas de la doble hélice del DNA (DNA polimerasa) pero en los virus dependerá del tipo y genoma del mismo (retrovirus transcriptasa reversa)

18 Ciclo de replicación del fago T4
Replicación del material genético viral: el material que ingresa contiene bases modificadas que impiden la degradación por las nucleasas bacterianas. Se sintetizan proteínas tempranas que reparan el poro, degradan el DNA bacteriano, evita la síntesis de RNA y proteínas bacterianas y proporciona ribosomas para la síntesis de proteínas del fago. Síntesis de las envolturas proteicas: las proteínas de la envoltura (cápside, vaina, fibras, etc.) son proteínas tardías que se sintetizan después de iniciada la replicación, la síntesis de cada componente proteico se realiza en forma separada. Ensamble: todas las proteínas de la envoltura se ensamblan para formar una partícula viral madura capaz de infectar a otra célula cuando sea liberada. Lisis celular y liberación de las partículas virales: la lisis celular se debe a la síntesis de proteínas tardías codificadas en el genoma del fago. En el caso del T4 estas proteínas son enzimas que lesionan la membrana citoplasmática y la pared celular.

19 REPLICACION VIRICA Curva de multiplicación de un paso: en los primeros minutos tras la infección el virus sufre un eclipse, el ácido nucleico se separa de la cubierta proteica y pierde infectividad (mucho mayor con la cubierta proteica) constituyendo la fase de latencia A medida que el ácido nucleico recién sintetizado se introduce en la cápside comienza la maduración El título de viriones activos aumenta y al final de la maduración ocurre la liberación de los viriones maduros como resultado de la lisis celular La duración del ciclo va de minutos (virus bacterianos) a 8-40hs (virus animales)

20 BACTERIOFAGOS CON RNA Sólo pueden entrar en células bacterianas que tengan un tipo especial de plásmido conjugativo que permite el funcionamiento de la célula como donador o macho Deriva del hecho de que estos virus infectan las bacterias fijándose a los pelos o fimbrias que son codificadas por el plásmido de ahí que no infecten a las llamadas células hembra que carecen de este plásmido Morfología: son pequeños con un tamaño de 26nm y simetría icosaédrica con 180 subunidades morfológicas El genoma del fago MS2 que infectan a Salmonella typhimurium o a E coli consta de 3569 nucleótidos y la cadena de RNA monocatenario del virión actúa directamente como RNAm tras su entrada a la célula

21 BACTERIOFAGOS CON DNA El más estudiado es el que infecta a E coli llamado Ø X174 y consta de una molécula circular de DNA monocatenaria de 5386 nucleótidos Es un virus pequeño de 25 nm icosaédrico con una proteína que conforma 60 subunidades morfológicas y con limitada información genética en su genoma usando la maquinaria replicativa del DNA de la célula hospedadora En la infección la cadena de DNA se separa de la cubierta y se convierte a una forma bicatenaria llamada la forma replicativa (RF) en forma de circular cerrada y superenrrollada La formación posterior de DNA monocatenario es por un mecanismo diferente que se llama replicación en círculo rodante siendo la síntesis asimétrica porque sólo una de las cadenas sirve como molde y cuando su longitud llega a la del genoma vírico una proteína rompe y liga los dos extremos de la cadena para formar una cadena de DNA monocatenario cerrado

22 LISOGENIA Los virus virulentos son los que suelen matar (lisar) a las células que infectan, otros tienen efectos más sutiles Se llaman virus atemperados a los que pueden entrar en un estado de lisogenia en la que la mayor parte de los genes víricos no se expresa y el genoma viral replica en sincronía con el cromosoma celular La lisogenia tiene importancia ecológica porque permite en la naturaleza que muchas bacterias sean lisogénicas para uno o más bacteriófagos así como muchos virus animales mantienen relaciones similares con sus hospedadores El fago atemperado no existe en la célula en su estado maduro infeccioso sino en una forma latente como profago o provirus El control de la expresión vírica se efectúa por un proteína represora codificada por el virus que también evita la expresión de cualquier genoma del mismo virus que penetre a la célula ocasionando inmunidad frente a la infección de ese virus

23 MICROSCOPIA ELECTRONICA
METODO DIRECTO METODOS FISICOQUIMICOS PARTICULAS VIRALES PARTICULA VIRAL    MICROSCOPIA ELECTRONICA PROTEINAS VIRALES ELISA INMUNOFLUORESCENCIA ACIDOS NUCLEICOS PCR, LCR, HIBRIDACION     ACTIVIDAD ENZIMATICA HEMAGLUTINACION

