Virus

Los virus
Rotavirus
Clasificación Virus
Grupo:	I-VII
Grupos
YO: virus dsDNA II: virus ssDNA III: virus ARN de doble cadena IV: (+) los virus ARN de cadena simple V: (-) virus ARN de cadena simple VI: virus ARN de cadena simple-RT VII: virus dsDNA-RT

Un virus es una pequeña agente infeccioso que puede replicarse sólo dentro de las que viven las células de un organismo. Los virus pueden infectar a todos los tipos de organismos, desde animales y plantas a bacterias y arqueas.

Desde 1892 artículo de Dmitri Ivanovsky describir un patógeno no bacteriana infectar plantas de tabaco, y el descubrimiento de la virus del mosaico del tabaco por Martinus Beijerinck en 1898, alrededor de 5000 los virus se han descrito en detalle, aunque hay millones de diferentes tipos. Los virus se encuentran en casi todos ecosistema de la Tierra y son el tipo más abundante de entidad biológica. El estudio de los virus se conoce como virología, una sub-especialidad de microbiología.

Las partículas de virus (conocidos como los viriones) consisten en dos o tres partes: i) la material genético a partir de ya sea ADN o ARN, largas moléculas que llevan información genética; ii) una proteína de la capa que protege a estos genes; y en algunos casos iii) una envoltura de lípidos que rodea la capa de proteína cuando se encuentran fuera de una célula. Las formas de los virus se extienden de simple helicoidal y formas icosaédricas a estructuras más complejas. El virus promedio es de aproximadamente una centésima el tamaño de la bacteria promedio. La mayoría de los virus son demasiado pequeños para ser vistos directamente con un microscopio óptico .

Los orígenes de los virus en la la historia evolutiva de la vida no son claros: algunos pueden haber evolucionado a partir de plásmidos - piezas de ADN que pueden moverse entre células - mientras que otros pueden haber evolucionado a partir de bacterias. En la evolución, los virus son un medio importante de transferencia horizontal de genes, lo que aumenta diversidad genetica. Los virus son considerados por algunos como una forma de vida, debido a que llevan el material genético, reproducirse y evolucionar a través de la selección natural. Sin embargo carecen de las características clave (como estructura celular), que generalmente se consideran necesarias para contar como vida. Debido a que poseen algunos, pero no todos los tales cualidades, los virus han sido descritos como "organismos en el borde de la vida".

Los virus se propagan de muchas maneras; virus en las plantas a menudo se transmiten de planta en planta por insectos que se alimentan de savia de la planta, tales como los pulgones ; virus en los animales pueden ser transportados por sangre-insectos chupadores. Estos organismos portadores de enfermedades se conocen como vectores. Los virus de influenza se propagan por la tos y los estornudos. Norovirus y rotavirus, las causas comunes de viral gastroenteritis , se transmiten por el se pasan fecal-oral de ruta y de persona a persona por contacto, que entra al cuerpo en los alimentos o el agua. VIH es uno de los varios virus transmitidos a través de contacto sexual y por la exposición a sangre infectada. La gama de células huésped que un virus puede infectar se llama su " gama host ". Esto puede ser estrecha o, como cuando un virus es capaz de infectar muchas especies, amplio.

Las infecciones virales en animales provocan una respuesta inmune que por lo general elimina el virus infectante. Las respuestas inmunes también se pueden producir por vacunas, que confieren un adquirido artificialmente la inmunidad a la infección viral específica. Sin embargo, algunos virus, incluyendo aquellos que causan el SIDA y hepatitis viral evadir estas respuestas inmunes y el resultado en infecciones crónicas. Los antibióticos no tienen efecto sobre los virus, pero varios medicamentos antivirales se han desarrollado.

Etimología

La palabra viene del latín virus refiriéndose a veneno y otras sustancias nocivas, que se utiliza por primera vez en Inglés en 1392. virulento, desde virulentus América (venenoso), data de 1400. Un significado de "agente que causa la enfermedad infecciosa", se registra por primera vez en 1728 , antes del descubrimiento del virus por Dmitri Ivanovski en 1892. El plural es virus. Las fechas virales adjetivo para 1948. El plazo de viriones (viriones plural), que data de 1959, también se utiliza para referirse a una sola partícula viral, estable infecciosa que se libera de la célula y es totalmente capaz de infectar a otras células del mismo escriba.

Historia

Martinus Beijerinck en su laboratorio en 1921

Louis Pasteur fue incapaz de encontrar un agente causal para la rabia y especula sobre un patógeno demasiado pequeña para ser detectada usando un microscopio. En 1884, los franceses microbiólogo Charles Chamberland inventó un filtro (conocido hoy como el Filtro Chamberland o filtro Chamberland-Pasteur) con poros más pequeños que las bacterias. Por lo tanto, podía pasar una solución que contiene bacterias a través del filtro y completamente eliminarlos de la solución. En 1892, el biólogo ruso Dmitri Ivanovski utilizó este filtro para estudiar lo que ahora se conoce como el virus del mosaico del tabaco. Sus experimentos mostraron que los extractos de hojas trituradas de plantas de tabaco infectadas permanecen infecciosa después de la filtración. Ivanovsky sugirió que la infección puede ser causada por una La toxina producida por una bacteria, pero no persiguió la idea. En el momento se pensaba que todos los agentes infecciosos podrían ser retenidos por los filtros y se cultivaron en un medio nutritivo - esto era parte de la teoría de los gérmenes. En 1898, el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck repitió los experimentos y se convenció de que la solución filtrada contenía una nueva forma de agente infeccioso. Observó que el agente sólo multiplica en las células que se dividen, pero a medida que sus experimentos no mostraron que estaba hecha de partículas, lo llamó un contagium vivum fluidum (germen vivo soluble) y reintrodujo la palabra virus. Beijerinck sostuvo que los virus eran de naturaleza líquida, una teoría más tarde desacreditado por Wendell Stanley, que demostraron que eran partículas. En el mismo año Friedrich Loeffler y Frosch pasaron el primer virus animal - agente de la fiebre aftosa ( aftovirus) - a través de un filtro similar.

En el siglo 20, el bacteriólogo Inglés Frederick Twort descubrió un grupo de virus que infectan bacterias, que ahora se llama bacteriófagos (o comúnmente fagos), y el microbiólogo francés-canadiense Félix d'Herelle describió virus que, cuando se añade a las bacterias en agar, produciría áreas de bacterias muertas. Se diluyó con precisión una suspensión de estos virus y descubrió que las más altas diluciones (concentraciones más bajas de virus), en lugar de matar todas las bacterias, forman áreas discretas de organismos muertos. Contando estas áreas y multiplicando por el factor de dilución que le permitió calcular el número de virus en la suspensión original. Los fagos fueron anunciados como un posible tratamiento para enfermedades como la fiebre tifoidea y el cólera , pero su promesa quedó en el olvido con el desarrollo de penicilina. El estudio de los fagos proporcionó información sobre el encendido y apagado de los genes, y un mecanismo útil para la introducción de genes extraños en las bacterias.

A finales del siglo 19, los virus se definen en términos de su infectividad, su capacidad para ser filtrada, y su necesidad de hosts vivos. Los virus se había crecido sólo en las plantas y los animales. En 1906, Ross Granville Harrison inventó un método para el cultivo tejido en ganglios, y, en 1913, E. Steinhardt, C. israelí, y RA Lambert utilizan este método para crecer virus vaccinia en fragmentos de conejillo de indias tejido corneal. En 1928, HB Maitland y MC Maitland crecieron virus vaccinia en suspensiones de riñones de gallina picada. Su método no fue adoptado ampliamente hasta la década de 1950, cuando poliovirus se cultivó a gran escala para la producción de vacuna.

Otro avance se produjo en 1931, cuando el patólogo estadounidense Ernest William Goodpasture creció influenza y otros virus en huevos de pollos fertilizados. En 1949, John Franklin Enders, Thomas Weller, y Frederick Robbins creció virus de la poliomielitis en las células embrionarias humanas cultivadas, el primer virus que se cultivan sin el uso de tejidos animales sólidos o huevos. Este trabajo permitió Jonas Salk para hacer una efectiva vacuna contra la polio.

