Virus

Un virus es una cadena de ácidos nucleicos (ADN o ARN) que vive en una célula huésped, utiliza partes de la maquinaria celular para reproducirse y libera las cadenas de ácidos nucleicos replicadas para infectar más células. Un virus a menudo se aloja en una cubierta de proteína o una envoltura de proteína , una cubierta protectora que permite que el virus sobreviva entre huéspedes.

Estructura del virus

Un virus puede adoptar una variedad de estructuras diferentes. El virus más pequeño mide solo 17 nanómetros, apenas más largo que una proteína de tamaño medio. El virus más grande tiene casi mil veces ese tamaño, con 1.500 nanómetros. Esto es realmente pequeño. Un cabello humano tiene aproximadamente 20.000 nanómetros de diámetro. Esto significa que la mayoría de las partículas de virus están mucho más allá de la capacidad de un microscopio óptico normal. A continuación se muestra una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) del virus del Ébola .

Virus del ébola
Virus del ébola

Aquí, solo puede ver la capa de proteína del virus del Ébola. Cada virus parece un pequeño gusano doblado. Sin embargo, estas no son células. Dentro de la cubierta de proteína hay una molécula de ARN cuidadosamente doblada, que contiene la información necesaria para replicar la cubierta de proteína, la molécula de ARN y los componentes necesarios para secuestrar los procesos naturales de una célula para completar estas tareas.

La estructura exacta de un virus depende de qué especie sirva como huésped. Un virus que se replica en células de mamíferos tendrá una cubierta proteica que le permitirá adherirse e infiltrarse en células de mamíferos. La forma, estructura y función de estas proteínas cambia según la especie de virus. Un virus típico se puede ver a continuación.

Tegumento viral
Tegumento viral

El virus anterior muestra la estructura típica que adopta un virus, un genoma viral rodeado por un escudo de proteínas. Las diversas proteínas de la envoltura permitirán que el virus interactúe con la célula huésped que encuentre. Luego, parte de la cubierta de proteína se abrirá, perforará la membrana celular y depositará el genoma viral dentro de la célula. La cubierta de proteína se puede descartar, ya que el genoma viral ahora se replicará dentro de la célula huésped. Las moléculas de virus replicadas se empaquetarán dentro de sus propias capas de proteínas y se liberarán al medio ambiente para encontrar otro huésped. Si bien muchas partículas de virus toman una forma simple como la anterior, algunas son mucho más complicadas.

Fago
Fago

La imagen de arriba muestra un fago, un tipo de virus que se especializa en células bacterianas. La cubierta de proteína de un fago es mucho más compleja y tiene una variedad de partes especializadas. La porción de la cabeza contiene el genoma viral. Las fibras del collar, la vaina, la placa base y la cola son parte de un intrincado sistema para adherirse e inyectar el genoma en una célula bacteriana. Las fibras de la cola agarran la célula bacteriana, tirando de la placa base hacia la pared celular o membrana. La funda y el collar comprimen, perforan la célula y depositan el ADN en la célula bacteriana.

Algunas moléculas de virus no tienen capa de proteína alguna, o nunca se han identificado como productoras. En algunas especies de virus de plantas, el virus se transmite de una célula a otra dentro de la planta. Cuando se crean semillas dentro de la planta, el virus se propaga a las semillas. De esta manera, el virus puede vivir dentro de las células durante toda su existencia, y nunca necesitará una capa de proteína para protegerlo en el medio ambiente. Otras moléculas de virus tienen capas proteicas aún más grandes y complejas, y se especializan en varios huéspedes.

¿Está vivo un virus?

Esta es una pregunta complicada. Se considera que una célula está viva porque contiene todos los componentes necesarios para replicar su ADN, crecer y dividirse en nuevas células. Este es el proceso que toma toda la vida, cuando es un organismo unicelular o un organismo multicelular. Algunas personas no consideran que un virus esté vivo porque un virus no contiene todos los mecanismos necesarios para replicarse. Dirían que un virus, sin una célula huésped, no puede replicarse por sí solo y, por lo tanto, no está vivo.

Sin embargo, según la definición de vida expuesta anteriormente, parece que cuando un virus está dentro de una célula huésped, tiene toda la maquinaria que necesita para sobrevivir. La capa de proteína en la que existe fuera de una célula es el equivalente a una espora bacteriana , una pequeña cápsula que las bacterias se forman a su alrededor para sobrevivir en condiciones adversas. Los científicos que apoyan que un virus es un organismo vivo notan la similitud entre un virus en una capa de proteína y una espora bacteriana. Ninguno de los organismos está activo dentro de su capa protectora, solo se activan cuando alcanzan condiciones favorables.

De hecho, la única razón por la que un virus nos afecta es porque se activa dentro de nuestras células. Además, un virus tiende a evolucionar con su anfitrión. La mayoría de los virus peligrosos han pasado recientemente a una nueva especie. La bioquímica que desarrollaron para vivir dentro de las otras especies no es compatible con la nueva especie, y se produce daño celular y muerte. Esto provoca una serie de reacciones, según las células infectadas. El virus del VIH, por ejemplo, ataca exclusivamente a las células inmunitarias. Esto conduce a una pérdida total de la función inmunológica en los pacientes. Con el virus que causa el resfriado común, el virus ataca las células respiratorias y las daña mientras hace su trabajo.

