Formas Acelulares

Las formas acelulares comprenden: virus, viroides, plásmidos y priones.

Estas formas acelulares no cumplen el dogma biológico de que todo ser vivo crece, se relaciona y se reproduce. Originan patologías tanto en bacterias, vegetales y animales.

Los Viroides

Son moléculas de ARN monocatenario en forma de varilla, no asociados a proteínas, que en los vegetales (patata, cítricos) producen enfermedades relacionadas principalmente con el crecimiento.

Los Plásmidos

Formados por una molécula circular de ADN (2c).

Los Priones

Son proteínas infecciosas (carecen de ácidos nucleicos) que se sitúan en las membranas de las neuronas. Son las responsables de enfermedades degenerativas del sistema nervioso central, como la “enfermedad de las vacas locas”.

Se conocen dos enfermedades causadas por priones:

• La Tembladera, una alteración neurológica de ovejas y cabras, conocida desde el siglo XVII.
• La enfermedad de Creutzfeldt-Jacob, una rara demencia humana.

Se consideran agentes probables de otras enfermedades humanas que afectan al sistema nervioso. La infección por priones no provoca una respuesta inmunitaria, debido a que el prión está dentro de nuestras propias células. El agente causante es una proteína propia de la membrana plasmática de las neuronas.

La proteína del prión (Prp) sufre una alteración y ciertos fragmentos de la misma se enrollan en lámina β-plegada en lugar de la estructura en α-hélice de la proteína normal.

Las proteínas defectuosas actúan como agentes infecciosos que cambian las proteínas normales en defectuosas. La aparición de la demencia es consecuencia de la acumulación de estas proteínas anómalas que cristalizan en las neuronas, provocando su destrucción y muerte.

Comparando las dos proteínas, normal y patológica, se comprueba que tienen la misma secuencia de aminoácidos (estructura primaria), pero tienen un plegamiento distinto.

Se han encontrado casos de transmisión hereditaria de la enfermedad, debido a una mutación puntual que implica modificación en la estructura primaria de la proteína, sustituyéndose una prolina por una leucina.

Los Virus

Constituyen un conjunto de microorganismos muy sencillos, diferenciados de los organismos procariotas y eucariotas, hasta el punto de que algunos científicos cuestionan el hecho de considerarlos seres vivos.

Clasificación

a) Según la morfología de la cápside se clasifican:

• Viriones helicoidales: Al microscopio electrónico tienen una apariencia de bastón cilíndrico. Cada constituyente de la cápside es una única molécula de una misma proteína, denominada unidad estructural. Estas se disponen en una ordenación helicoidal formando una estructura tubular, en cuyo interior se localiza el ácido nucleico enrollado en hélice. Ej. El virus del mosaico del tabaco y el de la rabia, este último presenta envoltura.
• Viriones icosaédricos: La cápside adopta una forma geométrica regular, parecida a un icosaedro (poliedro de 20 caras triangulares). La unidad repetitiva es el capsómero, constituido a su vez por algunas moléculas de proteína o unidades estructurales. Distinguimos dos tipos de capsómeros:
  • Hexones: capsómeros constituidos por una asociación en hexágonos de 6 moléculas proteicas.
  • Pentones: son cinco moléculas proteicas las que se asocian en pentágonos.
  Unas fibras fijadas a los pentones de los vértices completan la estructura de estos viriones. Ej: virus de la poliomielitis, los adenovirus.
• Bacteriófagos, virus complejos: Son de ADN de cadena doble, se les denomina también fagos. Se distinguen dos partes: la cabeza y la cola.
  • La cabeza es de estructura icosaédrica que contiene en su interior el ADN lineal que se prolonga por el cuello y la cola.
  • La cola une la cabeza con el sistema de anclaje adaptado para parasitar la célula bacteriana. Un eje tubular proteico está rodeado por la vaina: estructura helicoidal, flexible. En la base del eje tubular está localizada la placa basal con espinas basales y las fibras caudales que le sirven para adherirse a la superficie de la célula huésped.
  En la base de la cola se encuentran algunos enzimas y ATP, que intervendrán en la perforación de la pared bacteriana.

b) Atendiendo a la presencia o no de envuelta:

