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¿QUÉ ES UN GEN? | CAPÍTULO 5
CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS

Bienvenido. ¡¡¡ Volvemos a estar aquí !!! ¿Recordáis dónde lo dejamos? Pues bien. En esta segunda parte del capítulo sobre virus volvemos al mundo biológico, al mundo físico de las moléculas orgánicas y de las células vivas. ¡¡¡ Continuemos !!!


M e gustaría iniciar esta segunda parte del capítulo hablando de la forma en la que los científicos clasificamos a los virus. Como veréis, si nos centramos en las características en las que ahora profundizaremos, resulta relativamente sencillo clasificar a los virus. Y, cuando aprendamos a clasificar a los virus, será muy muy sencillo clasificar al resto de organismos. Los virus son uno de los seres más complicados que existen y, aun así, veréis como, con paciencia, los entenderemos. No os preocupéis si al finalizar el capítulo no acabáis de entender algún concepto. Aun nos queda mucho por aprender. Más adelante, cuando hayamos aprendido como funciona el cuerpo humano, entonces, podéis volver a leer el capítulo y seguro que entendéis aquellos fragmentos del capítulo que ahora os cuestan más.

By Gorry and others [CC BY 2.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons

Clasificación de las vacunas. Una vacuna es una preparación destinada a generar inmunidad adquirida contra una enfermedad estimulando la producción de anticuerpos.​ Una vacuna contiene típicamente un agente que se asemeja a un microorganismo causante de la enfermedad y a menudo se hace a partir de formas debilitadas o muertas del microbio, sus toxinas o una de sus proteínas de superficie. El agente estimula el sistema inmunológico del cuerpo a reconocer al agente como una amenaza, destruirla y guardar un registro del mismo, de modo que el sistema inmune puede reconocer y destruir más fácilmente cualquiera de estos microorganismos que encuentre más adelante. Las vacunas se usan con carácter profiláctico, es decir, para prevenir o aminorar los efectos de una futura infección por algún patógeno natural o "salvaje".

C omo comentábamos en la primera parte del capítulo, ya sea en el mundo digital como en el biológico, los conceptos que nos ayudarán a clasificar a los virus, son similares. Básicamente, podemos clasificar a los virus en función de las siguientes características que, además, nos ayudaran a predecir con gran fidelidad como actuará cada virus. ¡Exactamente! Si estudiamos al virus, su forma, conformación, simetría, contenido, genes, etc, podemos predecir con anterioridad cómo se comportará el virus. Como os explicaba, podemos clasificar a los virus en función de:

  1. CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS EN FUNCIÓN DEL TIPO DE MOLÉCULA DE ÁCIDO NUCLÉICO QUE USA PARA ALMACENAR SU GENOMA (ADN o ARN)
  2. Para empezar, podemos dividir las distintas especies de virus que conocemos en función del ácido nucleico que el virus ha seleccionado para almacenar su genoma. Sencillamente destacar que los virus que seleccionan la molécula de ADN para almacenar su genoma serán más estables y resistentes a la mutación. En cambio, los virus que han seleccionada la molécula de ARN para almacenar su genoma, serán más "sensibles" y propensos a cambiar. El cambio puede ser evolutivamente positivo, es decir, proporcionar una mejora genética significativa pero ... del mismo modo, el cambio también puede ser negativo, es decir, proporcionar un error letal que destruya al virus. En cualquier caso, la generación de mutaciones que permitan la evolución de los virus será posible gracias a fenómenos de mutación (producida por errores de las polimerasas o por agentes mutagénicos externos), recombinación (en virus de ADN) o reorganización (en el caso de virus con genomas segmentados como, por ejemplo, la gripe).

    By Photo Credit: Cynthia GoldsmithContent Providers(s): CDC/ Dr. Terrence Tumpey/ Cynthia Goldsmith [Public domain], via Wikimedia Commons

    Virus de la gripe del 1918 reconstruido. La epidemia de gripe de 1918 (también conocida como la gran epidemia de gripe, la gran gripe o la gripe española ) fue una pandemia de gripe de inusitada gravedad. A diferencia de otras epidemias de gripe que afectan básicamente a niños y ancianos, muchas de sus víctimas fueron jóvenes y adultos saludables, y animales, entre ellos perros y gatos. ​Es considerada la pandemia más devastadora de la historia humana, ya que en solo un año mató entre 20 y 40 millones de personas.​ Esta cifra de muertos, que incluía una alta mortalidad infantil, se considera uno de los ejemplos de crisis de mortalidad. Con el fin de estudiar la pandemia de gripe, los científicos han empleado muestras de tejido de víctimas congeladas para reproducir el virus.

    L a reorganización es un mecanismo clásico de generación de variabilidad vírica y tiene lugar cuando dos virus de la misma especie, pero genéticamente distintas, co-infectan al mismo tiempo una célula. Si eso sucede, se mezclarán segmentos de ambas cepas y se podrá generar una nueva gama de virus con fragmentos de genoma de las 2 cepas. A modo de ejemplo, me gustaría comentar que este fenómeno es el que hace que el virus de la gripe consiga evolucionar cada año, adquiriendo una nueva envoltura con proteínas reorganizadas, razón por la cual cuesta tanto crear una vacuna eficiente para siempre.

    See page for author [CC BY 4.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], via Wikimedia Commons

    Edward Jenner, el «padre de la inmunología moderna», realizó las primeras inoculaciones, específicamente vacunas contra la viruela.

    C omo veis, cada molécula tiene sus pros y sus contras y, cómo no, los virus han aprendido a usas esas desventajas a su favor. Si un virus elige un genoma basado en una molécula de ARN, podrá evolucionar a una mayor velocidad pero ... si eso sucede ... quizá haga que no se preocupe por ir acumulando genes (variabilidad) y, poder así aumentar su biblioteca de programas que, al final, le confieren estabilidad y recursos para adaptarse a distintos ambientes o situaciones. Es decir, un virus de ARN tendrá más facilidades para modificar su genoma y poder así especializarse en mejorar sus defensas o, si así lo decide, en mejorar su ataque. Una vez una cepa "decida" especializarse en ser la mejor atacando, olvidará la importancia de defenderse, puesto que en ese momento no la necesita, y, inexorablemente, se volverá débil frente a un contraataque.

    By Bruce Wetzel (photographer). Harry Schaefer (photographer) (Image and description: National Cancer Institute) [Public domain], via Wikimedia Commons

    Una imagen al microscopio electrónico de barrido de sangre humana normal circulante. Se pueden ver glóbulos rojos, varios glóbulos blancos incluyendo linfocitos, un monocito, un neutrófilo y muchas plaquetas pequeñas en forma de disco.

    En cambio, un virus de ADN es distinto. Puede acumular genes, puede esperar, es paciente, disciplinado, resistente. Los virus de ADN prefieren, o eso parece, convivir con nosotros. Intentan adaptarse, pasar desapercibidos, convivir. Si se puede llamar así. Como evolucionan más lentamente nos permiten evolucionar junto a ellos. Son sutiles, pero eficaces. Una vez nos infectan, pueden permanecer silenciosos muchos años. Así son los virus. Cada especie de virus tiene su propia personalidad en función de la molécula genética que ha seleccionado para guardar su genoma, es decir, en forma de la molécula de ADN o, en su lugar, de ARN.

  3. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DE SU SIMETRÍA
  4. La simetría de la cápside de un virus, por ejemplo, simetría icosaedrica, helicoidal o compleja, viene definida por el tipo y número de proteínas estructurales que envuelven y protegen el genoma del virus. La suma de proteínas que protegen el virus adquirirán una forma característica relacionada, en gran medida, al sistema de infección que usará posteriormente para infectar a su huésped. Es decir, cada especie de virus ha adaptado su forma, tamaño y, puede que tipo de genoma, a las características defensivas de las células que quieren infectar.

    Antares42 at English Wikipedia [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

    Diagrama de cómo una cápside del virus se puede construir usando copias múltiples de apenas dos moléculas de la proteína.

    La morfología icosaédrica, también llamada isométrica, se caracterizan por cápsides con morfología similar a la de una esfera. Pueden tener envuelta formada por una membrana lipídica o no tener envuelta. Es decir, la PV estará formada sencillamente por una cápside de proteínas. En virología, la palabra nucleocápside, describe a la suma de ácido nucléico más cápside, es decir, la envuelta, cápside y su contenido, el ácido nucléico. En cuanto a las PV helicoidales, hay que destacar que tienen una forma de filamento. Para conseguir esta forma, las partículas víricas helicoidales estructuran sus proteínas formando una hélice a lo largo del eje longitudinal de la estructura.

    By Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

    Modelo 3D de una estructura helicoidal de la cápside de un virus.

    Recordad, TODOS los virus helicoidales tienen una envuelta lipídica que permite replegar la nucleocápside pudiendo llegar a formar partículas esféricas en algunos casos. Finalmente, en virus de ADN existe un caso especial a destacar. La familia Poxviridae se caracteriza por tener una cápside compleja.

    https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Orf_virus.jpg

    Microscopía electrónica de un Parapoxvirus.

    En cuanto a la simetría de la cápside se refiere, se ha observado que los virus animales normalmente tienen simetrías icosahédrica. En cambio, los virus vegetales normalmente tienen simetría helicoidal con un genoma partido. Los fagos, virus de bacterias, normalmente tienen una simetría mixta, con una "cabeza" con una forma isométrica y una "cola" helicoidal.

    By user:Y_tambe (Y_tambe's file) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0)], via Wikimedia Commons

    Estructura del bacteriófago T4 | 1. Cabeza 2. Cola 3. Ácido nucleico 4. Cápside 5. Collar 6. Funda 7. Fibra de cola 8. Picos 9. Placa base

    Si os fijáis, los bacteriofagos, se parecen a una garrapata. Tienen sus patitas para agarrarse a la superficie, un cuerpo dónde aloja su genoma y una "mandíbula" con unos "aguijones" que le permiten traspasar la membrana de la célula huésped (incluso las más gruesas) para poder inyectar así su ácido nucléico como si de una inyección se tratara. Por lo tanto, observad. ¡¡¡ Existe una relación directa entre la morfología de un virus y su mecanismo de inyección !!!