24 DETECCION DE INFECTIVIDAD
METODO DIRECTO DETECCION DE INFECTIVIDAD VIRIONES       REPLICACION      ANIMALES DE EXPERIMENTACION      HUEVOS EMBRIONADOS   CULTIVO DE CELULAS ENFERMEDAD EFECTO CITOPATICO

25 Metodologías para el estudio de los virus
Para el virus de la influenza o de la rabia Huevos embrionados Cultivos celulares La propagación del virus se demuestra por muerte del embrión o la aparición de lesiones en las membranas Cambios en la morfología celular conocidos como “efectos citopáticos” son indicadores de la infección viral

26 MT-2 (células linfoides – HTLV-I)
Infectadas con HIV-1 Formación de sincicios

27 A549 Control Infectadas (Sarampión-Paramixovirus)

28 Inmunofluorescencia (detección de anticuerpos de Hantavirus)
Ensayo sobre células Vero E6 A: frente a suero de un paciente infectado B: suero control negativo La orina de los roedores es una importante fuente de trasmisión viral y el contacto con los aerosoles resultantes de la orina deshidratada puede provocar infecciones en humanos

29 Mecanismos de lesión por virus
Infección viral Respuesta inmune                                                           DAÑO DIRECTO INDIRECTO

30 Patogénesis viral

31 PATOGENESIS VIRAL La patogénesis viral es el proceso por el cual un virus produce enfermedad en el hospedador Puede ser analizada como una serie de interacciones entre el virus y el hospedador siguiendo un esquema general aplicable a la mayoría de los casos: Ingreso a un hospedador susceptible Replicación para aumentar su población Diseminación desde el sitio de entrada hasta los tejidos blanco donde se produce la infección y el daño a poblaciones celulares u órganos (enfermedad) Diseminación al ambiente Persistencia en el ambiente Trasmisión a nuevos hospedadores recomenzando un nuevo ciclo

32 PATOGENESIS VIRAL Ingreso al hospedador:
Piel: la piel es una barrera efectiva contra la entrada de virus ya que las células de la epidermis no son aptas para la replicación viral sólo infecta cuando ingresa a través de heridas o mordeduras o agujas. Cuando se trata de mordeduras profundas pueden llegar a la dermis más vascularizada y diseminarse Tracto respiratorio: algunos cumplen su ciclo en las células de la mucosa (influenza) otros se diseminan en forma sistémica luego de la infección primaria (sarampión). Algunos ingresan por aerosoles (estornudo, tos, saliva), las partículas más pequeñas (5 mm) producen infecciones en el tracto respiratorio inferior (neumonías) Tracto gastrointestinal: los que ingresan deben ser resistentes a la acidez estomacal, sales biliares, enzimas proteolíticas , los virus entéricos producen enf. sintomáticas o asintomáticas siendo los enterocitos las células blanco y una consecuencia de la infección es la excreción de grandes cantidades de virus por materia fecal siendo la fuente de trasmisión predominante Sistema genitourinario: un importante número de virus se trasmiten por la vía venérea (HIV, papilomavirus, herpes) Conjuntiva: si bien la conjuntivitis viral es común, la conjuntiva es una vía de entrada rara, una excepción es el enterovirus E70 que produce una conjuntivitis hemorrágica aguda y en raras ocasiones produce encefalitis

33 PATOGENESIS VIRAL Diseminación en el hospedador: para infección localizada los pasos son ingreso y replicación primaria en células y tejidos próximos al sitio de infección. Es típico de los virus que producen infecciones en el tracto respiratorio superior (influenza, coronavirus, rinovirus) y rotavirus que produce diarrea aguda. Diseminación a través del torrente sanguíneo: el ingreso directo (viremia pasiva) es raro, en general la presencia de virus en sangre (viremia) sigue a la fase inicial de replicación en el hospedador (viremia activa) e ingresan a la sangre desde los sitios primarios y luego son diseminados (médula ósea, bazo , hígado), la finalización de la viremia es abrupta y suele coincidir con la aparición de anticuerpos neutralizantes. Diseminación a través de los nervios: muchos virus (herpes, poliovirus, rabia, reovirus, coronavirus) pueden diseminarse por la vía nerviosa en el organismo infectado y es importante para aquellos que invaden el SNC y también una ruta de infección para otros órganos (virus de la varicela y del herpes a la piel, de la rabia a glándulas salivales) Tropismo: es la capacidad de un virus para infectar selectivamente determinadas poblaciones celulares en un órgano en particular y se ve influenciado por factores virales y del hospedador