• Viriones desnudos, sin envoltura.
• Viriones con envoltura: Esta envoltura, externa a la cápsida, está formada por lípidos y proteínas. Cada virión toma esa envoltura de la membrana de la célula en la que se ha formado, al salir de ella por gemación (virus de la hepatitis). En numerosos virus de este tipo, también forman parte de la envoltura glucoproteínas codificadas por el propio virus, a modo de espículas, que pueden actuar uniéndose específicamente a receptores de la célula hospedadora. Esta envoltura se encuentra en determinados virus animales, por ejemplo en el VIH o en el de la gripe.

d) Atendiendo al tipo de ácido nucleico:

• Virus con ADN de cadena doble (bicatenario): adenovirus y papovavirus que infectan células animales.
• Virus con ADN monocatenario: inovirus, patógeno de bacterias.
• Virus con ARN bicatenario: reovirus, patógeno de células animales y vegetales.
• Virus con ARN monocatenario: retrovirus, como el SIDA.

e) Según el tipo de células que infectan:

• Virus que infectan células vegetales: virus del mosaico del tabaco (ARN monocatenario).
• Virus que infectan células animales: la mayoría poseen envolturas lipoproteicas. De ARN monocatenario: rabia, gripe, sarampión, retrovirus (SIDA). De ADN bicatenario: herpes, hepatitis.
• Virus que infectan bacterias o bacteriófagos: el fago T2, T4, lambda.

Ciclos Vitales de los Virus

Introducción

En el estado extracelular los virus son inertes, no presentan metabolismo y no requieren energía, sólo “esperan” encontrar a la célula huésped para introducir su genoma y llevar a cabo la reproducción.

Dentro de los ciclos de reproducción se distinguen seis fases:

a) Fase de fijación o adsorción: Las células huésped tienen en sus membranas receptores específicos para los virus que las infectan, uniéndose componentes de la cápsula o membranas externas del virus con glicoproteínas o lipoproteínas de la membrana de la célula infectada. La unión puede ser mecánica o por enlaces químicos. A lo largo de la evolución cada tipo de virus ha adquirido la capacidad de fijarse a un determinado tipo celular. Por ejemplo, algunos fagos se fijan a los pelos bacterianos, el virus de la gripe se une a glicoproteínas de las membranas de las células mucosas, y el receptor del virus de la polio es una lipoproteína de las membranas del tejido nervioso.

b) Fase de penetración: Los virus utilizan diferentes mecanismos de penetración:

• Los bacteriófagos, como el T4 de E. Coli, perforan la pared mediante una enzima, la lisozima, se contrae la cola del virus y el ADN se inyecta en el interior.
• Los virus desnudos introducen toda la nucleocápside en la célula. Bien por penetración directa al perforar la membrana mediante enzimas hidrolíticos, o por endocitosis, quedando englobados en una vesícula o vacuola.
• Los virus envueltos fusionan su cubierta con la membrana de la célula huésped.

c) Fase de eclipse: El genoma vírico dirige el metabolismo de la célula hacia la síntesis de los componentes víricos, utilizando los recursos de la célula (ATP, enzimas, aminoácidos, ribosomas,…). Por supuesto, el genoma vírico, como es extraño a la célula, es atacado por enzimas; cuando no es destruido se produce la infección.

En función de la duración de la fase eclipse se distingue: el ciclo lítico y el ciclo lisogénico.

d) Fase de replicación: síntesis del ácido nucleico (ADN o ARN) y transcripción de los ARNm para la síntesis de las proteínas víricas.

e) Fase de maduración: Los capsómeros se ensamblan formando la cápside, a la vez que el ácido nucleico se pliega en su interior.

f) Fase de liberación: Los virus salen de la célula básicamente por dos mecanismos:

• Por gemación, induciendo en la membrana celular la formación de pequeñas vesículas, en las que se introducen y que acaban separándose de la célula (virus con envoltura).
• Aprovechando los mecanismos de exocitosis de la célula, o provocando pequeños agujeros en su membrana mediante enzimas líticos (virus desnudos).