    By (Photograph courtesy of Vincent Fischetti and Raymond Schuch, The Rockefeller University.) [CC BY 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)], via Wikimedia Commons

    Gamma-fago a través de un microscopio electrónico. Los bacteriófagos (también llamados fagos -del griego φαγητόν (phagētón), «alimento, ingestión») son virus que infectan exclusivamente a las bacterias. Al igual que los virus que infectan células eucariotas, los fagos están constituidos por una cubierta proteica o cápside en cuyo interior está contenido su material genético, que puede ser ADN, de 5.000 a 500.000 pares de bases. El tamaño de los fagos oscila entre 20 y 200 nm aproximadamente. Los fagos son ubicuos y pueden ser encontrados en diversas poblaciones de bacterias, tanto en el suelo como en la flora intestinal de los animales. Uno de los ambientes más poblados por fagos y otros virus es el agua de mar, donde se estima que puede haber en torno a 10E9 partículas virales por mililitro, pudiendo estar infectadas por fagos el 70 % de las bacterias marinas.

    A modo de ejemplo, el virus T4 que infecta a la bacteria E. Coli, inyecta el ADN del virus. Pero solo el ADN del virus, es decir, ¡¡¡ el resto del virus no entra en la célula huésped !!! Existen unos receptores que provocarán cambios conformacionales en la cola del fago que darán lugar al "disparo" del ácido nucléico. Por lo tanto, la morfología mixta de los fagos puede ser una adaptación al proceso de inyección del genoma vírico, un mecanismo que ha evolucionado para perfeccionar la inyección del genoma del virus.

    Antes de seguir, visualiza el vídeo: Demostración Real 3D infección bacteriófago T4 - Animación Médica

    Otro ejemplo serían los virus animales, que han evolucionado para mejorar la entrada dentro de la célula huésped a través de distintos mecanismos. Un virus animal suele fusionar la membrana lipídica de su envoltura con la membrana celular del huésped. Además, recordad, ¡¡¡ tan importante es la entrada como la salida de las PV !!!

    By Adenosine (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons; By Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

    La estructura "pro-lata" de una cabeza típica en un bacteriófago (PV de la izquierda) y cápside icosaédrica de un adenovirus (PV de la derecha). Imagen NO a escala.

    Como os podéis imaginar, los virus también han diseñado un gran abanico de estrategias para realizar la salida o escape de la célula. Recordad que allí afuera, más allá de la membrana celular, existen un sinfín de moléculas del huésped que intentan detectar al virus para eliminarlo. Sino lo hacen bien, el sistema immunológico del huésped lo detectará y lo eliminará. Eh ahí el gran riesgo de replicarse, si el número de virus es elevado, nuestro cuerpo lo detectará y si el virus baja la guardia, lo destruiremos sin ninguna dificultad. Recordad que nuestro sistema immunológico es muy bueno y es capaz de detectar hasta el más mínimo rastro de estos pequeños organismos. No es fácil, pero hemos adquirido esa capacidad. ¡¡¡ Sigamos !!!

    By Dr. Richard Feldmann (photographer) (National Cancer Institute here) [Public domain], via Wikimedia Commons; By Emmanuel.boutet (Commons File:CMVschema-fr.svg) [CC BY-SA 2.5 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

    A modo de ejemplo, en la imagen anterior os mostramos una representación virtual de la cápside icosahédrica de un Adenovirus y, a la derecha, un esquema simplificado de un Citomegalovirus. Observad como el Citomegalovirus, a diferencia del Adenovirus, cuenta con una envoltura que le conferirá nuevas propiedades. Por ejemplo, poder defenderse de invasores o resistir condiciones más duras dónde la composición de la envoltura le ayudará a protegerse.

    Algunos virus fusionan su envoltura con la del huésped para escapar de la célula huésped mientras que otros sencillamente usan un mecanismo llamado disrupción celular. Es decir, provocan un cambio de pH que romperá la célula huésped y permitirá que las PV se escapen. Al mecanismo por el cual una PV fusiona su membrana para escapar de la célula se le conoce como pinocitosis. Evidentemente, la mejor morfología para poder realizarla es la esférica y por eso muchos virus animales tienen esta forma. Finalmente, los virus de las plantas son distintos. Veréis, ¡¡¡ las plantas no tienen receptores conocidos de virus !!! Que sepamos, vamos... Es decir, en el genoma del resto de organismos, existen pequeñas secuencias que codifican para receptores celulares (proteínas) que el virus identificará y, a través de su unión, le facilitarán la entrada a la célula. Ahora bien, en plantas no conocemos la existencia de ninguna de estas secuencias. Con lo cual, decimos que la infección de un virus a una planta no está mediada por un receptor sino por algún otro factor de la célula huésped. Como las plantas tienen lo que llamamos plasmodesmata, en singular plasmodesma, que serían una especie de túneles que conectan las células vegetales, pues los virus, muy probablemente, viajen a través de ellos. ¿Para qué complicarse no?

    By User:Zlir'a (File:Plasmodesmata.svg) [CC0], via Wikimedia Commons

    Diagrama de algunos plasmodesmata, en singular plasmodesma, son canales microscópicos que atraviesan las paredes celulares de las células vegetales y algunas células algales, lo que permite el transporte y la comunicación entre ellos. A diferencia de las células animales, casi todas las células vegetales están rodeadas por una pared celular polisacárida. Por lo tanto, las células vegetales vecinas están separadas por un par de paredes celulares y la lámina intermedia, formando un dominio extracelular conocido como apoplasto. Aunque las paredes celulares son permeables a las proteínas solubles pequeñas y otros solutos, los plasmodesmata permiten el transporte directo, regulando la concentración de sustancias entre las células. Hay dos formas de plasmodesmata: plasmodesmata primaria, que se forman durante la división celular, y plasmodesmata secundaria, que puede formarse entre las células maduras.

    By Jackacon, vectorised by Smartse (Apoplast and symplast pathways.gif) [Public domain or Public domain], via Wikimedia Commons

    Diagrama de cómo los Plasmodesmata permiten que las moléculas viajen entre las células vegetales a través de la vía simplástica.

    Como los virus vegetales suelen ser helicoidales, es decir, alargados, pueden pasar por los plasmodesmatos. Una vez más, una adaptación a su mecanismo de propagación. Además recordad que los virus vegetales suelen tener su genoma fragmentado en distintas partículas, hecho que facilitará la transmisión facilitando la creación de partículas más pequeñas que contendrán el diminuto pedacito de genoma correspondiente.

    By user:Y_tambe (Y_tambe's file) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5-2.0-1.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0)], via Wikimedia Commons

    Las partículas del Virus del mosaico del tabaco (TMV) se tiñeron negativamente con el metal pesado para hacerlas visibles en el TEM. Ampliado 160.000 X.

    Como veis, los virus son muy "inteligentes", si se le puede llamar así. No piensan, a nivel individual, pero el resultado de su programa y la forma en que lo ejecuta hacen que, en último término, evolucione para ejecutar la siguiente aplicación programada. En verdad, es tan sencillo que hace relativamente viable que, algún día, desarrollemos antivíricos extremadamente eficaces. Aun no, estamos en ello, pero en muy poco tiempo, así será. Ya os contaré como, más adelante, cuando sepamos más sobre nuestro cuerpo y sobre cómo nuestro organismos puede bloquear a estos "pequeños granujas". Para mi, nuestro cuerpo, es un terreno de combate, y, en este sentido, el mejor y más famoso tratado de estrategia del mundo, El Arte de la Guerra, expone que la información es clave antes de luchar. Es decir, que sólo conociendo las fortalezas y las debilidades del contrincante podremos ganar la batalla. Es más, como decía Sun Zu, “Conócete a ti mismo y conoce a tu enemigo”. Aunque, la frase que me gustaría que recordarais es la siguiente: "Si conoces al enemigo y te conoces a ti mismo, no temas el resultado de cien batallas; si te conoces a ti mismo, pero no conoces al enemigo, por cada batalla ganada perderás otra; si no conoces al enemigo ni a ti mismo, perderás cada batalla". Recordadlo, este BLOG, sus capítulos, nuestro esfuerzo, mi mayor ilusión, va destinado precisamente a que aprendáis sobre vosotros mismos, sobre vuestro cuerpo, sus capacidades, su funcionamiento, sus extraordinarios poderes, pero, recordad, también tiene sus debilidades. Pequeños alumnos, juntos, vamos a ganar la batalla, gracias a vosotros. Aprended de lo aprendido, seguid adelante, descifrad el código, resolved el enigma. Reflexionad sobre este parágrafo. A veces, la solución a un problema, está justo delante de vosotros pero, a menudo, no estamos preparados para encontrarla. Cuando estéis preparados, las respuestas vendrán a vosotros. Con lo cual, estad preparados.

  5. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DE LA PRESENCIA / AUSENCIA DE UNA ENVOLUTURA EN FORMA DE BICAPA LIPÍDICA
  6. La presencia (enveloped) / ausencia (naked) de una envoltura en forma de bicapa lipídica que procede de la membrana nuclear y de la membrana citoplasmática de la célula huésped es característica sólo de algunos virus. Recordad que en la envoltura del virus también podemos encontrar proteínas estructurales codificadas por el virus. Cuando las proteínas de la envuelta se fabrican, poco a poco, van migrando hacia la membrana de la célula parasitada dónde permanecerán hasta que el virus decida escapar.

    By Manuel Almagro Rivas (Own work) [CC BY-SA 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], via Wikimedia Commons

    Modelo tridimensional de la cápside del virus del Zika coloreado por cadenas de proteínas. El virus del Zika (ZIKV) es un virus del género Flavivirus, de la familia Flaviviridae, grupo IV del orden sin clasificar que se transmite por la picadura de mosquitos vectores del género Aedes. Al igual que otros virus de su género Flavivirus, el virus del Zika es un virus envuelto con cápside icosaédrica, y su genoma es ARN no segmentado, monocatenario positivo.

    ¿Cómo? ¿Virus envuelto con cápside icosaédrica, y su genoma es ARN no segmentado, monocatenario positivo? Tranquilos, algún día, si estudiáis virología, lo entenderéis todo palabra por palabra. Os acabo de dar un ejemplo muy bueno de definición o clasificación de un virus dónde definimos el tipo de cápside (icosaédrica), el ácido nucleico que usa el virus (ARN), en este caso el virus no fragmenta su genoma (ARN no segmentado), monocatenario, es decir, no transmite la doble cadena de ARN sino una única cadena que, más tarde, se creará dentro de su huésped. Y, finalmente, positivo, es decir, que el ácido nucleico positivo podrá traducirse a proteína tal cual entre en la célula. Si fuera la cadena negativa necesitaría un paso intermedio para transformar la cadena negativa en la positiva, es decir, su complementaria. Supongo que existen distintos motivos para enviar la cadena negativa (no funcional) en lugar de la positiva (funcional) pero, la verdad, son muy complicadas y están relacionadas con el modo de actuación del virus y el tiempo que necesita para preparar su ataque una vez ha entrado dentro de una célula huésped. Más adelante, lo entenderéis.