34 Transformante: virus promueve cambios en el “comportamiento” celular
Tipos de infección Infección aguda: de curso breve con rápida producción de virus seguida de rápida resolución y eliminación del virus en el huésped Infección productiva: ciclo de replicación completo con producción de progenie viral Infección persistente: la presencia del virus perdura por períodos prolongados de tiempo y puede producir virus continuamente o, intermitentemente. En algunos casos, perdura el genoma viral sin detección de proteínas. Infección abortiva: el virus infecta una célula susceptible pero no completa su ciclo de replicación por carecer de algún gen viral esencial o, celular no expresado Crónica Latente Lenta Transformante: virus promueve cambios en el “comportamiento” celular

35 (sincicio por virus sarampión en células HeLa)
Diseminación viral: polaridad como determinante mayor del patrón de infección Infección localizada: la progenie viral que se libera infecta células adyacentes, desde el sitio primario de replicación. Infección diseminada: la infección se disemina más allá del sitio primario de replicación. Cuando varios órganos son afectados se habla de infección sistémica. Diseminación célula-célula (sincicio por virus sarampión en células HeLa)

36 Cómo ingresa un virus a una célula ?

37 PATOGENESIS VIRAL Receptores: los virus deben unirse a las células blanco antes de iniciar la infección y es el resultado de la interacción del virus con un receptor específico seguida de endocitosis mediada por ese receptor Los virus que ingresan por endocitosis pueden tener receptores en cierto tipo de células de ahí el tropismo viral. En otros casos tienen una distribución más amplia, muchas proteínas que funcionan como receptores virales son glucoproteínas de membrana La interacción de un virus con su receptor es mediada por proteínas de superficie como glucoproteínas de la envoltura o proteínas de la cápside para los virus desnudos Promotores- enhancers: Los virus pueden contener diferentes elementos genéticos que pueden potenciar la transcripción de determinados genes en una célula influenciando así el tropismo viral Factores relacionados al hospedador: las diferencias genéticas conducen a diferencias en la susceptibilidad a las infecciones virales que se traducen en: diferencia en la respuesta inmune, expresión de receptores virales en órganos blanco, expresión de proteínas antivirales. Diferencias de edad y sexo (paperas, varicela, poliomelitis y hepatitis A son más leves en niños y a la inversa con rotavirus), estado de gestación (variaciones hormonales)

38 VACUNAS VIRALES En 1979 la viruela fue la primer enfermedad infecciosa en ser erradicada del planeta gracias a la vacunación La vacunación es una estrategia preventiva que estimula el sistema inmunitario del huésped mediante la exposición al agente infeccioso inactivado o atenuado Hay cuatro clases de vacunas virales: Atenuadas: contienen virus vivos cuya patogenicidad ha sido reducida en su mayoría el propósito es simular una infección para estimular la respuesta inmune sin desarrollar la enfermedad: ejemplo la vacuna de la poliomielitis desarrollada por Sabin en 1960 Inactivadas: contienen virus que han sido expuestos a agentes desnaturalizantes como la formalina y se convierten en no infecciosos pero son capaces de generar la respuesta inmune: ejemplo virus contra la influenza Subunitarias: dependen para la estimulación de la respuesta inmune de una parte del virus y no del virus completo así son más seguras: ejemplo vacuna contra la hepatitis B que consiste sólo en una parte de la cubierta proteica del virus DNA: son producto de técnicas modernas de biología molecular, el DNA que codifica para antígenos virales es directamente inyectado en el huésped donde se expresa y desencadena la respuesta inmune, van camino a que sean aprobadas para su uso en humanos

39 SINDROME AGUDO RESPIRATORIO SEVERO - SARS
El SARS es una neunomía atípica que apareció por primera vez en noviembre de 2002 en la provincia de Guangdong, China y se propagó a las vecinas Hong Kong y Vietnam a finales de febrero de 2003, 6 semanas después de su descubrimiento había infectado a miles de personas alrededor del mundo, incluyendo personas en Asia, Australia, Europa, Norte y Sur América. La enfermedad ha tenido una tasa promedio de mortalidad global cercana a un 13% La (OMS) y los laboratorios clasificaron a este virus como un tipo de Coronavirus no conocido con anterioridad en seres humanos El virus puede propagarse por inhalación de pequeñas gotas expelidas por una persona infectada cuando tose o estornuda o a través del contacto con secreciones en objetos Los virus en la familia Coronavirus son conocidos por su capacidad para cambiar (mutar) con el fin de diseminarse mejor entre los seres humanos