Las primeras imágenes de los virus se obtuvieron tras la invención de microscopía electrónica en 1931 por los ingenieros alemanes Ernst Ruska y Max Knoll. En 1935, el bioquímico americano y virólogo Wendell Meredith Stanley examinó el virus del mosaico del tabaco y descubrió que estaba compuesto principalmente de proteínas. Poco tiempo después, este virus se separó en partes de proteínas y de ARN. El virus del mosaico del tabaco fue el primero que se cristaliza y, por tanto, su estructura se puede aclarada en detalle. La primera Imágenes de difracción de rayos X del virus cristalizado fueron obtenidas por Bernal y Fankuchen en 1941. Sobre la base de sus imágenes, Rosalind Franklin descubrió la estructura completa del virus en 1955. En el mismo año, Heinz Fraenkel-Conrat y Robley Williams mostró que el tabaco purificada ARN del virus del mosaico y su proteína de la cubierta pueden montar por sí mismos para formar virus funcionales, lo que sugiere que este simple mecanismo era probablemente el medio a través del cual se crearon los virus dentro de sus células huésped.

La segunda mitad del siglo 20 fue la época dorada del descubrimiento del virus y la mayoría de las más de 2.000 especies reconocidas de origen animal, vegetal, y los virus bacterianos fueron descubiertos durante estos años. En 1957, arterivirus equina y la causa de La diarrea viral bovina (un pestivirus) fueron descubiertos. En 1963, la virus de la hepatitis B fue descubierto por Baruch Blumberg, y en 1965, Howard Temin describió la primera retrovirus. La transcriptasa inversa, la clave enzima que los retrovirus utilizar para traducir su ARN en ADN, fue descrita por primera vez en 1970, de forma independiente Howard Martin Temin y David Baltimore. En 1983 El equipo de Luc Montagnier en el Instituto Pasteur en Francia , aislada por primera vez los retrovirus que ahora se llama el VIH.

Orígenes

Los virus se encuentran donde hay vida y probablemente han existido desde células primera evolucionado viviendo. El origen de los virus es poco claro porque no forman fósiles, por lo técnicas moleculares se han utilizado para comparar el ADN o ARN del virus y son un medio útil para la investigación de cómo surgieron. Hay tres hipótesis principales que tratan de explicar el origen de los virus:

Hipótesis Regresiva

Los virus pueden haber sido una vez pequeñas células que células más grandes parasitados. Con el tiempo, los genes no requeridos por su parasitismo se perdieron. Las bacterias rickettsia y clamidia son células que, como los virus, pueden reproducirse sólo dentro de las células huésped vivo. Prestan apoyo a esta hipótesis, ya que su dependencia de parasitismo es probable que haya causado la pérdida de genes que les permitieron sobrevivir fuera de una célula. Esto también se llama la hipótesis de la degeneración, o hipótesis de reducción.

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. El ADN escapado podría haber venido de plásmidos (fragmentos de ADN desnudo que se mueven entre las células) o transposones (moléculas de ADN que se replican y moverse a diferentes posiciones dentro de los genes de la célula). Una vez que los llamados "genes saltarines", transposones son ejemplos de elementos genéticos móviles y podrían ser el origen de algunos virus. Fueron descubiertas en el maíz por Barbara McClintock en 1950. Esto a veces se llama la hipótesis de la vagancia, o la hipótesis de escape.

Hipótesis de la coevolución

Esto también se llama la hipótesis del virus primero y propone que los virus podrían haber evolucionado a partir de moléculas complejas de proteínas y ácido nucleico, al mismo tiempo que las células apareció por primera vez en la Tierra y hubiera dependido de la vida celular durante miles de millones de años. Los viroides son moléculas de ARN que no se clasifican como virus porque carecen de una cubierta proteica. Sin embargo, tienen características que son comunes a varios virus y son a menudo llamados agentes subvirales. Los viroides son patógenos importantes de plantas. Ellos no codifican proteínas, pero interactúan con la célula huésped y utilizan la maquinaria huésped para su replicación. La virus de la hepatitis delta de los seres humanos tiene un ARN del genoma similar a viroides pero tiene una capa de proteína derivada de virus de la hepatitis B y no puede producir uno de su propio. Es, por lo tanto, un virus defectuoso y no puede replicarse sin la ayuda de virus de la hepatitis B. En forma similar, la sputnik virófago depende de Mimivirus, que infecta el protozoo Acanthamoeba castellanii. Estos virus que dependen de la presencia de otras especies de virus en la célula huésped se llaman satélites y pueden representar intermedios evolutivos de los viroides y virus.

En el pasado, hubo problemas con todas estas hipótesis: la hipótesis regresiva no explicó por qué incluso el más pequeño de parásitos celulares no se parecen virus de ninguna manera. La hipótesis de escape no explicó las cápsides complejas y otras estructuras sobre las partículas del virus. La hipótesis de virus primera contraviene la definición de los virus en que requieren células huésped. Los virus son ahora reconocidos como antigua y tener orígenes que son anteriores a la divergencia de la vida en el tres dominios. Este descubrimiento ha llevado virólogos modernas para reconsiderar y re-evaluar estas tres hipótesis clásicas.

La evidencia de una ancestral mundo de las células de ARN y análisis por ordenador de secuencias de ADN virales y del huésped están dando una mejor comprensión de las relaciones evolutivas entre diferentes virus y puede ayudar a identificar a los antepasados de los virus modernos. Hasta la fecha, este tipo de análisis no han demostrado que una de estas hipótesis es correcta. Sin embargo, parece poco probable que todos los virus conocidos en la actualidad tienen un ancestro común, y los virus probablemente han surgido numerosas veces en el pasado por una o más mecanismos.

Los priones son moléculas de proteínas infecciosas que no contienen ADN o ARN. Pueden causar infecciones como scrapie en ovejas, La encefalopatía espongiforme bovina ("vacas locas") en el ganado, y caquexia crónica en ciervos; en los seres humanos las enfermedades priónicas incluyen Kuru , La enfermedad de Creutzfeldt-Jakob, y Síndrome de Gerstmann-Sträussler- Scheinker. Aunque los priones son fundamentalmente diferentes de los virus y viroides, su descubrimiento da credibilidad a la teoría de que los virus podrían haber evolucionado a partir de moléculas auto-replicantes.

Microbiología

Propiedades de la Vida

Las opiniones difieren sobre si los virus son una forma de vida , o estructuras orgánicas que interactúan con los organismos vivos. Ellos han sido descritos como "organismos en el borde de la vida", ya que se asemejan a los organismos en que poseen genes y evolucionan por selección natural, y se reproducen mediante la creación de múltiples copias de sí mismos a través de auto-ensamblaje. Aunque tienen genes, que no tienen una estructura celular, que a menudo es visto como la unidad básica de la vida. Los virus no tienen su propio metabolismo, y requieren de una célula huésped para fabricar nuevos productos. Por lo tanto, no pueden reproducirse naturalmente fuera de una célula huésped - aunque las especies bacterianas tales como rickettsia y clamidia se consideran organismos a pesar de la misma limitación que viven. Formas de uso de la vida la división celular para reproducirse, mientras que los virus se ensamblan espontáneamente dentro de las células. Se diferencian de crecimiento autónomo de cristales, ya que heredan mutaciones genéticas estando sujetas a la selección natural. Virus autoensamblaje en células huésped tiene implicaciones para el estudio de la origen de la vida, ya que se presta mayor credibilidad a la hipótesis de que la vida podría haber comenzado como moléculas orgánicas de autoensamblaje.

Estructura

Diagrama de cómo un virus cápside puede construirse utilizando múltiples copias de sólo dos moléculas de proteínas

Estructura de icosaédrica virus del mosaico del caupí

Los virus muestran una amplia diversidad de formas y tamaños, llamado morfologías. En general, los virus son mucho más pequeños que las bacterias. La mayoría de los virus que han sido estudiados tienen un diámetro entre 20 y 300 nanómetros. Algunos filovirus tienen una longitud total de hasta 1400 nm; sus diámetros son sólo alrededor de 80 nm. La mayoría de los virus no se pueden ver con un microscopio óptico de modo de escaneo y transmisión microscopios electrónicos se utilizan para visualizar los viriones. Para aumentar el contraste entre los virus y el fondo, se utilizan "manchas" electrón-densos. Estas son soluciones de sales de metales pesados, tales como de tungsteno , que dispersan los electrones de las regiones cubiertas con la mancha. Cuando viriones están recubiertos con tinción (tinción positiva), el detalle fino es oscurecida. Tinción negativa supera este problema mediante la tinción de fondo solamente.