  7. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DE LA ARQUITECTURA DEL GENOMA DEL VIRUS: CADENA SIMPLE SS LINEAL POSITIVA (+ss), CADENA SIMPLE SS LINEAL NEGATIVA (-ss), CADENA DOBLE ds CIRCULAR (circular ds) Y CADENA DOBLE ds LINEAL (lineal ds)
  8. Esta clasificación es muy sencilla una vez se ha estudiado el mecanismo de duplicación de un virus. Ahora mismo es suficiente con que sepáis que cualquier virus se puede incluir en uno de estos grupos: virus con un ácido nucleico estructurado en una cadena de ADN o ARN en forma de cadena simple ss lineal positiva (+), cadena simple ss lineal negativa (-), cadena doble ds circular o cadena doble ds lineal.

    Como veis, los genomas, al igual que la electricidad, también tienen polaridad negativa (-ss) o positiva (+ss). Si el ARN mensajero tiene una polaridad positiva (+), su hebra complementaria del genoma será una hebra negativa (-) y el ARN mensajero será idéntico a la hebra positiva (+). Me explicaré mejor, veréis, los virus ARN de sentido positivo tienen genomas con la misma polaridad del ARN mensajero (ARNm) y pueden ser empleados directamente para la síntesis de proteínas usando la maquinaria de traducción de la célula huésped. De este modo, en cuanto el ARN del virus entra en la célula, puede, directamente, empezar a traducir las proteínas de los genes que contiene. Es un sistema MUY rápido porqué el virus no necesita realizar una copia complementaria de su ARN y, evidentemente, irá más rápido en sintetizar las proteínas víricas que necesita. Una de estas proteínas codificadas es la ARN replicasa, una ARN polimerasa que sólo poseen algunos virus que copia el ARN viral sin necesidad de pasar por una cadena de ADN intermedia. De este modo, aun pudiendo el ARN mensajero positivo traducirse a proteínas, como necesitará realizar más copias de ella misma, pues necesitará una cadena molde para crear más cadenas positivas como las que infectaron inicialmente la célula. ¿Cómo lo hará? Pues usando la ARN replicasa para crear a partir de la cadena positiva (+ssARN) una cadena negativa (-ssARN) que servirá como molde para crear miles de copias de la cadena positiva. No os preocupéis, son conceptos complicados pero que a los científicos nos ayudan enormemente para poder predecir y anticiparnos al siguiente movimiento del virus. Para que podáis recordar mejor este modelo os diseñaré una tabla sencilla para que lo podáis recordar. El objetivo final es plantearnos la siguiente reflexión: "Dime que genoma tienes y te diré como eres".

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma +ssRNA

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: (+)ssRNA (=mRNA) → proteínas
    Replicación del genoma: (+)ssRNA → (-)ssRNA → (+)ssRNA
    Enzimas: RNA polimerasas codificadas por el virus: (+)ssRNA → (-)ssRNA, (-)ssRNA → (+)ssRNA

    Como hemos comentado, por si fuera poco, los genomas víricos además de poder dividirse en cuatro grupos principales en función de si son cadenas simples o dobles (-ssARN, -dsARN, -ssADN y -dsADN), también pueden ser lineales o circulares. Es decir, que su genoma puede ser como el de nuestros cromosomas (lineales) o puede ser como el de nuestras mitocondrias (circular). En la mayoría de los casos encontramos genomas de cadena simple (ss). Existe un caso muy especial de genoma en los virus digno de destacar porqué se asemeja enormemente al nuestro, a pesar de ser virus. Me refiero al genoma de algunos virus de cadena simple (ss) pero diploide. Este es el caso, por ejemplo, de algunos retrovirus (ssARN diploide). Es decir, tienen 2 moléculas prácticamente idénticas de ARN NO complementárias. Si pensamos en nuestro modelo de virus virtual, la existencia de un genoma diploide vendría a ser equivalente a una copia de seguridad de nuestro disco duro. Es decir, si fuera un organismo eucariota con un genoma estructurado en cromosomas, este virus, tendría dos copias del mismo cromosoma, igual que nosotros. Este tipo de virus usan un sistema de duplicación de ficheros muy similar al que usan los humanos y muchas otras especies animales y vegetales. Una vez más, así de curiosa es la vida. Unos seres tan diminutos pero que, entre su variabilidad, encontramos algunas realmente semejantes a nosotros. Que curioso ... Como decíamos, si el virus tiene dos copias de su información genética prácticamente iguales, de bien seguro, que le aportará unas ventajas añadidas en comparación con otros virus similares que no tengan dicha copia. Por ejemplo, si una de las copias de un gen se rompe o se ve atacada por enzimas del organismo que pretende infectar, siempre podrá acudir a su segunda copia para sintetizar las proteínas que necesita. Muy práctico, ¿no os parece? En nuestro caso, los humanos, sucede del mismo modo. Disponemos de dos copias de cada gen, una en el cromosoma paterno y otra en el cromosoma homologo materno. Por si alguna de ellas no acaba de funcionar correctamente. Copias de seguridad, ¿recordáis?

    A modo de ejemplo, el genoma de un Picornavirus (virus de insectos) es +ssARN. Es decir, funciona igual que un ARN mensajero. Cuando entra dentro de una célula huésped, el +ssARN irá hasta el ribosoma de la célula huésped dónde se unirá a él y se iniciará la traducción de una poliproteína de un elevado peso molecular que incluye a todas y cada una de las proteínas de la cápside vírica. Todas esas proteínas están codificadas una después de otra en el ARN "mensajero" del virus. Posteriormente, una proteasa (proteína que rompe otras proteínas) romperá esta gran proteína en otras más pequeñas y funcionales.

  9. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DE LA CLASIFICACIÓN DE BALTIMORE (TIPO I, II, III, IV, V, VI Y VII)
  10. La clasificación Baltimore para virus (tipo I, II, III, IV, V, VI y VII) resulta muy útil porqué nos permite aprender y anticiparnos a un virus. Baltimore se dio cuenta de que los diferentes virus se podían clasificar en grupos que se caracterizaban por la forma en la que se crea el ARN mensajero a partir del genoma del virus. Es decir, no es una clasificación estructural, sino que es funcional. En función de la estrategia que seguirá el virus para obtener su ARN mensajero, Baltimore los divide en 7 categorías. Recordad que hay virus tan extraños que quizá no se ajustan exactamente a una categoría pero, en general, esta clasificación funciona realmente bien.

    By Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    La Clasificación de Baltimore de los virus, creado por el biólogo estadounidense David Baltimore, se basa en el método de síntesis de ARNm viral.

    En las siguientes imágenes os mostramos la clasificación de Baltimore y una comparación de la replicación en los siete grupos de virus.

    By Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Esquema de la clasificación Baltimore de los virus.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Esquema con la comparación de la replicación vírica en los siete grupos definidos por la clasificación Baltimore.

    VIRUS DEL GRUPO I (dsDNA) según la clasificación Baltimore

    Como podéis ver en la siguiente imagen, los virus que pertenecen a la categoría I se corresponde con virus de ADN bicatenario (o virus +/- dsADN). Cabe destacar que son los virus de ADN más diversos y frecuentes.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo I (virus dsADN) según la clasificación de Baltimore.

    Este tipo de virus, por lo general, debe entrar en el núcleo de la célula huésped antes de que sea capaz de replicarse. Además, estos virus requieren de las polimerasas de la célula huésped para replicar el genoma viral y, por lo tanto, son altamente dependientes del ciclo celular. Es decir, que el ARN mensajero (ARNm) se transcribirá directamente a partir de la cadena negativa del ADN copiando la cadena positiva del ARN mensajero. Como excepciones, la replicación de los Poxviridae y de algunos Baculoviridae e Iridoviridae tiene lugar en el citoplasma, dentro de cuerpos de inclusión generados por el virus y usando enzimas codificadas por el virus. En la imagen anterior podemos ver como los ARN mensajeros "tempranos" codificarán para proteínas reguladoras que, a su vez, activarán una segunda ronda de ARN mensajeros "tardíos" que codificarán para proteínas estructurales. Ahora, las proteínas estructurales rodearán cadenas de ADN bicatenario (dsADN) formando nuestras famosos Partículas Víricas (PV), o lo que es lo mismo, la progenie del virus, es decir, ¡¡¡ su descendencia !!!

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma dsADN

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: dsDNA → mRNA → proteínas
    Replicación del genoma: dsDNA → dsDNA
    Enzimas: RNA polimerasas del huésped: dsDNA → mRNA, DNA polimerasas del huésped o codificadas por el virus: dsDNA → dsDNA

    En general, como este tipo de virus ya tienen todo preparado para traducir sus proteínas, actuará rápidamente y empezará a replicar y a producir partículas víricas (PV). Como he dicho, de forma general, no tiene porqué ser así siempre. Como este tipo de virus necesitan un paso para transcribir su cadena negativa de ADN a ARN mensajero, por aquí, podremos atacarlo. Aquí, las proteínas reguladoras que controlan la replicación del genoma y las proteínas estructurales que forman el virión se traducen a partir de este ARN mensajero codificado en la cadena negativa del ADN. Recordad, como los ácidos nucleicos actúan como un molde, la copia de una cadena negativa, da la positiva y viceversa.

    Los genomas de los virus dsADN pueden ser circulares (Papillomaviridae, Polyomaviridae, Baculoviridae y Polydnaviridae), lineales (Adenoviridae, Herpesviridae y algunos bacteriófagos), lineales permutados circularmente (bacteriófago T4, algunos Iridoviridae), o lineales con extremos cerrados covalentemente (Poxviridae y Phycodnaviridae). En la mayoría, el genoma no es segmentado, solamente Polydnaviridae presenta varios segmentos de tamaño 2-20 kpb. El tamaño del genoma abarca desde 5-8 kpb hasta cerca del millón en los Mimivirus. Ejemplos de este tipo de virus son los herpesvirus y papilomavirus. Otro ejemplo bien estudiado, que no se reproduce en el núcleo, es Poxviridae, una familia de virus altamente patógenos que infecta a los vertebrados y que incluye la viruela y el molusco contagioso. Otros afectan a insectos (Baculoviridae, Iridoviridae y Polydnaviridae), algas eucariotas (Phycodnaviridae) u hongos. También pertenecen a este grupo la mayoría de los bacteriófagos que afectan a bacterias y arqueas.