Sin embargo, no todas las infecciones por virus serán perjudiciales para el huésped. Un virus que mata al anfitrión tendrá menos éxito con el tiempo, en comparación con un virus que no daña al anfitrión. Un hospedador sano aumenta la cantidad de moléculas de virus que se liberan al medio ambiente, que es el objetivo final del virus. De hecho, algunas partículas de virus pueden beneficiar al huésped. Un buen ejemplo es una forma de virus del herpes, que se encuentra en ratones. Este virus, mientras infecta a un ratón, proporciona al ratón una buena defensa contra las bacterias que transmiten la plaga. Si bien el mecanismo no está claro, el virus de alguna manera evita que las bacterias se arraiguen en el sistema del ratón.

Visto desde esta perspectiva, es fácil ver cómo un virus es muy similar a una bacteria. La bacteria crea y mantiene las herramientas necesarias para reproducir el ADN, donde el virus las roba. Ésta es la única diferencia real entre un virus y una bacteria. Debido a esto, muchos científicos consideran un virus como un organismo vivo. Los científicos que estudian los virus, los virólogos , señalan que las partículas de virus (vivas o no) han ido evolucionando con vida probablemente desde que estuvieron presentes las primeras células. Debido a esto, existe un virus que se especializa en casi todas las especies del planeta.

Clasificación de virus

Los científicos clasifican los virus en función de cómo replican su genoma. Algunos genomas de virus están hechos de ARN, otros están hechos de ADN. Algunos virus usan una sola hebra, otros usan una doble hebra. Las complejidades involucradas en la replicación y el empaquetado de estas diferentes moléculas colocan a los virus en siete categorías diferentes.

Los genomas del virus de clase I están hechos de ADN de doble hebra, al igual que el genoma humano. Esto facilita que estas moléculas de virus utilicen la maquinaria natural de la célula para producir proteínas a partir del ADN del virus. Sin embargo, para que la ADN polimerasa (la molécula que copia el ADN) esté activa, la célula debe estar dividiéndose. Algunas moléculas de virus de clase I incluyen secciones de ADN que hacen que la célula comience a dividirse activamente. Estas moléculas de virus pueden provocar cáncer. El virus del papiloma humano es un virus de clase I de transmisión sexual y puede causar cáncer de cuello uterino.

Un virus de clase II contiene solo una hebra de ADN. Antes de que pueda ser leído por las enzimas ADN polimerasa del anfitrión, debe convertirse en ADN de doble hebra. Lo hace secuestrando las histonas de la célula huésped (proteínas de ADN) y la ADN polimerasa. En lugar de esperar a que la célula se divida o forzarla, el ADN del virus de clase II contiene codificación de una proteína llamada Rep . Esta enzima de replicación replica el genoma original del virus monocatenario. Otras proteínas se crean a partir del ADN y se utilizan para crear capas de proteínas con la maquinaria celular. El ADN monocatenario se empaqueta luego en estas capas de proteína y se crean nuevos paquetes de virus.

Los genomas del virus de clase III se crean a partir de ARN bicatenario. Si bien esto es inusual, estos paquetes de virus vienen con su propia proteína, la ARN polimerasa. Esta proteína puede crear ARN mensajero (ARNm) a partir del ARN del virus bicatenario. Por lo tanto, el ARN del virus permanece dentro de la cápsula del virus y solo el ARNm ingresa al citoplasma del huésped. Aquí, el ARNm se convierte en proteínas, algunas de las cuales incluyen más ARN polimerasa. Esta ARN polimerasa crea un nuevo ARN de doble hebra, que es encapsulado por las proteínas y liberado de la célula.

Los virus de clase IV son ARN monocatenario, casi idénticos al ARNm producido por la célula huésped. Con estos virus, la cubierta proteica completa es engullida por una célula huésped no infectada. El pequeño genoma de ARN escapa de la cubierta de proteína y se abre camino hacia el citoplasma. Esta única hebra similar a ARNm codifica una poliproteína grande , que será creada por los ribosomas del hospedador . La poliproteína se rompe de forma natural en diferentes partes. Algunos crean capas de proteínas, mientras que otros leen y replican la cadena original de ARN viral. El virus continúa replicándose y creando nuevas partículas de virus completamente empaquetadas. Cuando la célula está completamente llena, se rompe y libera las partículas del virus a la sangre o al medio ambiente. Se pueden liberar hasta 10,000 partículas de virus de una sola célula.