Una partícula de virus completa, conocido como un virión, se compone de ácido nucleico rodeado por una capa protectora de proteína llamada cápside. Estas se forman a partir de subunidades de proteínas idénticas llamados capsómeros. Los virus pueden tener un lípido "sobre" derivado de la acogida membrana celular. La cápside está hecho de proteínas codificadas por el viral genoma y su forma sirve como la base para la distinción morfológica. Subunidades de proteínas codificadas por virus se auto-ensamblan para formar una cápside, en general requiere la presencia del genoma del virus. Código de virus complejo para proteínas que ayudan en la construcción de su cápside. Las proteínas asociadas con el ácido nucleico se conocen como nucleoproteínas, y la asociación de las proteínas de la cápside viral con el ácido nucleico viral se denomina nucleocápside. La cápside y la estructura de virus entero puede ser mecánicamente (físicamente) probaron a través microscopía de fuerza atómica. En general, hay cuatro tipos principales de virus morfológicas:

Estructura del virus del mosaico del tabaco: ARN enrollado en una hélice de repetir subunidades proteicas

Micrografía electrónica de icosaédrica adenovirus

Los virus del herpes tienen una envoltura lipídica

Helicoidal

Estos virus se componen de un único tipo de capsómero apilados alrededor de un eje central para formar una estructura helicoidal, que puede tener una cavidad central, o tubo hueco. Esta disposición resulta en viriones con forma de varilla o filamentosos: Estos pueden ser corto y de alta rigidez, o largo y muy flexible. El material genético, en el ARN en general, de una sola cadena, pero ssDNA en algunos casos, está unido a la hélice de la proteína por las interacciones entre el ácido nucleico cargado negativamente y cargas positivas en la proteína. En general, la longitud de una cápside helicoidal está relacionada con la longitud del ácido nucleico contenido dentro de ella y el diámetro depende del tamaño y disposición de capsómeros. El virus del mosaico del tabaco bien estudiado es un ejemplo de un virus helicoidal.

Icosahedral

La mayoría de los virus animales son icosaédricos o casi esférica con simetría icosaédrica. Un habitual icosaedro es la manera óptima de formación de una capa cerrada de sub-unidades idénticas. El número mínimo de capsómeros idénticos requerida es de doce, cada uno compuesto de cinco subunidades idénticas. Muchos virus, tales como rotavirus, tienen más de doce capsómeros y parecen esférica pero conservan esta simetría. Capsómeros en los ápices están rodeados por otros cinco capsómeros y reciben el nombre pentones. Capsómeros en las caras triangulares están rodeados por otros seis y se llaman hexones. Hexones son, en esencia plana y pentones, que forman los 12 vértices, se curvan. La misma proteína puede actuar como la subunidad tanto de los pentámeros y hexámeros o puede estar compuesto de diferentes proteínas.

Prolato

Este es un icosaedro alargada a lo largo del eje de cinco veces y es un acuerdo común de los jefes de los bacteriófagos. Esta estructura se compone de un cilindro con una tapa en cada extremo.

Envoltura

Algunas especies de virus envuelven a sí mismos en una forma modificada de una de las membranas celulares, o bien la membrana externa que rodea una célula huésped infectada o membranas internas tales como la membrana nuclear o retículo endoplásmico, ganando así una bicapa lipídica externa conocida como envoltura viral. Esta membrana está repleta de proteínas codificadas por el genoma viral y genoma del huésped; la membrana lipídica y los de sus hidratos de carbono presentes proceden en su totalidad desde el host. El virus de la gripe y el VIH utilizan esta estrategia. La mayoría de los virus envueltos dependen del sobre para su infectividad.

Complejo

Estos virus poseen una cápside que no es ni puramente helicoidal ni puramente icosaédrica, y que pueden poseer estructuras adicionales, tales como colas de proteínas o una pared exterior compleja. Algunos bacteriófagos, tales como Fago T4, tienen una estructura compleja que consta de una cabeza icosaédrica unido a una cola helicoidal, que puede tener un hexagonal placa base con fibras de la cola que sobresale de la proteína. Esta estructura de la cola actúa como una jeringa molecular, acompañando a su huésped bacteriano y luego inyectar el genoma viral en la célula.

Los poxvirus son virus grandes y complejos que tienen una morfología inusual. El genoma viral se asocia con las proteínas dentro de una estructura de disco central conocido como un nucleoide. El nucleoide está rodeado por una membrana y dos cuerpos laterales de función desconocida. El virus tiene una envoltura exterior con una capa gruesa de proteína tachonada sobre su superficie. Todo el virión es ligeramente pleiomorphic, que van desde ovoide a forma de ladrillo. Mimivirus es el mayor virus caracterizado, con un diámetro de la cápside de 400 nm. Filamentos de proteína de medición de 100 nm proyecto de la superficie. La cápside aparece hexagonal bajo un microscopio electrónico, por lo tanto, la cápside es probablemente icosaédrica. En 2011, los investigadores descubrieron un virus grande en fondo del mar de la costa de Las Cruces, Chile . Provisionalmente llamado Megavirus chilensis chilensis, se puede observar con un microscopio óptico básico.

Algunos virus que infectan Las arqueas tienen estructuras complejas que no están relacionados con cualquier otra forma de virus, con una amplia variedad de formas inusuales, que van desde las estructuras en forma de huso, a los virus que se asemejan a las barras de gancho, lágrimas o incluso botellas. Otros virus arqueas se asemejan a los bacteriófagos con cola, y pueden tener múltiples estructuras de cola.

Genoma

Una enorme variedad de estructuras genómicas se puede ver entre las especies virales; como grupo, que contienen la diversidad genómica estructural más que las plantas, los animales, las arqueas o bacterias. Hay millones de diferentes tipos de virus, aunque sólo alrededor de 5,000 de ellos se han descrito en detalle. Un virus tiene ya sea ADN o ARN genes y se llama un virus de ADN o un virus de ARN, respectivamente. La gran mayoría de los virus tienen genomas de ARN. Los virus de plantas tienden a tener genomas y bacteriófagos de ARN de cadena sencilla tienden a tener genomas de ADN bicatenario.

Los genomas virales son circulares, como en el poliomavirus, o lineal, como en el adenovirus. El tipo de ácido nucleico es irrelevante a la forma del genoma. Entre los virus de ARN y determinados virus de ADN, el genoma a menudo se divide en partes separadas, en cuyo caso se llama segmentado. Para los virus de ARN, cada segmento a menudo codifica una sola proteína y por lo general se encuentran juntos en una cápside. Sin embargo, todos los segmentos no están obligados a estar en el mismo virión para que el virus sea infeccioso, como lo demuestra virus del mosaico del bromo y varios otros virus de plantas.

Un genoma viral, independientemente del tipo de ácido nucleico, es casi siempre ya sea de una sola hebra o de doble hebra. Genomas de cadena sencilla consisten en un ácido nucleico no apareado, de forma análoga a la mitad de una escalera dividida por la mitad. Genomas de doble cadena se componen de dos ácidos nucleicos complementarios apareados, análogos a una escalera. Las partículas de virus de algunas familias de virus, tales como los pertenecientes a la Hepadnaviridae, contienen un genoma que es parcialmente bicatenario y parcialmente monocatenario.

Para la mayoría de los virus con genomas de ARN y algunos con genomas de ADN monocatenario, las cadenas simples se dice que son ya sea de sentido positivo (llamada la cadena positiva) o de sentido negativo (llamado el minus-strand), dependiendo de si son o no complementaria a la viral ARN mensajero (ARNm). ARN viral de sentido positivo es en el mismo sentido que el ARNm viral y por lo tanto al menos una parte de ella puede ser inmediatamente traducido por la célula huésped. ARN viral de sentido negativo es complementario al ARNm y por lo tanto se debe convertir a ARN de sentido positivo por una ARN-ARN polimerasa dependiente antes de la traducción. Nomenclatura de ADN para virus con sentido único ssDNA genómica es similar a la nomenclatura de ARN, en que la cadena codificante para el ARNm viral es complementaria a la misma (-), y la hebra no codificante es una copia de la misma (+). Sin embargo, varios tipos de virus de ARN de cadena simple ssDNA y tienen genomas que son ambisense en que la transcripción puede ocurrir fuera de ambas cadenas en un replicativa de doble cadena intermedia. Los ejemplos incluyen geminivirus, que son virus vegetal de ADNmc y arenavirus, que son virus de ARN de cadena simple de los animales.

El tamaño del genoma varía mucho entre especies. Los genomas virales más pequeños - los circovirus ssDNA, familia Circoviridae - código para sólo dos proteínas y tiene un tamaño de genoma de sólo 2 kilobases; el más largo - mimiviruses - tienen el tamaño del genoma de más de 1,2 megabases y código para más de mil proteínas. En general, los virus de ARN tienen tamaños del genoma más pequeños que los virus de ADN debido a una mayor tasa de error cuando se replican, y tienen un límite de tamaño máximo superior. Más allá de este límite, los errores en el genoma al replicar hacen que el virus inútil o poco competitivos. Para compensar esto, los virus de ARN a menudo han genomas segmentados - el genoma se divide en moléculas más pequeñas - reduciendo así la posibilidad de que un error en un genoma de un solo componente se incapacitar a todo el genoma. En contraste, los virus de ADN generalmente tienen genomas más grandes debido a la alta fidelidad de sus enzimas de replicación. Virus ADN de una sola hebra son una excepción a esta regla, sin embargo, como las tasas de mutación de estos genomas pueden acercarse al extremo de la caja de virus ARN de cadena simple.