    VIRUS DEL GRUPO II (ssADN) según la clasificación Baltimore

    El tipo II se corresponde con virus de ADN monocatenario (o virus +ssADN). Un virus ADN monocatenario (o virus ssDNA) es un virus en el que el material genético está compuesto por ADN de cadena sencilla y se replica usando una ADN polimerasa dependiente del ADN, no usando ARN como intermediario durante la replicación. Es decir, ¡¡¡ los virus de tipo II NO pueden traducir su código a proteína directamente !!!

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo III (virus dsARN) según la clasificación Baltimore.

    Un detalle importante. Fijaros en la imagen anterior. Cuando entra el virus si posee una cadena +ssADN NO puede transformar ese ADN a proteína directamente. Para ello, antes, necesitará copiar la cadena negativa -ssADN y, juntas, crearan lo que llamamos la doble cadena de ADN o dsADN. Si lo pensáis, la cadena +ssADN no le sirve para nada porque los ARN mensajeros se crean a partir de una cadena -ssADN, cuyo duplicado, da el ARN mensajero correcto.

    GrahamColm at English Wikipedia [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC BY 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], via Wikimedia Commons

    Parvovirus, cada virión mide 20-30 nm.

    En cualquier caso, recordad, el ADN viral monocatenario se convierte en bicatenario, probablemente usando la maquinaria de reparación del ADN del huésped. El resto de las etapas de replicación son similares a las del grupo I. Sencillamente se distinguen de los virus ADN bicatenarios por un ADN infectante monocatenario (de cadena simple), es decir, formado por una sola cadena de nucleótidos, en lugar de la habitual doble hélice.

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma ssADN

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: ssDNA → dsDNA → mRNA → proteínas
    Replicación del genoma: ssDNA → dsDNA → ssDNA
    Enzimas: RNA polimerasas del huésped: dsDNA → mRNA
    DNA polimerasas del huésped: ssDNA → dsDNA, dsDNA → ssDNA

    Entonces, pensadlo ... ¿Porqué le interesaría transportar a un virus la cadena positiva +ssADN y no la -ssADN? Pues muy fácil, porqué así podrá usar el molde de la cadena +ssADN para poder crear cientos de miles de copias de cadenas negativas (-ssADN). De este modo, para aumentar el número de copias del virus, sencillamente necesitará empezar la infección sintetizando la doble hebra (hebra dsADN) y después sintetizará infinidad de ARN mensajeros a partir de la cadena negativa. La ventaja de transportar una cadena positiva de ADN es que desde un inicio dedicará todo su potencial replicativo a sintetizar copias negativas y, una vez creadas, el virus será imparable porqué ya existen muchas copias creadas. En cambio, si el virus fuera -ssADN, cuyo molde daría lugar directamente a ARN mensajeros viables, iniciaría la síntesis de proteínas muy rápidamente pero, ¿qué transportarían después? No existirían aun copias del +ssADN y nuestro cuerpo podría detectarlo y eliminar al virus. Una vez se sintetizan proteínas, nuestras defensas, tardan poco en acudir. De este modo, priorizando la copia de su genoma, garantiza que una vez sus proteínas estén listas podrá iniciar su escape de forma rápida y sincronizada. Los virus que entran en esta categoría no están demasiado bien estudiados, pero son interesantes porque algunos afectan a los vertebrados. Dos ejemplos lo constituyen Circoviridae y Parvoviridae, que se replican en el núcleo. Un Circovirus, denominado TTV, se incluye dentro de este grupo y se encuentra en casi todos los humanos, infectando asintomáticamente a casi todos los grandes órganos. Otras especies afectan a plantas (Geminiviridae y Nanoviridae) y a bacterias (por ejemplo, Inoviridae y Microviridae). ¡¡¡ Sigamos !!!

    VIRUS DEL GRUPO III (dsARN) según la clasificación Baltimore

    El tercer grupo se corresponde con virus de ARN bicatenario (o virus +/- dsARN). Estos virus sintetizarán el ARN mensajero directamente utilizando la ARN polimerasa ARN dependiente. Es decir, que la replicación del genoma del virus se realizará en dos pasos. Primero se realizará un ensamblado parcial de la hebra de ARN monocatenario positivo y de las proteínas virales en viriones inmaduros. A continuación se realizará la transcripción del ARN monocatenario positivo a ARN bicatenario dentro de los viriones.

    By F.P. Williams, U.S. EPA (http://www.epa.gov/microbes/rota.html) [Public domain], via Wikimedia Commons

    Micrografía electrónica de un rotavirus. La barra mide 100 nm.

    Como la mayoría de los virus ARN, los virus dsARN, se replican en el citoplasma y no dependen de las polimerasas de las células huésped como lo hacen los virus ADN, pues incluyen estas enzimas en el virión. Estos virus incluyen una ARN polimerasa dependiente del ARN en el virión, que realiza la transcripción del ARN bicatenario en ARNm.

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma dsARN

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: dsRNA → mRNA → proteínas
    Replicación del genoma: dsRNA → (+)ssRNA → dsRNA
    Enzimas: RNA polimerasas aportadas o codificadas por el virus: dsRNA → mRNA, dsRNA → (+)ssRNA, (+)ssRNA → dsRNA

    Los genomas suelen ser segmentados: pueden estar formados por un sólo segmento (Totiviridae), dos (Birnaviridae y Partitiviridae), tres (Cystoviridae) o más (Reoviridae con 10-12 segmentos). La replicación suele ser monocistrónica, lo que significa que cada uno de los segmentos codifica una sola proteína, a diferencia de otros virus que exhiben una traducción más compleja. El tamaño del genoma está comprendido entre 4 y 27 kpb. Una característica que distingue a los virus ARN bicatenarios, independentemente de la familia a la que pertenezcan, es su capacidad para llevar a cabo la transcripción de los segmentos de ARN bicatenarios bajo las condiciones apropiadas dentro de la cápsida. En todos estos virus, las enzimas requeridas para la transcripción endógena son, por tanto, parte de la estructura del virión. Constituyen un grupo diverso de virus con un amplio rango de huéspedes, incluyendo humanos, animales, plantas e insectos (Reoviridae), vertebrados e invertebrados (Birnaviridae), hongos (Partitiviridae), hongos y protistas (Totiviridae), plantas (Partitiviridae) y bacterias (Cystoviridae). También varían en el número de segmentos del genoma (uno a doce) y en la organización del virión (número T, capas de la cápsida y espículas). La familia Reoviridae es la más extensa y diversa en términos del rango de huéspedes. En esta familia se incluyen los Rotavirus, la causa más común de gastroenteritis en niños pequeños en todo el mundo, y el virus de la lengua azul,​ un patógeno de vacas y ovejas de gran importancia económica. Se que es un grupo difícil de comprender. No os preocupéis, sigamos con las categorías.

    VIRUS DEL GRUPO IV (+ssARN) según la clasificación Baltimore

    El cuarto tipo son los virus de ARN monocatenario positivo (o virus +ssARN). Un virus ARN monocatenarios positivos (o virus (+)ssRNA) es un virus que tiene ácido ribonucleico (ARN) de cadena sencilla de sentido positivo como material genético y no se replica usando ADN intermedio. Existe el grupo IVa y IVb. La replicación del virus comienza con la traducción genética de la cadena de ARN monocatenario positivo (que tiene la misma polaridad que el ARNm) en proteínas reguladoras. Los virus ARN positivos son idénticos al ARNm viral y por lo tanto pueden ser inmediatamente traducidos por la célula huésped. Aunque el ARN purificado de un virus positivo puede causar directamente una infección, seguramente sea menos infeccioso que el virus completo. La replicación tiene lugar principalmente en el citoplasma y no es tan dependiente del ciclo celular como en los virus ADN.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo IVa (+ssARN) según la clasificación Baltimore.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo IVb (+ssARN) según la clasificación Baltimore.

    Tal y como se puede observar en las imágenes, en el grupo IVa este paso traduce también las proteínas estructurales, mientras que en el grupo IVb esto se realiza traduciendo un ARNm generado a partir de una cadena de ARN monocatenario positivo. En cualquier caso, tanto para el tipo IVa como para IVb, la molecula de ARN mensajero positiva (+ssARN) puede actuar directamente como ARN mensajero pero también sintetizará el intermediario replicativo para sintetizar determinadas proteínas. Es decir, las proteínas regulan la síntesis del ARN monocatenario negativo a partir del molde de ARN monocatenario positivo. Este último a su vez funciona como molde para la síntesis del ARN monocatenario positivo de los nuevos virus.

    https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Calicivirus.jpg#filelinks

    Calicivirus

    ¿Complicado? Tranquilos, lo único que quiere decir esto es que los virus +ssARN pueden actuar tal cual fueran ARN mensajeros y traducir su secuencia a proteínas. Ahora bien, estas primeras proteínas reguladoras, poliproteínas y proteínas estructurales no son suficientes. Los virus ARN de sentido positivo tienen genomas con la misma polaridad del ARNm y pueden ser empleados directamente para la síntesis de proteínas usando la maquinaria de traducción de la célula huésped. Una de estas proteínas codificadas es la ARN replicasa, una ARN polimerasa que copia el ARN viral sin necesidad de pasar por una cadena de ADN intermedia.

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma +ssARN

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: (+)ssRNA (=mRNA) → proteínas
    Replicación del genoma: (+)ssRNA → (-)ssRNA → (+)ssRNA
    Enzimas: RNA polimerasas codificadas por el virus: (+)ssRNA → (-)ssRNA, (-)ssRNA → (+)ssRNA

    Como podemos observar en la Tabla, el virus necesitará que algunas proteínas muy especiales copien el genoma del virus de +ssARN a -ssARN y, de este modo, poder crear cientos de miles de copias del +ssARN que será el que, finalmente, transportará la partícula vírica. Si os fijáis, sin la forma -ssARN el virus jamás podrá replicarse. Con lo cual, si creamos un ARN de interferencia o cualquier otra forma de ácido nucléico o proteína que pueda interferir este proceso, una vez más, acabaremos con el virus. No es fácil, pero más adelante, cuando os enseñe modos de hackear el código genético de los virus, os resultará realmente sencillo de imaginar. Creedme, es más simple de lo que parece si se conoce al enemigo.