Ciclo Lítico

Es propio de los fagos T, también llamados virus virulentos, pues el resultado es la lisis y, por lo tanto, muerte de la bacteria. Se diferencian una serie de fases:

1. Adsorción del virión: Los fagos se fijan a la superficie bacteriana mediante las fibras caudales por enlaces de tipo químico y después de tipo mecánico al clavar las espinas basales.
2. Inyección del ácido nucleico: Una vez anclado, el virus inyecta su ADN en el interior del citoplasma bacteriano. Una enzima vírica, la lisozima, perfora la pared. El fago contrae su vaina, acompañado de hidrólisis del ATP, y a través del orificio introduce el eje tubular y así penetra el ADN en la bacteria.
3. Fase de eclipse: El ADN vírico, utilizando la ARN polimerasa y nucleótidos del medio, sintetiza muchos ARNm, los cuales dirigirán la síntesis de enzimas que se encargarán de destruir el cromosoma bacteriano. Existe, por tanto, un cese en el metabolismo bacteriano y se orienta hacia la síntesis de elementos del fago.
4. Síntesis y replicación: Posteriormente el ADN vírico se replica (con la ADN polimerasa, nucleótidos bacterianos y enzimas sintetizados anteriormente) para dar lugar a muchas copias idénticas que se acumularán. A la vez, el ADN codifica para nuevos ARNm de cara a la síntesis de proteínas de la cápside, y los enzimas que posteriormente lisarán la bacteria.
5. Maduración o ensamblaje: Los capsómeros se juntan para constituir las cápsides y rodearán cada una un filamento de ADN plegado. Ya están formados los fagos-hijos.
6. Fase de lisis: Los nuevos viriones son liberados al exterior mediante la destrucción de la célula huésped (lisis) por una enzima, la endolisina. La bacteria morirá por falta de su ADN y como consecuencia de la destrucción de su pared. Los nuevos viriones liberados irán a infectar otras bacterias.

Ciclo Lisogénico

En este ciclo el ácido nucleico vírico se incorpora al ADN bacteriano, y recibe el nombre de virus atenuado o atemperado. Las bacterias portadoras de un fago atenuado se llaman bacterias lisogénicas, pues tienen la capacidad latente de producir viriones maduros. El ciclo mejor conocido es el del fago λ que infecta a E. coli.

El ácido nucleico vírico se inserta por un punto determinado en el genoma bacteriano y puede permanecer así durante varias generaciones, en forma de profago, pues los genes víricos están reprimidos. El virus se va perpetuando a la vez que lo hace su huésped, es decir, cuando se replica el cromosoma bacteriano, se replica también el ADN vírico insertado.

La lisogenia aporta una característica singular a las bacterias. Una célula, mientras tenga el profago, será inmune frente a otras infecciones producidas por virus de la misma especie que el profago.

Esta situación no se mantiene permanentemente. Debido a una inducción espontánea (una proteína activadora del ADN vírico), o bien, provocada por un agente externo, rayos U.V., el virus en forma de profago se escinde del cromosoma bacteriano y se convierte en autónomo. En este momento comenzará la síntesis de proteínas y se replicará entrando en el ciclo lítico.

A veces los fagos liberados llevan consigo genes de la bacteria de manera que al infectar otra bacteria estos genes se transmitan a ésta, produciéndose un intercambio de información genética, es un mecanismo de reproducción parasexual denominado transducción.

Ciclo de los Retrovirus

Las enfermedades más importantes causadas por los retrovirus son el SIDA y algunos tipos de cánceres (sarcoma de Rous, algunos tipos de leucemia).

Cuando un retrovirus penetra en una célula, una enzima que transporta el propio virus, “la transcriptasa inversa”, convierte rápidamente el ARN de cadena sencilla en ADN de una cadena que posteriormente pasa a ADN de doble cadena. Posteriormente los genes de los retrovirus se integran en el ADN de la célula huésped gracias a una enzima (ADN endonucleasa). Es, en esta forma integrada, cuando se convierten en activos. A partir del ADN integrado se origina tanto el ARNm para producir proteínas como las copias del material genético necesarias para incorporarlas en los nuevos virus.

La liberación eventual de los nuevos retrovirus se realiza por gemación a partir de la membrana de la célula huésped, que es una vía de salida no destructiva que a menudo hace que las infecciones de retrovirus se toleren durante largos periodos de tiempo.

Ocasionalmente pueden infectar las células germinales, de manera que cada uno de nosotros puede poseer perfectamente esos genes retrovíricos heredados unidos a nuestro ADN humano normal. En ocasiones, pueden permanecer completamente inactivos, probablemente reprimidos por los rígidos sistemas de control que dirigen la actividad de todos los genes celulares. Mediante radiación o la acción de diversas sustancias químicas carcinógenas, a menudo se puede inducir actividad a los genomas retrovíricos heredables inactivos.