Cómo antigénica cambio, o redistribución, puede dar lugar a cepas nuevas y altamente patogénicos de la gripe humana

Los virus se someten a un cambio genético por varios mecanismos. Estos incluyen un proceso llamado la deriva genética en bases individuales en el ADN o ARN mutar a otras bases. La mayoría de estos mutaciones puntuales son "silenciosas" - no cambian la proteína que codifica el gen - pero otros pueden conferir ventajas evolutivas tales como la resistencia a medicamentos antivirales. El cambio antigénico se produce cuando hay un cambio importante en el genoma del virus. Esto puede ser el resultado de recombinación o redistribución. Cuando esto ocurre con los virus de influenza, pandemias pueden resultar. Virus de ARN a menudo existen como cuasiespecies o enjambres de virus de la misma especie pero con pequeñas diferencias del genoma secuencias de nucleósidos. Tales cuasiespecies son el blanco principal de la selección natural.

Genomas segmentados confieren ventajas evolutivas; diferentes cepas de un virus con un genoma segmentado pueden mezclar y combinar genes y producir virus de progenie o (descendencia) que tienen características únicas. Esto se llama redistribución o sexo viral.

La recombinación genética es el proceso por el cual una hebra de ADN se rompe y luego se unió al extremo de una molécula de ADN diferente. Esto puede ocurrir cuando los virus infectan las células de forma simultánea y estudios de evolución viral han demostrado que la recombinación ha sido rampante en las especies estudiadas. La recombinación es común a ambos virus ARN y ADN.

Ciclo de replicación

Poblaciones virales no crecen a través de la división celular, porque son acelular. En su lugar, utilizan la maquinaria y el metabolismo de una célula huésped para producir múltiples copias de sí mismos, y se reúnen en la célula.

Un ciclo de replicación del virus típico

Algunos bacteriófagos inyectan su genomas en células bacterianas (no a escala)

La ciclo de vida del virus difiere en gran medida entre las especies, pero hay seis etapas básicas en el ciclo de vida del virus:

• El apego es una unión específica entre las proteínas de la cápside viral y los receptores específicos en la superficie celular del huésped. Esta especificidad determina el rango de huésped de un virus. Por ejemplo, el VIH infecta a una gama limitada de humano leucocitos. Esto es porque su proteína de superficie, gp120, interactúa específicamente con la Molécula de CD4 - una receptor de quimioquinas - que se encuentra más comúnmente en la superficie de CD4 + T-Cells. Este mecanismo ha evolucionado para favorecer a aquellos virus que infectan sólo las células en las que son capaces de replicación. Adjunto al receptor puede inducir la proteína de la envoltura viral a sufrir cambios que resultan en la fusión de las membranas viral y celular, o cambios de las proteínas no envueltos superficie del virus que permiten al virus entrar.
• Penetración sigue adjunto: Los viriones entran en la célula huésped a través mediada por receptor endocitosis o fusión de membranas. Esto es a menudo llamado la entrada viral. La infección de las células micóticas de la planta y es diferente de la de las células animales. Las plantas tienen una pared celular rígida hecha de celulosa, y hongos uno de quitina, por lo mayoría de los virus pueden conseguir dentro de estas células sólo después de un trauma a la pared celular. Sin embargo, casi todos los virus de plantas (tales como el virus del mosaico del tabaco) también pueden pasar directamente de una célula a otra, en forma de complejos de nucleoproteína de cadena sencilla, a través de poros llamados plasmodesmos. Las bacterias, como las plantas, tienen fuertes paredes celulares que un virus debe violación, para infectar la célula. Sin embargo, dado que las paredes celulares bacterianas son mucho menos gruesa que las paredes celulares vegetales, debido a su tamaño mucho más pequeño, algunos virus han desarrollado mecanismos que inyectan su genoma en la célula bacteriana a través de la pared celular, mientras que la cápside viral permanece fuera.
• Uncoating es un proceso en el que se elimina la cápside viral: Esto puede ser por la degradación por las enzimas virales o enzimas del huésped o mediante simple disociación; el resultado final es la liberación del ácido nucleico genómico viral.
• La replicación de los virus implica principalmente la multiplicación del genoma. La replicación implica la síntesis de ARN mensajero viral (ARNm) de "primeros" genes (con excepciones para los virus de ARN de sentido positivo), virales la síntesis de proteínas, es posible el montaje de las proteínas virales, entonces la replicación del genoma viral mediada por la expresión de la proteína temprana o reglamentaria. Esto puede ser seguido, en busca de virus con genomas complejos más grandes, por además uno o más rondas de síntesis de ARNm: "tarde" expresión génica es, en general, de las proteínas estructurales o virión.
• Tras el autoensamblaje estructura mediada de las partículas de virus, alguna modificación de las proteínas se produce a menudo. En los virus como el VIH, esta modificación (a veces llamado maduración) se produce después de que el virus ha sido liberado de la célula huésped.
• Los virus pueden ser liberados de la célula huésped por lisis, un proceso que mata a la célula por ruptura de su membrana y la pared celular si está presente: Esta es una característica de muchas bacterias y algunos virus de animales. Algunos virus se someten a una ciclo lisogénico en el que el genoma viral se incorpora por recombinación genética en un lugar específico en el cromosoma del huésped. El genoma viral se conoce entonces como una " provirus "o, en el caso de los bacteriófagos un" .. profago "Siempre que las divisiones de acogida, el genoma viral también se replica el genoma viral es generalmente silencioso dentro del huésped, sin embargo, en algún momento, el provirus o profago pueden dar lugar a virus activo, que puede lisar las células huésped Envuelto. virus (por ejemplo, VIH) típicamente son liberados de la célula huésped por en ciernes. Durante este proceso, el virus adquiere su envoltura, que es una pieza modificada de plasma del huésped u otro, la membrana interna.

El material genético dentro de partículas de virus, y el método por el que se replica el material, varía considerablemente entre los diferentes tipos de virus.

Virus de ADN

La replicación del genoma de la mayoría de los virus de ADN tiene lugar en la célula de núcleo. Si la célula tiene el receptor apropiado en su superficie, estos virus entrar en la célula veces por fusión directa con la membrana celular (por ejemplo, virus del herpes) o - más generalmente - por endocitosis mediada por receptor. La mayoría de los virus de ADN son totalmente dependientes de ADN de la célula huésped y ARN maquinaria sintetizar, y maquinaria de procesamiento de ARN; Sin embargo, los virus con genomas más grandes pueden codificar gran parte de esta máquinas por sí mismos. En eucariotas el genoma viral debe cruzar la membrana nuclear de la célula para acceder a esta maquinaria, mientras que en las bacterias que sólo tiene que entrar en la célula.

Virus de ARN

Replicación por lo general tiene lugar en el citoplasma. Los virus de ARN pueden ser colocados en cuatro grupos diferentes en función de sus modos de replicación. La polaridad (si es o no puede ser utilizado directamente por los ribosomas para producir proteínas) de los virus de ARN de cadena simple determina en gran medida el mecanismo de replicación; El otro criterio importante es si el material genético es monocatenario o bicatenario. Todos los virus de ARN utilizan sus propias enzimas ARN replicasa para crear copias de sus genomas.

Invierta virus transcribir

Estos tienen ARN de cadena simple ( Retroviridae , metaviridae , pseudoviridae ) o ADN de doble cadena ( Caulimoviridae y Hepadnaviridae ) en sus partículas. Transcripción inversa virus con genomas de ARN (retrovirus), use un intermedio de ADN para replicarse, mientras que aquellos con genomas de ADN (pararetroviruses) utilizar un intermediario de ARN durante la replicación del genoma. Ambos tipos utilizan una transcriptasa inversa, o enzima ADN polimerasa dependiente de ARN, para llevar a cabo la conversión de ácido nucleico. Retrovirus integrar el ADN producido por transcripción inversa en el genoma huésped como un provirus como parte del proceso de replicación; pararetroviruses no lo hacen, a pesar de copias del genoma integrados de pararetroviruses especialmente de plantas pueden dar lugar a virus infeccioso. Son susceptibles a los medicamentos antivirales que inhiben la enzima transcriptasa inversa, por ejemplo, zidovudina y lamivudina. Un ejemplo del primer tipo es el VIH, que es un retrovirus. Ejemplos del segundo tipo son los Hepadnaviridae , que incluye virus de la hepatitis B.