    Estos virus pueden infectar vertebrados (Astroviridae, Caliciviridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Picornaviridae, Togaviridae y Arterivirus), insectos (Nodaviridae y Tetraviridae), plantas (Bromoviridae, Comoviridae, Potyviridae, Sequiviridae, Tombusviridae y varios géneros no asignados), hongos (Barnaviridae) o bacterias (Leviviridae). Entre los virus de este grupo que afectan a los seres humanos, destacan SARS, fiebre amarilla, virus del Nilo Occidental, hepatitis C, dengue, poliomielitis, resfriado común, rubéola, hepatitis A, hepatitis E. De importancia en la agricultura es el mosaico del tabaco.

    VIRUS DEL GRUPO V (-ssARN) según la clasificación Baltimore

    El quinto grupo se corresponde con los virus de ARN monocatenarios negativos (o virus -ssARN) que sintetizarán la hebra positiva (+) que actuará directamente como ARN mensajero. Es decir, un virus ARN monocatenario negativo (-ssRNA) es un virus que tiene ácido ribonucleico (ARN) de cadena sencilla de sentido negativo como material genético y no se replica usando ADN intermedio.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo V (-ssARN) según la clasificación Baltimore.

    Como se puede apreciar en la imagen anterior, el ARN monocatenario positivo se convierte en ARN mensajero (que es una cadena monocatenaria positiva) mediante una transcriptasa inversa aportada por el virus. El ARN mensajero generado se traduce a proteínas reguladora y estructurales. Finalmente, las proteínas regulan la replicación del ARN monocatenario positivo a través de una cadena de ARN monocatenario negativo que funciona a modo de molde. El ARN viral negativo es complementario del ARN mensajero (ARNm) y, por lo tanto, debe convertirse en ARN positivo por una ARN polimerasa antes de la traducción. El ARN purificado de un virus negativo no es por sí mismo infeccioso puesto que necesita ser traducido en ARN positivo. Estas cadenas se incluyen en los nuevos virus.

    Estos virus pueden infectar vertebrados (Arenaviridae, Orthomyxoviridae y Paramyxoviridae), vertebrados y artrópodos (Bunyaviridae y Rhabdoviridae), artrópodos y plantas (Bunyaviridae y Rhabdoviridae) o plantas (Tenuivirus). Entre los virus de este grupo que infectan a los humanos destacan los virus de Marburgo, Ébola, sarampión, parotiditis, rabia y gripe.

    EEl genoma de un virus -ssARN puede ser no segmentado con varios ORF (Filoviridae, Paramyxoviridae y Rhabdoviridae), dos segmentos ambisentido (Arenavirus), tres segmentos, ocasionalmente ambisentido (Bunyaviridae y Tenuivirus) o de seis a ocho segmentos (Orthomyxoviridae). El tamaño del genoma está comprendido entre 10 y 30 kb.

    By Photo Credit: Cynthia GoldsmithContent Providers(s): CDC/ Cynthia Goldsmith [Public domain], via Wikimedia Commons

    Micrografía electrónica que muestra el virus Ebola.

    Espera, espera, espera .... Mh ... algo no me cuadra ... ¿Que un ARN pasa de -ssARN a +ssARN? Pero ... ¿Nuestro cuerpo y el de casi cualquier organismo no posee ninguna enzima (proteína) que pueda hacer eso verdadad? ¡¡¡ Eh aquí la genialidad de los virus !!! Como nuestro cuerpo y el de muchos organismos no poseen esta enzima pues la partícula vírica transporta directamente este enzima, la llamada transcriptasa inversa. Es más, ellos han creado de la nada una proteína que muy pocos otros organismos han conseguido crear. Vamos, que se la inventaron porqué la necesitaban. Del mismo modo, creo que si conociéramos mejor a los virus y necesitáramos cualquier proteína para curar una enfermedad, por ejemplo, se podría hacer que un virus la necesitara para alguna reacción vital y que, ellos solos, hallaran la solución. Es solo un ejemplo eh, algo que se me ocurrió hace tiempo. Si pueden evolucionar de ese modo y son tan ingeniosos, quizá funcionara... Disculpad que me emocione pero es que si os fijáis es la primera que os explico como un virus tiene un enzima especial, único, algo que nosotros jamás tendremos o se nos hubiera ocurrido, ni siquiera que fuera biológicamente posible, sino fuera por ellos. En este caso este enzima es increíble y puede copiar una cadena -ssARN a +ssARN. Algo que nosotros, el ser humano, con toda nuestra complejidad y evolución, no podemos hacer. Así son estos pequeñines. Para que veáis que no os miento. ¡¡¡ Son apasionantes !!! Evidentemente, este enzima será sintetizado en nuestras células mediante la traducción de un gen vírico y, posteriormente, se encapsulará en la partícula vírica dónde será transportada junto a la molécula -ssARN lista para actuar en cuanto sea necesario. Así de listos son los virus -ssARN.

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma -ssARN

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: (-)ssRNA → mRNA → proteínas
    Replicación del genoma: (-)ssRNA → (+)ssRNA → (-)ssRNA
    Enzimas: RNA polimerasas aportadas o codificadas por el virus: (-)ssRNA → mRNA, (-)ssRNA → (+)ssRNA, (+)ssRNA → (-)ssRNA

    EComo veis, virus muy especiales a los que podemos atacar, por ejemplo, bloqueando esta enzima tan especial y que nosotros no tenemos. Con lo cual, será mucho más sencillo atacarlos sin hacernos daño a nosotros mismos. ¿No os parece? Cuando os hable de la Terapia Genética os explicaré muchos modos de usar a los virus para destruirlos, inhibirlos o, en caso de ser necesario, usarlos en Terapia Genética para modificar el genoma de cualquier organismo que exista. Son una herramienta increíble, el copiar y pegar de nuestros dispositivos digitales. De verdad, su minúsculo tamaño nos permiten quitar e introducir genes que serán transportados hasta el tejido que queramos e introducirá, eliminará o cambiará una región del ADN del huésped para, por ejemplo, curar una enfermedad hasta entonces incurable. A modo de ejemplo, os facilito un enlace a una noticia dónde hablan de un ensayo clínico en 18 pacientes que sobreviven a día de hoy gracias al tratamiento para el síndrome del "niño burbuja". Os lo recomiendo, es un ejemplo realmente didáctico que nos habla del potencial de esta tecnología de la que más adelante hablaremos: "La primera terapia génica que cura en una sola dosis está a punto de aprobarse" y "El niño ‘burbuja’ que tardó nueve meses en ver sonreír a sus padres".

    VIRUS DEL GRUPO VI (+ssARN-RT) según la clasificación Baltimore

    El sexto grupo se corresponde con los virus de ARN monocatenarios retrotranscritos (o virus +ssARN-RT). Estos virus también son increíbles. Recordad. Como ahora veremos, el enzima y el proceso que este virus necesita realizar, tampoco podemos hacerlo nosotros, los humanos. Este tipo de virus también ha creado un enzima increíble que le permite realizar un paso dónde realiza una copia de ADN a partir de un molde de ARN. Más adelante os explicaré como cada día usamos este enzima en nuestros laboratorios para estudiar los genes. Sin ese gen, la biotecnología no hubiera podido evolucionar tan rápidamente. Como os explicaba, este virus transporta una transcriptasa inversa (enzima) que a partir del genoma ARN viral produce una cadena de ADN, primero monocatenario y luego bicatenario, que, a menudo, se integra en el genoma del huésped, como en el caso de los retrovirus y seudovirus. El ADN ya integrado en el huésped es transcrito a ARNm, que a su vez se traduce en proteínas reguladoras y estructurales. Finalmente, el ADN integrado en el huésped se transcribe en el ARN monocatenario de los nuevos virus. En este grupo se incluye al VIH causante del sida.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo VI (ssARN-RT) según la clasificación Baltimore.

    Como podemos ver en la imagen, los virus del grupo VI utilizarán una transcriptasa inversa que usará de molde el genoma de ARN viral (+ssARN) para sintetizar (copiar) la hebra de ADN. Si os fijáis, la retrotranscriptasa vírica primero creará una cadena de ADN monocatenaria y, en otro proceso, creará la cadena bicatenaria (dsADN) que, como os he explicado, se integrará en el genoma del huésped.

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma ssARN-RT

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA → mRNA → proteínas
    Replicación del genoma: (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA → (+)ssRNA
    Enzimas: Transcriptasa inversa aportada por el virus: (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA
    RNA polimerasas del huésped: dsDNA → mRNA, dsDNA → (+)ssRNA

    ¿Integrará? Pues si amigos míos, estos virus se integran en el genoma de su huésped. Es decir, que se introducirá físicamente dentro del genoma de su huésped y, durante un tiempo, formará parte de él. Una vez el ADN ya se ha integrado en el huésped, podrá transcribir sus genes víricos a ARN mensajeros que, a su vez, se traducirán a proteínas reguladoras y estructurales.

    By Jmarchn [CC BY-SA 3.0  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons

    Ciclo de vida del VIH.

    El ADN integrado en el huésped se transcribe para formar los +ssARN monocatenarios de los nuevos virus. Una vez más, como estos virus necesitan su retrotranscriptasa, enzima que nosotros no tenemos, pues resultará relativamente viable bloquearla y acabar con el virus. Así de fácil. También podremos intervenir en el proceso de los retrovirus en muchos otros puntos pero, entre todos, este es uno de los más seguros. Estos virus comprenden tres familias que infectan sólo a vertebrados. Destaca la familia Retroviridae, que incluye al VIH causante del sida.

    By Photo Credit: C. GoldsmithContent Providers: CDC/ C. Goldsmith, P. Feorino, E. L. Palmer, W. R. McManus [Public domain], via Wikimedia Commons

    Micrografía electrónica de barrido de la gemación del VIH-1 (en verde) de linfocitos cultivados. Esta imagen ha sido coloreada para resaltar características importantes. Múltiples puntitos redondos en la superficie de la célula representan sitios de ensamblaje y gemación de viriones.

    VIRUS DEL GRUPO VII (dsADN-RT)) según la clasificación Baltimore

    El séptimo grupo se corresponde con virus de ADN bicatenario retrotranscrito (o virus dsADN-RT). En este caso, el ADN viral entra en el núcleo de la célula, donde se reparará por la maquinaria de reparación del huésped y se integrará en el genoma del huésped. El resto de las etapas es similar a las del grupo VI.

    By Franciscosp2 (self-made (with inkscape in Linux)) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Mecanismo que seguirá un virus del Grupo VII (dsADN-RT) según la clasificación Baltimore.