SIDA: El Último Invasor

El virus del SIDA o HIV (“virus de la inmunodeficiencia humana”) es un retrovirus que tiene, por lo tanto, un genoma de ARN de cadena sencilla; éste está íntimamente asociado con algunas copias de transcriptasa inversa. Presenta también una región central de dos capas compuesta por al menos dos proteínas víricas diferentes (p18 y p24). En el exterior se encuentra una cubierta vírica formada por una membrana esférica de origen celular, salpicada por muchas copias de dos glucoproteínas (GP120 y GP41).

Como retrovirus que es, integra su genoma en la célula huésped (provirus). La entrada del virus en la célula se produce cuando se acopla a la superficie del linfocito; para ello las glicoproteínas GP120 del virus se unen a los receptores CD4 de los linfocitos T4 y se produce la fusión de las membranas. La cápsula del virus queda libre en el citoplasma del linfocito y se reabsorben sus proteínas, liberándose el ARN vírico; posteriormente, gracias a la transcriptasa inversa, se sintetiza una cadena de ADN que luego se autoduplica formándose un ADN viral de dos cadenas que entra en el núcleo de la célula y, gracias a la enzima integrasa, se integra en el genoma de la célula (ADN provírico). Se completa así el ciclo lisogénico del virus, que puede permanecer inactivo en estado de provirus hasta 10 años (fase asintomática). Cada vez que el linfocito se divide, transmite una copia del ADN vírico a las células hijas.

A los dos meses después del comienzo de la infección, se pueden detectar anticuerpos en sangre (individuo seropositivo); en algún momento se induce el ciclo lítico, el detonante parece ser que es la llegada de una infección que activa las células T, el rápido crecimiento de estas células activa el genoma vírico que comienza a transcribirse para formar ARN víricos y ARNm que se van a traducir para formar las proteínas víricas. Las proteasas permiten el ensamblaje de las proteínas y se forma la cubierta proteica, los virus recién formados abandonan la célula (gemación), arrastrando una porción de su membrana, para ir a infectar otras células.

El linfocito libera lentamente virus hasta que muere. Poco a poco el número de linfocitos T4 va disminuyendo hasta que son incapaces de generar respuesta inmunitaria. Los linfocitos B, sin la ayuda de los linfocitos T4, no producen suficientes anticuerpos para contrarrestar al virus, por lo que la respuesta humoral también se ve afectada. Comienza la fase sintomática o SIDA, en la que el sistema inmune está tan debilitado que las infecciones “oportunistas” se generalizan. También se desarrollan ciertos tipos de cáncer. El tiempo que media entre la infección por el virus y los primeros síntomas del SIDA pueden variar entre uno y 10 años.

El virus infecta también otros tipos de células, macrófagos, neuronas del sistema nervioso central y cerebro, produciendo desórdenes neurológicos, demencia progresiva,…

La transmisión del virus del SIDA se realiza mediante:

• Contacto sexual.
• A través de la sangre (al compartir agujas infectadas, u otros objetos).
• De la madre al feto, ya sea antes o durante el parto.

No es una enfermedad fácil de contraer, pero sus consecuencias son tan devastadoras que merece la pena evitar riesgos.

Desarrollo de la infección provocada por el HIV:

a) Periodo de infección: Dura de 1 a 6 semanas. La sintomatología es la típica de una gripe (fiebre, dolor de cabeza, dolores musculares, inflamación de los ganglios,…). En este periodo no se detectan anticuerpos en el plasma, pero el virus está presente y el enfermo es transmisor.

b) Fase asintomática: Puede durar desde meses a años (entre el 30% y el 35% de los infectados sin tratamiento, puede durar de 7 a 8 años; en los recién nacidos no sobrepasan los dos años).

Se detectan los anticuerpos, por lo cual se dice que el infectado es seropositivo, parece que hay un equilibrio entre el virus y el sistema inmunitario, pasando por fases agudas.

c) Deterioro del sistema inmunitario y SIDA: Al producirse un descenso en el número de linfocitos T por el virus, el sistema inmunitario se va debilitando. Se aprecian lesiones en el sistema nervioso y digestivo. Aparecen las infecciones oportunistas (neumonías, meningitis, linfomas,…). Al final el enfermo termina muriendo.

Las tres familias de antirretrovirales actualmente disponibles son los inhibidores de la transcriptasa inversa (AZT, 3TC, d4T) y los inhibidores de la proteasa (ritonavir e indinavir).