Efectos en la célula huésped

La gama de efectos estructurales y bioquímicas que los virus tienen en la célula huésped es extensa. Estos se llaman efectos citopáticos . La mayoría de las infecciones por el virus finalmente dan como resultado la muerte de la célula huésped. Las causas de muerte incluyen la lisis celular, alteraciones de membrana de la superficie de la célula y apoptosis. la muerte celular A menudo es causada por el cese de sus actividades normales debido a la supresión por las proteínas específicas del virus, no todos los cuales son componentes de la partícula de virus.

Algunos virus no causan cambios aparentes a la célula infectada. Las células en las que el virus es mostrar algunos signos latentes e inactivas de la infección y con frecuencia funcionan normalmente. Esto causa infecciones persistentes y el virus es a menudo en estado latente durante muchos meses o años. Esto es a menudo el caso con los virus del herpes. Algunos virus, como el virus de Epstein-Barr, pueden causar que las células proliferen sin causar malignidad, mientras que otros, tales como los virus del papiloma, se establecen causas del cáncer.

Gama de huéspedes

Los virus son, con mucho, los más abundantes entidades biológicas en la Tierra y que superan a todos los demás juntos. Ellos infectan todo tipo de vida celular, incluyendo animales, plantas, bacterias y hongos. Sin embargo, diferentes tipos de virus pueden infectar solamente una gama limitada de hosts y muchos son específicos de cada especie. Algunos, como el virus de la viruela, por ejemplo, puede infectar a una sola especie - en este caso los seres humanos, y se dice que tiene una estrecha gama de huéspedes. Otros virus, como el virus de la rabia, pueden infectar a diferentes especies de mamíferos y se dice que tienen una amplia gama. Los virus que infectan plantas son inocuos para los animales, y la mayoría de los virus que infectan a otros animales son inofensivos para los humanos. La gama de huéspedes de algunos bacteriófagos se limita a una sola cepa de bacterias y que se puede utilizar para rastrear la fuente de brotes de infecciones por un método llamado fago a escribir.

Clasificación

Clasificación busca describir la diversidad de virus nombrando y agrupándolos en función de similitudes. En 1962, André Lwoff, Robert Horne y Paul Tournier fueron los primeros en desarrollar un medio de la clasificación de virus, basado en el sistema jerárquico de Linneo. Este sistema basa la clasificación en phylum, clase, orden, la familia, género y especie . Los virus fueron agrupados según sus propiedades compartidas (no los de sus anfitriones) y el tipo de ácido nucleico que forman sus genomas. Más tarde, el fue formado Comité Internacional de Taxonomía de Virus. Sin embargo, los virus no se clasifican sobre la base de filo o de clase, ya que su pequeño tamaño del genoma y la alta tasa de mutación hace que sea difícil determinar su ascendencia allá Orden. Como tal, la clasificación de Baltimore se utiliza para complementar la jerarquía más tradicional.

Clasificación ICTV

La Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) desarrolló el sistema de clasificación actual y escribió pautas que ponen un mayor peso en ciertas propiedades de virus para mantener la uniformidad de la familia. Una taxonomía unificada (un sistema universal para la clasificación de los virus) ha sido establecida. El séptimo Informe lCTV formalizó por primera vez el concepto de las especies de virus como el taxón más bajo (grupo) en una jerarquía de ramificación de taxones viral. Sin embargo, en la actualidad sólo una pequeña parte de la diversidad total de virus se ha estudiado, con el análisis de muestras de seres humanos que encuentran que alrededor del 20% de las secuencias de virus recuperado no se han visto antes, y las muestras del ambiente, tales como a partir de agua de mar y los sedimentos oceánicos, encontrando que la gran mayoría de las secuencias son completamente novedoso.

La estructura taxonómica general es el siguiente:

Orden (-virales)

Familia (-viridae)

Subfamilia (-virinae)

Género(-virus)

Especies(-virus)

En el actual (2011) ICTV taxonomía, seis órdenes se han establecido, la Caudovirales, Herpesvirales, Mononegavirales, Nidovirales, Picornavirales y Tymovirales. Un séptimo orden Ligamenvirales También se ha propuesto. El comité no distingue formalmente entre subespecies, cepas y aislamientos. En total hay 6 órdenes, 87 familias, 19 subfamilias, 349 géneros, sobre 2.284 especies y más de 3.000 tipos aún no clasificadas.

Clasificación de Baltimore

La clasificación de Baltimore de los virus se basa en el método de viralsíntesis de ARNm.

La Biólogo y premio Nobel David Baltimore ideó el sistema de clasificación de Baltimore. El sistema de clasificación ICTV se utiliza en conjunción con el sistema de clasificación de Baltimore en la clasificación de virus moderna.

La clasificación de Baltimore de los virus se basa en el mecanismo de la producción de ARNm. Los virus deben generar ARNm de sus genomas para producir proteínas y replicarse a sí mismos, pero diferentes mecanismos se utilizan para lograr esto en cada familia de virus. Genomas virales pueden ser de cadena sencilla (ss) o de doble cadena (ds), ARN o ADN, y pueden o no pueden utilizar la transcriptasa inversa (RT). Además, los virus de ARN de cadena simple pueden ser o bien sentido (+) o antisentido (-). Esta clasificación coloca los virus en siete grupos:

• YO: dsDNA virus(por ejemplo,adenovirus,herpesvirus,poxvirus)
• II: virus ssDNA(+) DNA sentido (por ejemplo,parvovirus)
• III: los virus ARN de doble cadena(por ejemplo,Reovirus)
• IV: (+) Los virus ARN de cadena simple(+) de ARN sentido (por ejemplo,picornavirus,Togavirus)
• V: (-) SsRNA virus(-) RNA de sentido (por ejemplo,Orthomyxoviruses,Rhabdovirus)
• VI: virus ARN de cadena simple-RT(+) de ARN sentido con el ADN intermedio en el ciclo de vida (por ejemplo,retrovirus)
• VII: virus dsDNA-RT(por ejemplohepadnavirus)

Como un ejemplo de clasificación viral, la varicela virus, varicela zoster (VZV), pertenece a la orden de Herpesvirales, la familia Herpesviridae , subfamilia Alphaherpesvirinae , y género Varicellovirus . VZV es en el Grupo I de la Clasificación de Baltimore, ya que es un virus de ADN de doble cadena que no utiliza la transcriptasa inversa.

Papel en la enfermedad humana

Visión general de los principales tipos de infección viral y las especies más notables involucrados

Ejemplos de enfermedades humanas comunes causadas por virus incluyen el resfriado común , la gripe, la varicela , y el herpes labial. muchas enfermedades graves como el ébola, el sida , la gripe aviar y el SARS son causadas por virus. La capacidad relativa de los virus para causar la enfermedad se describe en términos de virulencia. Otras enfermedades están bajo investigación en cuanto a si ellos también tienen un virus como el agente causante, tales como la posible conexión entre virus del herpes humano 6 (HHV6) y enfermedades neurológicas como la esclerosis múltiple y síndrome de fatiga crónica. Existe controversia sobre si el bornavirus, pensaba anteriormente para causar enfermedades neurológicas en caballos, podría ser responsable de enfermedades psiquiátricas en los seres humanos.

Los virus tienen diferentes mecanismos por los que producen la enfermedad en un organismo, que depende en gran medida de las especies virales. Mecanismos a nivel celular incluyen principalmente la lisis celular, la muerte romper abierta y posterior de la célula. En organismos multicelulares, si suficientes células mueren, todo el organismo empieza a sufrir los efectos. Aunque los virus causan la interrupción de sana homeostasis, lo que resulta en la enfermedad, pueden existir relativamente inofensiva dentro de un organismo. Un ejemplo podría incluir la capacidad de la virus herpes simplex, que causa el herpes labial, para permanecer en un estado latente dentro del cuerpo humano. Esto se conoce como latencia y es una característica de los virus del herpes, incluyendo el virus de Epstein-Barr, que causa la fiebre glandular, y el virus de la varicela zoster, que causa la varicela y tejas. La mayoría de personas han sido infectadas con al menos uno de estos tipos de virus herpes. Sin embargo, estos virus latentes pueden a veces ser beneficioso, ya que la presencia del virus puede aumentar la inmunidad contra los patógenos bacterianos, tales como Yersinia pestis .

Algunos virus pueden causar toda la vida o infecciones crónicas, donde los virus siguen replicar en el cuerpo a pesar de los mecanismos de defensa del huésped. Esto es común en las infecciones por virus de la hepatitis B y el virus de la hepatitis C. Las personas con infección crónica son conocidos como portadores, ya que sirven como reservorios del virus infeccioso. En poblaciones con una alta proporción de portadores, la enfermedad se dice que es endémica.