    Si os fijáis en la imagen, estos virus son muy similares en cuanto a su acción en nuestro cuerpo a los del grupo VI pero, en este caso, no usan su retrotranscriptasa y, por desgracia, no podemos atacarlos por ahí.

    Sistema de multiplicación de los virus con un genoma dsADN-RT

    Proceso Forma (+) o (-) que usa el virus en cada etapa según el proceso que quiera iniciar
    Síntesis de proteínas: dsDNA → mRNA → proteínas
    Replicación del genoma: dsDNA → (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA
    Enzimas: RNA polimerasas del huésped: dsDNA → mRNA, dsDNA → (+)ssRNA
    Transcriptasa inversa codificada por el virus: (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA

    Son muy listos estos virus. Son casi como nosotros, dsADN, y una vez nos infectan, son hasta tal punto tan similares a nuestro genoma que, sin saberlo, nuestros enzimas se confunden y le invitan a introducirse en nuestro genoma.

    See page for author [Public domain], via Wikimedia Commons

    Micrografía mostrando viriones de hepatitis B.

    Recordad que como más se parezca a nivel molecular el genoma de un virus al nuestro, más complicado será por nuestro organismo detectarlo y, a su vez, más fácilmente podrán simular ser nosotros para apoderarse de nuestro cuerpo. De todos modos, tranquilos. Este grupo de virus, entre todos, parece ser el que más parece haber co-evolucionado junto a nuestro genoma y, de algún modo, no actúa tan virulentamente como podríamos imaginar. Al contrario, estos virus han aprendido a convivir con nosotros y algunos, pese a infectarnos, jamás llegan a causarnos daño alguno. Es decir, estos, y no otros, son uno de los grupos de virus en los que tengo más esperanza. Virus de los que debemos aprender y preguntarnos ¿Por qué no han acabado con nosotros? ¿Por qué siguen aquí? ¿Por qué, aun pudiendo, parece que quieran coexistir amigablemente junto a nuestra especie? ¿Curioso verdad? Preguntas importantes, que duda cabe. Más adelante, quizá, las respondamos juntos.

    Como os podéis imaginar, existen modificaciones y excepciones a la clasificación de Baltimore, hecho que ha llevado a utilizar una clasificación universal según criterios establecidos por un comité científico. Aun así, la clasificación de Baltimore aun se utiliza porque nos predice los enzimas que el virus necesitará y los pasos biosintéticos que seguirá el virus para que sus genes se puedan expresar. Como podéis ver, es muy útil.

  11. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DEL NOMBRE DE LA FAMILIA A LA QUE EL VIRUS PERTENECE
  12. Hasta hace poco el mejor modo de clasificar a un virus era asignarlo al nombre de la familia a la que el virus pertenecía. En cuanto a las familias víricas sencillamente os hablaré de las más importantes. Recordad, muy pocos años atrás no se podían secuenciar los genomas víricos y, en ese momento, se asignaron nombres a familias que, hoy en día, están cambiando. Con lo cual, siempre que os hable de una especie, familia, genero, etc, comprended que está en constante cambio y que quizá, mañana, una familia cambie de nombre o se divida en subfamilias, etc. Gracias a la secuenciación masiva de genomas víricos estamos leyendo todos los genes de los virus y, después de estudiarlos detalladamente identificando aquellos que se habían clasificado de forma errónea. De todos modos, para la gran mayoría de virus, la clasificación es muy útil.

    A modo de ejemplo, en las siguientes figuras podéis ver un resumen de las principales familias de virus conocidas. En la primera imagen se muestras las familias de virus cuyo ácido nucleico está formado por una molécula de ARN, mientras que en la siguiente imagen podemos ver las familias de virus cuyo genoma se basa en una molécula de ácido nucleico de ADN. Como podéis apreciar, clasificar a los virus resulta relativamente sencillo si usamos estas dos imágenes. Además, también podemos ver un esquema de la forma de cada virus, estructura que evidentemente estará muy relacionada con el mecanismo de infección y de replicación del virus. ¡¡¡ Sigamos !!!

    http://www.nlv.ch/Virologytutorials/Classification.htm

    Clasificación de los virus animales con un genoma basado en el ácido nucleico ARN. (Fuente: www.nlv.ch/)

    http://www.nlv.ch/Virologytutorials/Classification.htm

    Clasificación de los virus animales con un genoma basado en el ácido nucleico ADN. (Fuente: www.nlv.ch/)

    C omo os habréis dado cuenta, el tamaño de los virus puede variar enormemente. Si os fijáis, un virus de la familia Poxvirus, la familia con los genomas más grandes que se conocen, pueden tener partículas víricas que llegan a los 300 o 400 nanómetros (nm) de diámetro. En el extremo contrario, encontraríamos a los diminutos Picornavirus, unos virus tan pequeños que su diámetro a duras penas alcanza los 20 nanómetros (nm). Como veis, ¡¡¡ no hay color !!! Como, en cierto sentido, el tamaño va ligado a la forma, algunos virus filamentosos pueden llegar a alcanzar los 400 nanómetros de longitud.

    Para empezar, debéis conocer la familia Adenoviridae. Esta familia de virus dsADN son las causantes de un gran número de infecciones respiratorias y se usan para hacer transgénicos. En cuanto a la familia Baculoviridae, son virus dsADN y se utilizan para sintetizar y producir proteínas en células animales y de insectos.

    By Pico en el Ojo, (Y tambe's file) [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5  (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], via Wikimedia Commons

    Estructura del adenovirus: 1-capsómeros pentagonales (pentonas), 2-capsómeros hexagonales, 3-genoma viral.

    En mi proyecto de Plantas Biotecnológicas, cuando finalizaba la Licenciatura de Biotecnología en la Universidad Autónoma de Barcelona, diseñé junto a unas amigas una hipotética fábrica de baculovirus que se podían hacer servir como bio-insecticidas para erradicar plagas importantes de insectos en plantas. Con el tiempo, estoy seguro que este tipo de virus substituirán a los actuales insecticidas junto con la diseminación de nematodos (Caenorhabditis elegans), unos "gusanitos" que más adelante os presentaré que pueden desplazarse hasta llegar a los insectos que suelen destruir nuestros cultivos y alimentarse de ellos. Son un bio-insecticida también genial porqué ellos mismos buscan, encuentran y eliminan a los parásitos de nuestras cosechas. ¡¡¡ Sigamos !!!

    By Bob Goldstein http://labs.bio.unc.edu/Goldstein/movies.html [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons

    Caenorhabditis elegans en movimiento.

    La archiconocida familia Herpesviridae, virus dsADN, tienen un gran impacto en los humanos. El Herpes de tipo VIII causa el Sarcoma de Kaposi en pacientes infectados por el HIV. De la familia Papovaviridae, virus dsADN, se dividen en 2 nuevas familias independientes, los Polyomaviridae y los Papillomaviridae, ambos causantes de verrugas benignas y responsables de la formación de algunos tumores. En la familia Poxviridae, virus dsADN como la viruela o el virus de la Myxomatosis (causante de la muerte del 95% de los conejos en Australia). En el caso recién nombrado, ¡¡¡ cabe destacar que los conejos que sobrevivieron a la Myxomatosis se volvieron inmunes al virus !!! La familia Circoviridae, virus de ssADN, infectan animales y existen pruebas que demuestran que también pueden infectar plantas. Es decir, ¡¡¡ este sería el primer ejemplo de un virus que puede saltar de un huésped animal a una planta, y viceversa !!! La familia Reoviridae, virus dsARN, causan diarreas, mientras que la familia Coronaviridae, virus ssARN, como la Hepatitis C, es causante de una pandemia mundial. La familia de los Picornaviridae, virus ssARN, como la Hepatitis A, la polio o el resfriado. La familia Togaviridae, virus ssARN, como la rubeola. La familia Filoviridae, virus -ssARN, como por ejemplo el Ébola. La familia Paramyxoviridae, virus -ssARN, causante de la gripe. La familia Retroviridae, como por ejemplo los virus HIV o HTLV (virus linfotrópico que causa leucemia). La familia Hepadnaviridae, virus dsADN que realizan la transcripción inversa, como, por ejemplo, la Hepatitis B.

    By Locusceruleus (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

    Microfotografía de electrones de las partículas del poliomavirus.

    By Photo Credit: Content Providers(s): CDC/Dr. Erskine Palmer/B.G. Partin [Public domain], via Wikimedia Commons

    Varicela (Herpesviridae).

  13. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DE LA ARQUITECTURA DEL GENOMA DEL VIRUS EN CUANTO A SI SU POLIMERASA ESTÁ CODIFICADA EN LA CADENA NEGATIVA (-) O POSITIVA (+)
  14. En función de la arquitectura del genoma del virus la polimerasa estará codificada en la cadena negativa (-) o positiva (+). Los virus -ssARN al copiar su cadena complementaria forman la cadena +ssARN que puede traducirse directamente mediante los ribosomas celulares. Los virus +ssARN podrían traducir directamente su cadena de ARN a proteína pero siempre necesitarán una cadena complementaria -ssARN para crear nuevas cadenas +ssARN. Cabe destacar que la virología de los virus +ssARN y -ssARN es totalmente distinta. Para empezar, los virus de +ssARN poseen un ácido nucleico que puede actuar directamente como una molécula de ARN mensajera. Es decir, se traducirá como una única poliproteína que, más tarde, se procesará por proteasas víricas. Por lo tanto, ¡¡¡ las primeras proteínas que se detectaran en la infección serán víricas !!! La traducción de estas proteínas la llevarán a cabo los ribosomas de la célula huésped. Es decir, la primera actividad biosintétitca será la de traducción, ya que no habrá transcripción desde el punto de vista de síntesis de ARN mensajeros. Por ejemplo, en la familia coronaviridae, la traducción del ARN mensajero afectará a una región del genoma vírico y el resultado será la síntesis de la proteína ARN polimerasa ARN dependiente (ARN pol ARN dep). Esta proteína será una replicasa vírica, también llamada transcriptasa y será el enzima responsable de la replicación del +ssARN. Es decir, copiará su genoma. Primero realizará una copia complementaria al +ssARN creando una forma -ssARN que será el intermediario imprescindible, o molde, que se usará para sintetizar los genomas infectivos de las partículas víricas que se escaparán de la célula. El resto de proteínas (no replicasas) de un virus se obtienen a partir de la transcripción del intermediario replicativo, por lo tanto, los genes de la replicasa se sintetizarán mediante la forma +ssARN que entra en la célula y el resto de genes se expresarán por la transcripción del intermediario replicativo. Cabe destacar que los retrovirus, con un genoma +ssARN, necesitan una transcriptasa inversa que pueda sintetizar el dsADN que entrará en el núcleo de su huésped, lugar dónde expresará las distintas proteínas del genoma vírico. Por lo tanto, necesitará transportar la Retrotranscriptasa dentro de la cápside vírica, como hemos comentado anteriormente.