40 SINDROME AGUDO RESPIRATORIO SEVERO - SARS
Características ultraestructurales del coronavirus asociado a SARS: A- Partícula brotando y partícula envuelta B- Tinción negativa de una partícula viral completa con características morfológicas de la familia Coronaviridae

41 PRIONES Este agente patógeno fue descubierto en 1982 por Stanley Prusiner, quien demostró que se trataba de partículas puramente proteicas sin ácido nucleico y en 1997 recibió el Premio Noble de Medicina Observó que perdían infectividad si se trataban con fenol (agentes desnaturalizantes de las proteínas pero no de los ácidos nucleicos) Los priones son proteínas, no son virus no tienen genoma. La inducción de la progenie es producida por el hospedador sin que el patógeno ponga información genética; sólo la de su estructura anormal. Los priones no producen respuesta inmune o bien producen una respuesta muy baja e insuficiente En el ser humano, las enfermedades por priones o encefalopatías espongiformes transmisibles pueden ser de origen esporádico (se desconoce el motivo por el que el prion adopta la conformación patológica), genético: insomnio familiar fatal (por la presencia de una mutación en el gen que codifica la proteína priónica) o transmitido. Nueva variante de la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob. Se inició en Gran Bretaña en los años 90 (en el 1996 se publicaron los primeros casos) y se ha relacionado con la ingesta de productos procedentes de reses afectadas de la que, por esa razón, se denomina encefalopatía espongiforme bovina o enfermedad de las vacas locas

42 MIMIVIRUS La historia de estos virus se remonta al año 1992, cuando descubrieron unas partículas que parecían bacterias en el interior de la ameba Acanthamoeba polyphaga durante una investigación relacionada con la legionelosis Fue rebautizado en el 2003 con el nombre de Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV) o Mimivirus ya que imitaba el resultado de una bacteria Gram positiva al ser sometida a la tinción de Gram Su cápside es la mayor de todos los virus conocidos, pudiendo alcanzar entre los 400 y los 800 nanómetros (nm) de diámetro, casi pares de bases, es decir, más de una cuarta parte del genoma de Escherichia coli (4 millones de pares de bases) y unas 23 veces más ADN que el virus bacteriófago lambda ( pares de bases) , el número estimado de genes que codifican proteínas: 911 Que su genoma sea incluso mayor al de otras bacterias, que codifique proteínas no descriptas en otros virus y codifique proteínas del metabolismo ausentes en determinadas bacterias dan lugar a un encendido debate entre los científicos acerca de si los mimivirus deben ser entendidos como una nueva y diferente forma de vida y ser clasificados como un dominio independiente y distinto de los tres ya establecidos

43 MIMIVIRUS No se puede obviar otro frente de discusión abierto por los mimivirus acerca del origen de la vida. Algunos de los genes exclusivos de los mimivirus que codifican proteínas de la cápside han sido conservados en una variedad de virus capaces de infectar organismos de cualquiera de los 3 dominios (Eukarya, Archaea y Bacteria) Esto sugiere que los mimivirus se encuentran relacionados con un tipo de virus de ADN que debió surgir antes que los organismos celulares, jugando así un papel crucial en el inicio y desarrollo de la vida en la Tierra hace unos millones de años o bien que pudieron ser 3 diferente tipos de virus de ADN los que dieron lugar a los 3 diferentes dominios actuales de la vida No se ha desarrollado ningún método analítico estándar para los mimivirus y existen muchas brechas de datos tales como la incidencia ambiental, transporte, reproducción, tratamiento, rutas de exposición, efectos a la salud, etc. Desde 2009 está incluido como contaminante candidato en la lista de la EPA

44 MIMIVIRUS Quistes (Q) y trofozoitos (T) de A. polyphaga emitiendo autofluorescencia verde y roja. Observado bajo el microscopio confocal de rayos láser utilizando la técnica de Nomarski a largo de onda de 490nm E. coli viable en el interior de dos pseudo-vacuolas de un trofozoito de A polyfaga luego de 1 hora de co incubación observada bajo microscopio de fluorescencia a largo de onda de 490nm. Fuera del trofozoito se observan bacterias en movimiento mostrándose como líneas fluorescentes.