Epidemiología

Viral epidemiología es la rama de la ciencia médica que se ocupa de la transmisión y el control de las infecciones de virus en los seres humanos. La transmisión del virus puede ser vertical, es decir de madre a hijo, u horizontal, lo que significa de persona a persona. Ejemplos de transmisión vertical incluyen el virus de la hepatitis B y el VIH, en el que el bebé nace ya infectado con el virus. Otra, más raro, ejemplo es el virus de la varicela zoster, el cual, a pesar de que causa infecciones relativamente leves en los seres humanos, puede ser fatal para el feto y el bebé recién nacido.

La transmisión horizontal es el mecanismo más común de propagación del virus en las poblaciones. La transmisión puede ocurrir cuando: fluidos corporales se intercambian durante la actividad sexual, por ejemplo, el VIH; la sangre se intercambia por transfusión contaminada o el uso compartido de agujas, por ejemplo, la hepatitis C; intercambio de saliva por la boca, por ejemplo, el virus de Epstein-Barr; agua o alimentos contaminados se ingieren, por ejemplo, el norovirus; aerosoles que contienen viriones son inhalados, por ejemplo, el virus de la influenza; y vectores de insectos tales como mosquitos penetran en la piel de un huésped, por ejemplo, dengue. La tasa o velocidad de transmisión de infecciones virales depende de factores que incluyen la densidad de población, el número de individuos susceptibles, (es decir, los que no están inmunes), la calidad de la asistencia sanitaria y el clima.

Epidemiología se utiliza para romper la cadena de infección en las poblaciones durante los brotes de enfermedades virales. las medidas de control se utilizan que se basan en el conocimiento de cómo se transmite el virus. Es importante encontrar la fuente o las fuentes, del brote e identificar el virus. Una vez que el virus ha sido identificado, la cadena de transmisión a veces puede ser roto por las vacunas. Cuando las vacunas no están disponibles, el saneamiento y la desinfección pueden ser eficaces. A menudo, las personas infectadas están aislados del resto de la comunidad, y los que han estado expuestos al virus se colocan en cuarentena. Para controlar la estallido de fiebre aftosa en el ganado en Gran Bretaña en 2001, se sacrificaron miles de cabezas de ganado. La mayoría de las infecciones virales de los seres humanos y otros animales tienen períodos de incubación durante el cual la infección no causa ningún signo o síntoma. Los períodos de incubación de las enfermedades virales van desde unos pocos días o semanas, pero son conocidos por la mayoría de las infecciones. Algo se superponen, pero sobre todo después del período de incubación, hay un período de transmisibilidad - un momento en que una persona o animal infectado es contagioso y puede infectar a otra persona o animal. Esto, también, es conocida por muchas infecciones virales, y el conocimiento de la longitud de ambos periodos es importante en el control de los brotes. Cuando los brotes causan una proporción inusualmente alta de casos en una población, comunidad o región, se llaman epidemias. Si los brotes se extienden en todo el mundo, se les llama pandemias.

Las epidemias y pandemias

Imagen de microscopio electrónico de transmisión de un recreadovirus de la influenza 1918

Poblaciones nativas americanas fueron devastadas por las enfermedades contagiosas, en particular, la viruela , traídas a América por los colonizadores europeos. No está claro cuántos americanos nativos fueron muertos por enfermedades extranjeras después de la llegada de Colón a América, pero los números se han estimado en cerca del 70% de la población indígena. El daño causado por esta enfermedad ayudó significativamente los intentos europeos de desplazar y conquistar a la población nativa.

La pandemia es una epidemia mundial. La pandemia de gripe de 1918, que duró hasta 1919, fue una pandemia de gripe de categoría 5 provocada por una gripe inusualmente severa y mortal virus. Las víctimas a menudo eran adultos jóvenes sanos, a diferencia de la mayoría de los brotes de influenza, que afectan predominantemente pacientes menores de edad, ancianos, o de otra manera debilitados. Estimaciones más antiguas dicen que mató a 40-50 millones de personas, mientras que la investigación más reciente sugiere que puede haber matado a un máximo de 100 millones de personas, o el 5% de la población mundial en 1918.

La mayoría de los investigadores creen que el VIH se originó en el África subsahariana durante el siglo 20; ahora es una pandemia, con un estimado de 38,6 millones de personas que ahora viven con la enfermedad en todo el mundo. La Conjunto de las Naciones Unidas sobre el VIH / SIDA (ONUSIDA) y la Organización Mundial de la Salud estimación (OMS) de que el SIDA ha matado a más de 25 millones de personas desde que fue reconocido primero el 5 de junio de 1981, por lo que es una de las epidemias más destructivas de la historia registrada. En 2007 se produjeron 2,7 millones de nuevas infecciones por el VIH y 2 millones de muertes relacionadas con el VIH.

Virus Marburg

Varios patógenos virales altamente letales son miembros de la Filoviridae . Filovirus son virus-filamento que causan fiebre hemorrágica viral, e incluyen el ébola y el virus de Marburgo. El virus de Marburgo atrajo amplia atención de la prensa en abril de 2005 por un brote en Angola . A partir de octubre de 2004 y continuando en 2005, el brote fue peor epidemia mundial de cualquier tipo de fiebre hemorrágica viral.

Cáncer

Los virus son una causa establecida de cáncer en los seres humanos y otras especies. Cánceres virales se producen sólo en una minoría de las personas infectadas (o animales). Virus cáncer provienen de una variedad de familias de virus, incluyendo los virus de ARN y ADN, y lo que no hay un solo tipo de " oncovirus "(un término obsoleto utilizado originalmente para los retrovirus de transformación aguda). El desarrollo del cáncer se determina por una variedad de factores tales como la inmunidad del huésped y las mutaciones en el huésped. Los virus aceptados para causar cánceres humanos incluyen algunos genotipos del virus del papiloma humano, virus de la hepatitis B, virus de la hepatitis C, Virus de Epstein-Barr, virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi y el virus T-linfotrópico humano. El virus del cáncer humano más recientemente descubierto es un poliomavirus ( poliomavirus de células de Merkel) que causa la mayoría de los casos de una rara forma de cáncer de piel llamada carcinoma de células de Merkel. Virus de la hepatitis pueden convertirse en una infección viral crónica que conduce a cáncer de hígado . La infección por el virus linfotrópico T humano puede conducir a la paraparesia espástica tropical y leucemia de células T adultas. Virus del papiloma humano son una causa establecida de los cánceres de cuello uterino, piel, ano y pene. Dentro de Herpesviridae , herpesvirus asociado al sarcoma de Kaposi causa del sarcoma y la cavidad corporal linfoma de Kaposi, y el virus de Epstein-Barr causa Linfoma de Burkitt, del linfoma de Hodgkin, B trastorno linfoproliferativo, y el carcinoma nasofaríngeo. Poliomavirus de células de Merkel estrechamente relacionado con poliomavirus SV40 y el ratón que se han utilizado como modelos animales para los virus de cáncer durante más de 50 años.

Anfitrión mecanismos de defensa

La primera línea de defensa del cuerpo contra los virus es el sistema inmune innato. Este comprende células y otros mecanismos que defienden el huésped de la infección de una manera no específica. Esto significa que las células del sistema innato reconocen y responden a, patógenos de forma genérica, pero, a diferencia del sistema inmune adaptativo, que no confiere de larga duración o de protección de inmunidad para el huésped.

La interferencia de ARN es una importante defensa innata contra los virus. Muchos virus tienen una estrategia de replicación que implica ARN de doble cadena (dsRNA). Cuando un virus tales infecta una célula, libera su molécula de ARN o moléculas, que se unen inmediatamente a un complejo proteína llamada dicer que corta el ARN en pedazos más pequeños. Una vía bioquímica llamado el complejo RISC se activa, que degrada el ARNm viral y la célula sobrevive a la infección. Los rotavirus evitan este mecanismo por no uncoating totalmente dentro de la célula y por la liberación de ARNm recién producido a través de poros en la cápside interna de la partícula. El dsRNA genómico permanece protegida en el interior del núcleo del virión.

Cuando el sistema inmune adaptativo de un vertebrado encuentra un virus, produce específicas anticuerpos que se unen al virus y, a menudo hacen que no infecciosa. Se llama inmunidad humoral. Dos tipos de anticuerpos son importantes. El primero, llamado IgM, es altamente eficaz en los virus neutralizantes, pero es producida por las células del sistema inmunológico solamente durante unas semanas. El segundo, llamado IgG, se produce de forma indefinida. La presencia de IgM en la sangre del anfitrión se utiliza para la prueba de infección aguda, mientras que IgG indica una infección en algún momento en el pasado. Anticuerpos IgG se mide cuando las pruebas para se realizan inmunidad.