    By Thomas Splettstoesser (www.scistyle.com) (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) or GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], via Wikimedia Commons

    Representación superficial de la estructura cristalina de la transcriptasa reversa del virus VIH-1 de tipo salvaje, basada en el PDB 3KLF. Se destacan los sitios activos de la polimerasa y RNasa.

    El resto del virus +ssARN no necesitan tener presente este enzima dentro de la cápside porque la primera actividad biosintética dependerá de la célula huésped y no del virus. En cuanto a los virus -ssARN, como por ejemplo el virus de la estomatosis vesicular de la familia Rhalodaviridae, se caracterizan porqué su genoma es complementario al ARN mensajero, por lo tanto, NO podrán actuar directamente como mARN. Es decir, necesitarán una primera fase de actividad biosintética para transcribir su -ssARN a +ssARN, ahora sí, funcional. La transcripción se llevará a cabo gracias a una ARN polimerasa ARN dependiente que será transportada dentro de la cápside vírica. Más tarde, cuando se necesite más ARN polimerasa ARN dependiente, se fabricará más a partir de la traducción de los intermediarios +ssARN mensajeros. Como podéis ver, ¡¡¡ la ARN polimerasa ARN dependiente será imprescindible para el virus y si no está intacta y funcional, el virus, no nos podrá infectar porqué no tendrá actividad !!! En definitiva, como vemos, la infectividad del ácido nucléico puro dependerá de la necesidad del virus de proteínas víricas. Si el virus ya es infectivo por si solo (+ssARN) no necesitará proteínas víricas. Si el virus no es infectivo por si mismo (-ssARN), si que las necesitará. Así de simple.

  15. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DEL DIÁMETRO DEL VIRIÓN EN NANOMÉTROS
  16. La clasificación de un virus en función del diámetro del virión en nanométros es relativamente interesante. Me explicaré. Con el tamaño de una partícula vírica podemos imaginarnos la complejidad o el tamaño de su genoma. Además, según su forma y el tamaño que adquiere podemos imaginarnos su mecanismo de acción o, en último término, hipotetizar sobre su mecanismo de infección. En cualquier caso, hace años, fue la mejor forma de identificarlos y, hasta hace muy poco, la única prueba de su existencia.

    By UnknownUnknown author [Public domain], via Wikimedia Commons

    Un grabado en madera de la Edad Media que representa un perro rabioso.

    By Not legible [Public domain], via Wikimedia Commons

    Un dibujo animado de 1826 que representa un perro con rabia en una calle de Londres.

    No os podéis imaginar lo complicado que fue descubrir a los virus. Son tan pequeños ... Si comparáis el tamaño de una hebra de ADN con el tamaño de la partícula vírica más pequeña conocida, me entenderéis. Realmente son organismos muy muy pequeños que pueden entrar en nuestras células a través de una gran variedad de canales. Ahora bien, son fruto de la ingeniería informática biológica, con lo cual, quiera o no, se debe a su código, a su programación, con lo cual, gracias a nuestro conocimiento, lo sepa o no, está perdido. No será la forma ni las proteínas que contienen su cápside lo que nos conferirá la cura para los virus, creedme. Serán sus genes y el conocimiento de sus mecanismos de replicación los que inexorablemente nos mostrarán la mejor forma de defendernos de ellos. Es más, al hacerlo, aprenderemos mecanismos muy finos de regulación genomica que, si queremos, podemos aprovechar para curar enfermedades en hombres y animales. No lo olvidéis. Por eso estamos aprendiendo acerca de ellos. Para que aprendamos sobre nosotros a través de ellos. Son nuestros maestros y nosotros sus aprendices. Usaremos las capacidades de nuestro enemigo en su contra para así, de este modo, ganar la batalla sin necesidad de iniciarla. Algún día, serán nuestros mayores aliados contra el hambre, la contaminación, el cambio climático, la hambruna y, finalmente, el envejecimiento biológico y la enfermedad. Gracias a ellos conquistaremos Marte, el universo, y, quizá, mucho más ...

    By NASA (NASA's Mars Exploration Rover: Spirit [1]) [Public domain], via Wikimedia Commons

    Puesta de Sol observada desde la superficie de Marte por el Mars Exploration Rover: Spirit en el cráter Gusev el 19 de mayo de 2005.

  17. CLASIFICACIÓN DE UN VIRUS EN FUNCIÓN DEL TAMAÑO TOTAL DEL GENOMA DEL VIRUS EN KILOBASES (KB)
  18. El tamaño total del genoma del virus en kilobases (Kb) es una variable que me gusta mucho usar porqué es directamente el tamaño real de la secuencia nucleotidica de cualquier organismo. Si comparamos distintos organismos podremos ver como existe un incremento progresivo del tamaño del genoma de una especie proporcional, en gran medida, a la complejidad de dicho organismo. Es decir, como mayor sea el tamaño de un genoma, en teoría, mayor será la complejidad que pueda adquirir. No siempre será proporcional porqué los organismos con tamaños de genoma pequeños aprenderán a optimizar su código solapando genes o codificando distintos genes en la cadena complementaria pero, en general, para los organismos grandes, es una medida de complejidad bastante coherente. Recordad, hay excepciones, siempre hay excepciones pero, de algún modo, es así y cuando una especie optimice su código genético, siempre será por una razón muy especial. La comparación de los genomas de distintas especies es apasionante. Podemos aprender una gran cantidad de descubrimientos sencillamente comparando fragmentos de genomas y viendo con que otros genomas se parecen. ¿Sabíais que la ballena está emparentada con el ciervo? ¿Increíble verdad? Pues gracias a su genoma es muy fácil comprobarlo. A modo de curiosidad, el virus de la Hepatitis B, por ejemplo, es uno de los más pequeños que se conocen (2,5 Kb). También encontramos virus satélites, sobretodo en plantas. Son virus con genomas defectuosos que no pueden realizar la replicación de forma autónoma y necesitan de un virus helper, o ayudante, que lo complemente con las funciones (proteínas) que no tiene. ¿Curioso verdad? Incluso virus incompletos y defectuosos pueden volver a la vida si se complementan con otros virus que les ayuden. Esa, y no otra, es la causa de que exista tanto miedo a usar virus para curar enfermedades. Porque, queramos o no, siempre es teóricamente posible que algo salga mal y un virus introducido por nosotros active otro que estaba dentro del huésped. O, viceversa, quizá un virus del huésped pueda activar o darle otras capacidades a nuestro virus. En cualquier caso, la forma profesional de abordar el caso es secuenciar el genoma completo del huésped y eliminar ese riesgo comprobando y verificando que no existe ningún virus que pueda interactuar con el nuestro. Hoy en día, ciencia ficción pero, en pocos años, el Santo Grial Fuente de la Juventud Eterna. ¿Si? ¿No? Tranquilos, lo bueno del futuro es que llegará queramos o no. Con lo cual, tiempo al tiempo.

    A continuación os muestro una tabla donde os resumo el tamaño de algunos genomas y alguna curiosidad de virus y otros organismos existentes. Podemos observar como existen virus y otros organismos con tamaños de genoma completamente distintos. Os muestro esta tabla para que podáis comparar el tamaño del genoma de los virus respecto al de otras bacterias, plantas, hongos, insectos, mamíferos y peces. Si vemos el tamaño de cada organismo podemos imaginarnos sutilmente la complejidad de cada especie y si nos fijamos en el número aproximado de genes también podemos pensar en la gran variedad de aplicaciones que contendrá.

    Tabla de algunos genomas significativos o representativos

    Tipo Organismo Organismo Tamaño del genoma (pares de bases) Tamaño del genoma (Abreviado) Nº Genes Aprox. Curiosidad
    Virus Circovirus porcino tipo 1 1.759 1,8kb Virus más pequeños que se replican de forma autónoma en células eucariotas
    Virus Bacteriofago MS2 3.569 3,5kb Primer genoma de ARN secuenciado
    Virus SV40 5.224 5,2kb
    Virus Bacteriofago Φ-X174 5.386 5,4kb Primer genoma de ADN secuenciado
    Virus HIV 9.749 9,7kb
    Virus Bacteriofago λ 48.502 48kb A menudo se utiliza como vector para la clonación de ADN recombinante
    Virus Megavirus 1,259.197 1,3Mb Hasta 2013 el mayor genoma viral conocido.
    Virus Pandoravirus salinus 2,470.000 2,47Mb Genoma viral más grande conocido
    Bacteria Nasuia deltocephalinicola (cepa NAS-ALF) 112.091 112kb El genoma no viral más pequeño
    Bacteria Carsonella ruddii 159.662 160kb
    Bacteria Buchnera aphidicola 600.000 600kb
    Bacteria Wigglesworthia glossinidia 700.000 700Kb
    Bacteria Haemophilus influenzae 1,830.000 1.8Mb Primer genoma de un organismo vivo secuenciado, julio de 1995
    Bacteria Escherichia coli 4,600.000 4.6Mb 4.288
    Bacteria Solibacter usitatus (cepa Ellin 6076) 9,970.000 10Mb
    Bacteria Prochlorococcus spp. (1.7 Mb) 1,700.000 1.7Mb 1.884 El genoma de cianobacterias más pequeño conocido
    Bacteria Nostoc punctiforme 9,000.000 9Mb 7.432 7.432 marcos de lectura abierta (Open Reading Frame, ORF)
    Amoeboide Polychaos dubium ("Amoeba" dubia) 670,000,000.000 670Gb Genoma más grande conocido
    Planta Genlisea tuberosa 61,000.000 61Mb El genoma de la floración registrado más pequeño, 2014
    Planta Arabidopsis thaliana 135,000.000 135Mb 27.655 Primer genoma de la planta secuenciado, diciembre de 2000
    Planta Populus trichocarpa 480,000.000 480Mb 73.013 Primer genoma del árbol secuenciado, septiembre de 2006
    Planta Fritillaria assyrica 130,000,000.000 130Gb
    Planta Paris japonica (japonés nativo, pétalo pálido) 150,000,000.000 150Gb Genoma vegetal más grande conocido
    Planta musgo Physcomitrella patens 480,000.000 480Mb Primer genoma de un briofito secuenciado, enero de 2008
    Hongo - levadura Saccharomyces cerevisiae 12,100.000 12.1Mb 6.294 Primer genoma eucariótico secuenciado, 1996
    Hongo Aspergillus nidulans 30,000.000 30Mb 9.541
    Nematodo Pratylenchus coffeae 20,000.000 20Mb Genoma animal más pequeño conocido
    Nematodo Caenorhabditis elegans 100,300,000 100Mb 19.000 Primer genoma animal multicelular secuenciado, diciembre de 1998
    Insecto Drosophila melanogaster (mosca de la fruta) 175,000.000 175Mb 13.600 Variación de tamaño entre 175-180Mb
    Insecto Apis mellifera (abeja de la miel) 236,000.000 236Mb 10.157
    Insecto Bombyx mori (polilla de seda) 432,000.000 432Mb 14.623 14.623 genes pronosticados
    Insecto Solenopsis invicta (hormiga del fuego) 480,000.000 480Mb 16.569
    Mamífero Mus musculus 2,700,000.000 2.7Gb 20.210
    Mamífero Homo sapiens 3,289,000.000 3.3Gb 20.000 Tamaño medio estimado del genoma de Homo sapiens (3,2 millones de pares de bases)
    Mamífero Bonobo 3,286,640.000 3.3Gb 20.000 Tamaño medio estimado del genoma de Pan panisco (3,29 millones de pares de bases)
    Pescado Tetraodon nigroviridis (tipo de pez globo) 385,000.000 390Mb Genoma de vertebrado más pequeño conocido estimado entre 340 Mb y 385 Mb
    Pescado Protopterus aethiopicus (pescado martillo) 130,000,000.000 130Gb El genoma de vertebrado más grande conocido