Los genomas del virus de la Clase V también son ARN monocatenario. Sin embargo, corren en la dirección opuesta al ARNm normal. Por tanto, la maquinaria de la célula no puede leerlos directamente. Estas moléculas de virus contienen una molécula de ARN polimerasa que puede leerse a la inversa. Estas moléculas de virus tienen cápsulas grandes, rodeadas por membranas celulares y proteínas. Cuando el virus se acerca a una célula, sus proteínas de membrana se unen a la célula y son atraídas hacia el citoplasma. Aquí, se rompe, liberando el ARN viral inverso y las proteínas asociadas. Estos pequeños complejos producen ARNm regular, que crea nuevos complejos de virus. Estos complejos inacabados se mueven a la superficie celular, donde recubren la membrana celular con las proteínas que crean. Cuando terminan, se envuelven en esta membrana y se desprenden de la célula.

Los genomas del virus de clase VI son los mismos que los de la clase V, pero utilizan un método diferente para replicarse. Las partículas de virus de clase VI se conocen como retrovirus . En lugar de crear ARNm a partir del ARN viral, estas moléculas de virus trabajan con una proteína diferente. Esta enzima, conocida como transcriptasa inversa , es capaz de crear ADN a partir del ARN del virus. Al hacerlo, el ARN viral se convierte en ADN de doble hebra. Este ADN luego produce un nuevo virus. 

El ADN puede incorporarse con el ADN del huésped y, al hacerlo, convertirse en endogenizado . Esto significa que el ADN permanecerá en la célula mientras viva la célula. Si la célula se encuentra en una línea germinal, como un espermatozoide o un óvulo, el virus se convertirá de forma permanente en parte del genoma del huésped. Se estima que del 5 al 8% del genoma humano queda sobre el ADN del retrovirus.

La última clase, la clase VII, incluye los pararetrovirus . Al igual que en la clase VI, estos genomas de virus utilizan transcriptasa inversa. Sin embargo, estos genomas de virus se empaquetan como ADN, no como ARN. Estos virus se insertan directamente en el genoma del huésped, que comienza a transponer el ADN viral al ARN. La mayor parte de este ARN será ARNm, que se utiliza para crear una poliproteína. Parte de la poliproteína es la transcriptasa inversa. 

Esta transcriptasa inversa actúa sobre piezas de ARN conocidas como pregenoma . Lee estas moléculas de ARN y produce el ADN del virus original. Esto luego se empaqueta en capas de proteína viral. Los virus de clase VII se encuentran a menudo en plantas y pueden viajar entre células utilizando los plasmodesmos., o pueden ser transportados por insectos herbívoros que se alimentan de las plantas. Los pulgones portan muchas enfermedades de las plantas, ya que su probóscide perfora las paredes celulares de las plantas y beben el citoplasma.

Ejemplos de virus

Virus de la polio

El virus de la polio, que paralizó al presidente Franklin Roosevelt, es un virus de clase III. Este virus de ARN bicatenario codifica 12 proteínas. Al igual que otros genomas de virus de clase III, se reproduce liberando hebras de ARNm en el citosol de las células huésped, que codifican nuevas moléculas de virus. Curiosamente, el virus de la polio no era mortal hasta que la gente empezó a tratar el agua. Antes del agua clorada, la poliomielitis sobrevivía en la mayoría de las fuentes de agua. Por lo tanto, la mayoría de los bebés estuvieron expuestos a la polio desde el principio.

En los bebés, generalmente no hay síntomas de polio y el sistema inmunológico responde al virus. Sin embargo, después de que se estableció el agua clorada, la mayoría de los niños no experimentaron polio. Sin embargo, la enfermedad no fue erradicada. Muchas personas estuvieron expuestas en la edad adulta a focos de polio que aún persisten. Estas personas sufrieron mucho a causa de la enfermedad, ya que el sistema inmunológico no reaccionó con la suficiente rapidez. Al igual que FDR, por lo general estaban paralizados permanentemente por los efectos del virus en la salud ósea. Afortunadamente, la vacuna contra la polio, una de las primeras que se ha creado, se elabora fácilmente matando el virus de la polio vivo con calor. Las capas de proteínas muertas permiten que el cuerpo desarrolle inmunidad al virus, sin que las células se infecten.

Virus de la rabia

El virus de la rabia es un virus de clase V, con una capa de proteína en forma de bala. Este virus está hecho de ARN lineal monocatenario. El genoma del virus de la rabia codifica cinco proteínas, de 12.000 nucleótidos. Curiosamente, los síntomas de la rabia en muchos animales incluyen un aumento de la agresión. Este rasgo, causado por el lugar donde ataca el virus y el daño que hace, hace que los animales muerdan a otros animales con más frecuencia de lo que lo harían normalmente. Las partículas del virus de la rabia ensambladas se acumulan en la saliva. Así, cuando un animal infectado muerde a otro, el virus se transmite al nuevo animal.

El virus de la rabia casi siempre es fatal en humanos, si no se trata de inmediato. Anualmente, se administran casi 15 millones de vacunas posteriores a la exposición contra la rabia. Básicamente, la vacuna carga el cuerpo con el virus muerto, lo que permite una gran respuesta inmunitaria contra el virus. Esto puede detener el virus antes de que se establezca en el sistema. Si esto sucede, hay pocas posibilidades de recuperación. Los perros generalmente se vacunan antes de la exposición, lo que brinda una protección general a sus dueños ante la posibilidad de que sean mordidos por un animal infectado con el virus.