Los anticuerpos pueden seguir siendo un mecanismo de defensa eficaz, incluso después de los virus han logrado ganar la entrada a la célula huésped. Una proteína que se encuentra en las células, llamado TRIM21, se puede unir a los anticuerpos en la superficie de la partícula de virus. Esto ceba la posterior destrucción del virus por las enzimas de la célula del sistema proteosoma.

Dos rotavirus: la de la derecha está recubierta con anticuerpos que detener su adhiera a las células y contagiarlos

Una segunda defensa de vertebrados contra los virus se denomina inmunidad mediada por células e implica células inmunes conocidas como células T. Las células del cuerpo constantemente muestran fragmentos cortos de sus proteínas en la superficie de la célula, y, si una célula T reconoce un fragmento viral sospechoso allí, la célula huésped es destruida por T asesinas células y las células T específicas del virus proliferar. Las células, como la de los macrófagos son especialistas en este la presentación de antígenos. La producción de interferón es un mecanismo de defensa del huésped importante. Esta es una hormona producida por el cuerpo cuando los virus están presentes. Su papel en la inmunidad es complejo; con el tiempo se detiene los virus se reproduzcan al matar a la célula infectada y sus vecinos cercanos.

No todas las infecciones de virus producen una respuesta inmune protectora de esta manera. VIH evade el sistema inmune mediante la constante cambio de la secuencia de aminoácidos de las proteínas en la superficie del virión. Estos virus persistentes evadir el control inmunológico mediante el secuestro, el bloqueo de la presentación de antígenos, la resistencia de citoquinas, la evasión de las actividades de células asesinas naturales, escapar de la apoptosis, y el cambio antigénico. Otros virus, llamado virus neurotróficos , se difunden por la propagación de los nervios en el que el sistema inmunológico puede ser incapaz de llegar a ellos.

Prevención y tratamiento

Debido a que los virus utilizan vías metabólicas vitales dentro de las células huésped para replicarse, que son difíciles de eliminar sin utilizar medicamentos que causan efectos tóxicos a las células huésped en general. Los enfoques médicos más eficaces para las enfermedades virales son las vacunas para proporcionar inmunidad a la infección, y los medicamentos antivirales que interfieren selectivamente con la replicación viral.

Vacunas

La vacunación es una forma barata y eficaz de prevención de las infecciones por virus. Las vacunas se usan para prevenir infecciones virales mucho antes del descubrimiento de los virus actuales. Su uso se ha traducido en una disminución dramática en la morbilidad (enfermedad) y mortalidad (muerte) asociada con infecciones virales, como la poliomielitis , el sarampión , las paperas y la rubéola . Infecciones de viruela han sido erradicadas. Hay vacunas disponibles para prevenir más de trece infecciones virales de los seres humanos, y más se utilizan para prevenir las infecciones virales de los animales. Las vacunas pueden consistir en virus vivos atenuados o muertos, o proteínas virales ( antígenos). Las vacunas vivas contienen formas del virus, que no causan la enfermedad, pero, no obstante, conferir inmunidad debilitados. Tales virus son llamados atenuada. Las vacunas vivas pueden ser peligrosos cuando se les da a las personas con una inmunidad débil, (que se describen como inmunocomprometidos), debido a que en estas personas, el virus debilitado puede causar la enfermedad original. Técnicas de la biotecnología y de la ingeniería genética se utilizan para producir vacunas de subunidades. Estas vacunas usan sólo las proteínas de la cápside del virus. Vacuna contra la hepatitis B es un ejemplo de este tipo de vacuna. Las vacunas de subunidades son seguras para pacientes inmunocomprometidos porque no pueden causar la enfermedad. La fiebre amarilla vacuna contra el virus, una cepa viva atenuada denominada 17D, es probable que la vacuna más segura y efectiva jamás generada.

Los medicamentos antivirales

Guanosina

El análogo de guanosinaAciclovir

Los medicamentos antivirales son a menudo análogos de nucleósidos, (bloques de construcción de ADN falso), que los virus incorporan por error en sus genomas durante la replicación. El ciclo de vida del virus se detuvo a continuación, debido a que el ADN recién sintetizado es inactivo. Esto se debe a que estos análogos carecen de los grupos hidroxilo, los cuales, junto con fósforo átomos, se unen para formar el fuerte "columna vertebral" de la molécula de ADN. Esto se llama DNA cadena de terminación. Ejemplos de análogos de nucleósidos son aciclovir para el herpes simplex infecciones de virus y lamivudina para las infecciones por virus de VIH y Hepatitis B. Aciclovir es uno de los medicamentos antivirales más antiguos y más frecuentemente prescritos. Otros fármacos antivirales en uso se dirigen a distintas etapas del ciclo de vida viral. VIH depende de una enzima proteolítica llamada VIH-1 proteasa para que sea plenamente infecciosa. Hay una gran clase de medicamentos llamados inhibidores de la proteasa que inactivan esta enzima.

Hepatitis C es causada por un virus de ARN. En el 80% de las personas infectadas, la enfermedad es crónica y sin tratamiento, están infectados por el resto de sus vidas. Sin embargo, ahora existe un tratamiento eficaz que utiliza el fármaco análogo de nucleósido combinado con ribavirina interferón. El tratamiento de crónicas portadores del virus de la hepatitis B mediante el uso de una estrategia similar utilizando lamivudina se ha desarrollado.

La infección en otras especies

Los virus infectar a toda la vida celular y, aunque los virus producen universalmente, cada especie celular tiene su propio rango específico que a menudo infectan sólo eso especie. Algunos virus, llamados satélites, sólo pueden replicarse dentro de las células que ya han sido infectadas por otro virus. Los virus son agentes patógenos importantes del ganado. Enfermedades como la fiebre aftosa y la lengua azul son causadas por virus. Los animales de compañía tales como gatos, perros y caballos, si no vacunados, son susceptibles a las infecciones virales graves. parvovirus canino es causada por un virus de ADN pequeños y las infecciones son a menudo mortal en cachorros. Al igual que todos los invertebrados , la abeja de la miel es susceptible a muchas infecciones virales. Sin embargo, la mayoría de los virus de coexistir sin causar daño en su huésped y no causan signos o síntomas de la enfermedad.

Los virus de plantas

Peppers infectadas por el virus del moteado suave

Hay muchos tipos de virus de planta, pero a menudo sólo causan una pérdida de rendimiento, y no es económicamente viable para tratar de controlar ellos. Los virus de plantas a menudo se propagan de planta a planta por organismos , conocidos como vectores . Estos son normalmente insectos, pero algunos hongos , gusanos nematodos , y organismos unicelulares se han demostrado para ser vectores. Cuando el control de las infecciones de virus de plantas se considera económico, para las frutas perennes, por ejemplo, los esfuerzos se concentran en matar a los vectores y la eliminación de hospedantes alternativos tales como malas hierbas. Los virus de plantas no pueden infectar a los seres humanos y otros animales, ya que pueden reproducir sólo en las células de plantas vivas.

Las plantas tienen elaborados y eficaces mecanismos de defensa contra los virus. Uno de los más eficaces es la presencia de los llamados genes de resistencia (R). Cada gen R confiere resistencia a un virus particular mediante la activación de áreas localizadas de la muerte celular alrededor de la célula infectada, que a menudo se puede ver a simple vista como manchas grandes. Esto evita que la infección se propague. La interferencia de ARN es también una defensa efectiva en las plantas. Cuando están infectadas, las plantas a menudo producen desinfectantes naturales que matan los virus, tales como el ácido salicílico, óxido nítrico, y las moléculas de oxígeno reactivas.

Partículas de virus de planta o partículas similares a virus (VLP) tienen aplicaciones tanto en la biotecnología y nanotecnología. Las cápsidas de la mayoría de los virus de plantas son estructuras simples y robustos y se pueden producir en grandes cantidades, ya sea por la infección de las plantas o por expresión en una variedad de sistemas heterólogos . Partículas de virus de plantas se pueden modificar genéticamente y químicamente para encapsular material extraño y se pueden incorporar en las estructuras supramoleculares para su uso en biotecnología.

Bacterias

Micrografía electrónica de transmisión de múltiples bacteriófagos unidos a una pared celular bacteriana

Los bacteriófagos son un grupo común y diversa de virus y son la forma más abundante de entidad biológica en ambientes acuáticos - hay hasta diez veces más de estos virus en los océanos que hay bacterias, alcanzando niveles de 250 millones bacteriófagos por mililitro de agua de mar. Estos virus infectan bacterias específicas por la unión a la superficie moléculas receptoras y luego entrar en la célula. Dentro de un corto período de tiempo, en algunos casos, tan sólo minutos, bacteriana polimerasa inicia la traducción de ARNm viral en proteínas. Estas proteínas van a convertirse en cualquiera de los nuevos viriones dentro de la célula, proteínas auxiliares, que ayudan montaje de nuevos viriones o proteínas implicadas en la lisis celular. Viral enzimas ayudan en la ruptura de la membrana celular, y, en el caso del fago T4, en poco más de veinte minutos después de la inyección de más de trescientos fagos podrían ser liberados.