    Antes se pensaba que si un genoma vírico era grande, pues que debería de contener muchísimos genes más. ¡¡¡ Pero NO !!! Se ha visto que no importa si los virus tienen genomas grandes o pequeños, al final, todos tienen más o menos lo mismo. Es decir, ¡¡ un tamaño de genoma mayor no significa que el virus sea más eficiente y eficaz !!! Como la evolución ha diversificado tanto a los virus, los de ARN, más pequeños que los de ADN, se aprovechan de una frecuencia de mutación superior que les confiere más variabilidad para poder adaptarse a la replicación, etc. Pero, como explicamos, esta variabilidad tiene el riesgo de generar mutaciones letales para el virus. Si se genera alguna mutación en un gen "vital" para el virus, provocará que no pueda realizar las funciones que necesita y el virus desaparecerá. Además, más adelante os explicaré como los virus cambian desde el momento en el que nos infectan hasta que vuelven a salir de nuestro cuerpo. El genoma de un virus va variando y las formas con las mutaciones más adaptadas a la etapa que está realizando son las que se seleccionan para seguir adelante. De este modo, no existe un virus, sino un montón de subpoblacines del genoma del virus que van aumentando y disminuyendo en su frecuencia en función de la necesidad del virus. Es decir, como existen tantas copias distintas del virus, una de ellas, tendrá una mutación que provocará un cambio en una proteína que la hará mejor para infectar. Otro será mejor para duplicar su genoma. Otra será mejor para escapar de la célula huésped, etc. Teniendo todo esto en cuenta, y que no se os olvide porqué es muy importante, podríamos decir que el tamaño crítico del genoma vírico será entre 20 y 30 Kb, ¡¡¡ porqué así podrán mantener su estabilidad !!! Si es más pequeño, quizá no podrá acumular demasiados genes y, si es más grande, pues quizá no es tan eficiente o puede acumular mutaciones desfavorables en demasiados genes. Normalmente, los virus tienen un tamaño entre 8 y 10 Kb (10E4 nucleótidos).

    http://www.nlv.ch/Virologytutorials/Classification.htm

    Fuente: www.nlv.ch

    C hicos, recordáis que os dije que los virus eran el sistema informático de compresión más alucinante jamás visto. Pues, por ejemplo, el virus SV40, también conocido como el virus 40 vacuolado del simio o virus del simio 40, es un poliomavirus hallado tanto en monos como en humanos. Su nombre proviene del efecto que provoca en las células de mono verde Chlorocebus infectadas, que desarrollaban un número inusual de vacuolas. Tal como otros poliomavirus, el "SV-40" es un virus de ADN que tiene el potencial de causar tumores, aunque mayormente persiste como una infección latente. Pues bien, a pesar de tener un genoma muy simple, y del hecho que existen virus que tienen 100 veces más información que el SV40, ¡¡¡ vemos que el genoma de este virus está súper compactado !!! Es decir, en otros organismos los genes van uno después de otro, salvo excepciones, pero en el caso del virus SV40 vemos como su genoma tiene genes solapados. Funciona de la siguiente manera. Inicialmente expresa los genes early o tempranos, que se solapan con genes late o tardíos, que están codificados solapadamente a los genes early de la hebra complementaria. Por lo tanto, como existen promotores (regiones que activan genes) distintos en las dos hebras, pues el virus podrá usar proteínas distintas codificadas en la hebra positiva (+) y en la hebra negativa (-). Como decía, me parece increíble que el código genético de los virus haya evolucionado hasta conseguir ese nivel de solapamiento, a la vez que funcionalidad.

    http://viralzone.expasy.org/all_by_species/58.html

    El SV-40 es un virión icosaédrico desnudo con un genoma de ADN circular de doble cadena de aproximadamente 5kb. El virión se adhiere a la superficie celular en el Complejo Mayor de Histocompatibilidad de Clase I mediante la glicoproteína vírica VP1. La penetración a la célula es a través de una vesícula con Caveolina. Una vez en el núcleo el antígeno T grande (LT-Ag) se une a tres sitios de ADN virales, I, II, y III. La unión de los sitios I y II autorregula la síntesis de ARN temprano. La transcripción temprana produce dos ARN empalmados. La transcripción tardía produce ARN mensajero (ARNm) más largo, que sintetiza la proteína viral VP1 de la cápside, y otro más pequeños, que originan VP2 y VP3. Todas las proteínas, además del antígeno T grande, vuelven al núcleo porque el ensamblado de la partícula viral ocurre allí. La eventual liberación de las partículas virales es citolítica y resulta en la muerte celular. Fuente: viralzone.expasy.org

    P ara que os hagáis una idea del nivel de compresión o encriptación (que son cosas distintas); un genoma vírico, como el resto de genomas, puede leerse en 3 fases de lectura. Es decir, como los aminoácidos están codificados de 3 en 3 nucleótidos, si empezamos a leer en la primera letra (nucleótido) del genoma, obtenemos unas proteínas. Si iniciamos la traducción del genoma en la segunda letra, pues tenemos proteínas completamente distintas y, si leemos a partir de la tercera letra, una vez más, proteínas completamente distintas a las dos versiones anteriores. Si saltamos hasta la cuarta letra, veréis que es exactamente como empezar con el primer marco de lectura pero que nos hemos saltado un aminoácido. Con lo cual, no hay más marcos de lectura en esta hebra.

    By Hornung Ákos (Own work) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

    Ilustración de los posibles marcos de lectura de una porción de gen, dependiendo del nucleótido de inicio esta secuencia puede ser leída como: AGG·TGA·CAC·CGC·AAG·CCT·TAT·ATT·AGC; A·GGT·GAC·ACC·GCA·AGC·CTT·ATA·TTA·GC; o AG·GTG·ACA·CCG·CAA·GCC·TTA·TAT·TAG·C.

    Es decir, en los virus, encontramos que las 3 fases de lectura pueden codificar para proteínas. Un genoma muy pequeño, de 1.000 bases (o letras) podría dar una proteína de 333 aminoácidos (aa). Eso en un marco o fase de lectura. Por lo tanto, si miramos los otros dos, una hebra puede codificar para dos proteínas más de 333 aminoácidos. Pero es que además, la otra hebra (la complementaria) puede codificar para otras 3 proteínas distintas usando, una vez más, las 3 fases de lectura. En resumen, como mínimo, podrán obtener 6 proteínas completamente distintas entre sí explotando así al máximo el potencial de la codificación. Pero es que además, puede haber fenómenos de esplicing, también llamado procesamiento alternativo, es decir, aun dará lugar a más proteínas, esta vez, más parecidas entre sí. Por lo tanto, los virus explotan al máximo el potencial codificante y, si lo pensáis bien, ¡¡¡ los virus con una sola hebra también !!! Es decir, aun partiendo de una sola hebra, por ejemplo, -ssARN, podrán generar toda la información genética de la hebra complementaria que ni siquiera existe, pero que existirá durante la replicación del virus. Chicos, los virus me dejan sin palabras. Aprendo de ellos cada día.

    S i comparamos la química de las partículas víricas, y todo lo aprendido hasta ahora, podríamos decir que la mejor forma de conocer a un virus es la de investigar las etapas de su ciclo vírico. Es decir, cómo encuentra a su mejor huésped, cómo lo infecta, cómo se apodera de su maquinaria celular, cómo duplica su propia información genética, cómo crea nuevas proteínas virales y cómo, finalmente, huye para infectar nuevas célula. Si analizamos la lógica de estas etapas podremos clasificar muy fácilmente no solo al virus, sino que también sabremos de forma indirecta el tipo de genoma del virus e incluso podremos atrevernos a predecir los genes que el virus contiene. Así de fácil. Son pequeños programitas y como funcionan de forma muy similar no debería de ser una limitación. ¡¡¡ No si aprendemos a pensar como un virus, no como un humano, claro está !!!

    No os perdáis el sexto capitulo donde reflexionaremos sobre los virus, sus mecanismos de acción y, sobretodo, sobre cómo podemos aprender de ellos para fabricar nuevas vacunas para curarnos. Os esperamos en el sexto capitulo llamado, ¿QUÉ ES UN GEN? | REFLEXIONANDO SOBRE LOS VIRUS. Deseamos que os haya gustado y no olvidéis preguntar todas vuestras dudas en nuestro Facebook. Allí́ estaremos para responder. Muchas gracias a todos.

Dr David Gallardo - Escritor

Nacido en 1981 en Castellar del Vallès, España. Forma parte de la segunda promoción de licenciados en Biotecnología de la UAB. Dr. en Producción Animal, realizó su trabajo de investigador en el campo de la mejora genética animal.

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