Las principales bacterias manera defenderse de los bacteriófagos es mediante la producción de enzimas que destruyen el ADN extraño. Estas enzimas, denominadas endonucleasas de restricción, cortan el ADN viral que los bacteriófagos inyectan en las células bacterianas. Las bacterias también contienen un sistema que utiliza secuencias de CRISPR para retener fragmentos de los genomas de los virus que las bacterias han estado en contacto con en el pasado, lo que les permite bloquear la replicación del virus a través de una forma de La interferencia de ARN. este sistema genético proporciona bacterias con la inmunidad adquirida a infección.

Archaea

Algunos virus se replican dentro de arqueas: estos son los virus de doble cadena de ADN con formas inusuales ya veces únicas. Estos virus han sido estudiados en más detalle en las arqueas termófilas, en particular las órdenes Sulfolobales y Thermoproteales. Defensas contra estos virus pueden implicar la interferencia de ARN a partir de secuencias de ADN repetitivas dentro de los genomas archaean que están relacionados con los genes de los virus.

Papel en los ecosistemas acuáticos

Una cucharadita de agua de mar contiene alrededor de un millón de virus. Son esenciales para la regulación de los ecosistemas de agua salada y de agua dulce. La mayoría de estos virus son bacteriófagos, que son inofensivos para las plantas y los animales. Se infectan y destruyen las bacterias en las comunidades microbianas acuáticas, que comprende el mecanismo más importante de reciclaje de carbono en el medio ambiente marino. Las moléculas orgánicas liberadas de las células bacterianas por los virus estimula el crecimiento de bacterias y algas fresco.

Los microorganismos constituyen más del 90% de la biomasa en el mar. Se estima que los virus matan a aproximadamente 20% de esta biomasa cada día y que hay 15 veces más virus en los océanos, ya que hay bacterias y arqueas. Los virus son los principales agentes responsables de la rápida destrucción de los dañinos proliferación de algas, que a menudo matan a otras especies marinas. El número de virus en los océanos disminuye aún más en alta mar y más en el agua, donde hay menos organismos huésped.

Los efectos de los virus marinos son de largo alcance; mediante el aumento de la cantidad de la fotosíntesis en los océanos, los virus son indirectamente responsables de la reducción de la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera por aproximadamente 3 gigatoneladas de carbono por año.

Como cualquier organismo, mamíferos marinos son susceptibles a las infecciones virales. En 1988 y 2002, miles de focas murieron en Europa por el virus del moquillo Focino. Muchos otros virus, incluyendo el calicivirus, herpesvirus, adenovirus y parvovirus, circulan en las poblaciones de mamíferos marinos.

Papel en la evolución

Los virus son un importante medio natural de la transferencia de genes entre diferentes especies, lo que aumenta la diversidad genética y las unidades de la evolución. Se cree que los virus juegan un papel central en la evolución temprana, antes de que la diversificación de las bacterias, arqueas y eucariotas y en el momento del último ancestro común universal de la vida en la Tierra. Los virus siguen siendo una de las mayores reservas de diversidad genética inexplorada de la Tierra.

Aplicaciones

Ciencias de la vida y la medicina

Científico que estudia elH5N1virus de la gripe

Los virus son importantes para el estudio de molecular y la biología celular, ya que proporcionan sistemas simples que se pueden utilizar para manipular e investigar las funciones de las células. El estudio y el uso de virus han proporcionado información valiosa sobre aspectos de la biología celular. Por ejemplo, los virus han sido útiles en el estudio de la genética y ayudado a nuestra comprensión de los mecanismos básicos de la genética molecular, tales como la replicación del ADN, transcripción, procesamiento del ARN, la traducción, la proteína de transporte, y inmunología.

Los genetistas suelen utilizar virus como vectores para introducir genes en las células que se están estudiando. Esto es útil para la fabricación de la célula producen una sustancia extraña, o para estudiar el efecto de la introducción de un nuevo gen en el genoma. De manera similar, virotherapy utiliza virus como vectores para el tratamiento de diversas enfermedades, ya que pueden dirigirse específicamente a las células y el ADN. Se muestra el uso prometedor en el tratamiento del cáncer y en la terapia génica. Científicos europeos orientales han utilizado la terapia de fagos como una alternativa a los antibióticos durante algún tiempo, y el interés en este enfoque es cada vez mayor, debido al alto nivel de resistencia a los antibióticos ya que se encuentra en algunas bacterias patógenas. La expresión de proteínas heterólogas por virus es la base de varios procesos de fabricación que se utilizan actualmente para la producción de diversas proteínas tales como vacunas antígenos y anticuerpos. Los procesos industriales se han desarrollado recientemente utilizando vectores virales y una serie de proteínas farmacéuticas están actualmente en ensayos preclínicos y clínicos.

Ciencia y nanotecnología Materiales

Las tendencias actuales en nanotecnología prometen hacer mucho más versátil uso de virus. Desde el punto de vista de un científico de materiales, los virus pueden ser considerados como nanopartículas orgánicas. Su superficie lleva herramientas específicas diseñadas para cruzar las barreras de sus células huésped. El tamaño y forma de los virus, y el número y naturaleza de los grupos funcionales en su superficie, se define con precisión. Como tal, los virus se utilizan comúnmente en la ciencia de materiales como andamios para modificaciones de superficie unidos covalentemente. Una calidad particular de los virus es que pueden ser adaptados por evolución dirigida. Las poderosas técnicas desarrolladas por las ciencias biológicas están convirtiendo en la base de la ingeniería se acerca hacia los nanomateriales, la apertura de una amplia gama de aplicaciones mucho más allá de la biología y la medicina.

Debido a su tamaño, forma y estructuras químicas bien definidas, los virus han sido usados ​​como plantillas para la organización de los materiales en la nanoescala. Ejemplos recientes incluyen el trabajo en el Laboratorio de Investigación Naval en Washington, DC , usando Mosaic Virus (caupí partículas CPMV) para amplificar las señales de los sensores basados ​​en microarrays de ADN. En esta aplicación, las partículas de virus separan los fluorescente tintes utilizados para la señalización para evitar la formación de no fluorescentes dímeros que actúan como desactivadores. Otro ejemplo es el uso de CPMV como un tablero nanoescala para la electrónica molecular.

Virus sintéticos

Muchos virus pueden ser sintetizados de novo ("desde cero") y el primer virus sintético fue creado en 2002. Aunque algo de un error, que no es el virus real que se sintetiza, sino más bien su genoma de ADN (en el caso de un DNA virus), o una copia de cDNA de su genoma (en el caso de los virus de ARN). Para muchas familias de virus el ADN desnudo sintético o ARN (una vez enzimáticamente convertido de nuevo a partir del ADNc sintético) es infeccioso cuando se introduce en una célula. Es decir, que contienen toda la información necesaria para producir nuevos virus. Esta tecnología está siendo utilizado para investigar las estrategias de vacunación novedosas. La capacidad de sintetizar virus tiene consecuencias de gran alcance, ya que los virus ya no pueden ser considerados como extinta, siempre y cuando la información de su secuencia del genoma es conocido y células permisivas están disponibles. En la actualidad, las secuencias del genoma de longitud total de 2.408 virus diferentes (incluyendo la viruela) están disponibles al público en una base de datos en línea, mantenido por el Institutos Nacionales de Salud.

Armas

La capacidad de los virus para causar devastadoras epidemias en las sociedades humanas ha conducido a la preocupación de que los virus podrían ser en armas para la guerra biológica. Además se expresó preocupación por la reconstrucción exitosa del virus de la influenza infame 1918 en un laboratorio. La viruela virus devastó numerosas sociedades a lo largo de la historia antes de su erradicación. Hay oficialmente sólo dos centros en el mundo que mantienen las poblaciones de virus de la viruela - el laboratorio Vector Rusia, y los Centros para el Control de Enfermedades. Pero teme que pueda ser utilizado como un arma no son totalmente infundadas; la vacuna para la viruela tiene efectos secundarios graves a veces - en los últimos años antes de la erradicación de la enfermedad de la viruela más personas enfermaron gravemente como resultado de la vacunación que hizo la gente de la viruela - y la vacunación contra la viruela se practica ya no universalmente. Por lo tanto, gran parte de la población humana moderna casi no tiene establecida la resistencia a la viruela.