domingo, 19 de marzo de 2017

Caracterización física y química de los virus



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Los virus son uno de los seres vivos, si es que podemos llamarlos así, más interesantes del planeta Tierra. Se trata de una o varias moléculas de material genético, ADN o ARN, envuelto en una cápsula de proteínas que, sin apenas nada más, es capaz de infectar a otros organismos y reproducirse en su interior.

Virus y biologia


- Métodos de caracterización física. Tamaño y morfología de los virus


Lo primero que se intentó determinar fue el tamaño de los virus, los cuales van desde los 18 nm hasta más de 500 nm. Hay actualmente descritos virus con tamaños mayores, aunque aún no están bien clasificados. Se han aislado principalmente en amebas, con ciclos nucleocitoplasmáticos, y en diferentes lugares del planeta.

Uno de estos es el Pandoravirus, que tiene 0,5 micrómetros de diámetro y aproximadamente 1 micrómetro de largo. Pero hay otro, Pithovirus, que alcanza los 1,5 micrómetros de largo y 0,5 micrómetros de diámetro.

+ Ultrafiltración


El tamaño de los viriones comenzó a medirse a través de la ultrafiltración, disminuyendo el tamaño del poro sucesivamente hasta que no se recupere nada. Pero esto solo sirve cuando las partículas son esféricas, y no alargadas.


+ Ultracentrifugación


En los años 60 apareció la ultracentrifugación, lo que permitió calcular la densidad y por tanto la masa. Con un gradiente preformado, las partículas quedan en una zona que, en teoría, corresponde con su densidad.

De esta forma, dependiendo de la distancia de migración se puede calcular el coeficiente de sedimentación, se pueden aislar las partículas y medir el tamaño de los virus. El problema de este método es que es muy dependiente de la conformación de la partícula que estemos midiendo.

Pero hay otro método de ultracentrifugación que sí permite calcular el coeficiente de sedimentación precisamente, y es en equilibrio isopícnico. Pero no todos los virus pueden someterse a este método (con cloruro de cesio) ya que sus componentes no pueden hallarse en este medio.

+ Determinación de la masa de los viriones


También se ha hecho mediante determinación de la masa de los viriones, midiendo cada uno de los componentes del virus y sumando el peso de todas ellas. Pero esto no se puede hacer en todos los virus, sino en virus relativamente sencillos con pocos componentes y proteínas.

+ Microscopía electrónica de transmisión y tinción negativa


Cuando no podemos realizar ninguno de los métodos anteriores toca estimar el tamaño de los virus a través de microscopía electrónica de transmisión y una tinción negativa. Con esto también se puede observar la forma de los virus.

Además, se deben incluir partículas bien caracterizadas con las que comparar el virus problema, como otros virus conocidos o cristales de tamaño conocido.

El problema sigue existiendo con los virus complejos, ya que la deshidratación para la microscopía influye en el tamaño de los virus y nos da valores erróneos. Dependiendo de cómo se vean los virus en la MET tenemos 4 tipos de virus:

. Isométricos.

. Morfología de varillas.

. Estructura binal (una cabeza isométrica y una parte tubular).

. Pleomórficos (no encajan en ninguna de las anteriores).


+ Difracción de rayos X


Existe una técnica para determinar dónde están los componentes del virión, mediante la difracción de rayos X que tiene una resolución de 0,1 nm. El problema está en que necesitamos las partículas víricas con una gran pureza y en forma paracristalina. Esto reduce la cantidad de virus posibles para esta técnica.

+ Criomicroscopía electrónica y microscopía electrónica de baja radiación


Las técnicas que se utilizan hoy en día son de microscopía electrónica, pero con métodos más complejos y con mayor resolución (2,5-3 nm). Estas técnicas son la criomicroscopía electrónica o la microscopía electrónica de baja radiación. Ambas, combinadas con análisis de imagen y reconstrucciones tridimensionales, permiten dar forma y tamaño a algunos virus.

Virus y ADN


- Composición química de los virus


+ Ácidos nucleicos virales


El ácido nucleico de un virus, que está siempre presente, puede ser ARN o ADN, y a su vez monocatenario o bicatenario.

En el virus del fago T5 encontramos mellas, es decir, partes monocatenarias a lo largo de la doble cadena. Además, el virus de la vacuna tiene dúplex con extremos cerrados y zonas no complementarias que forman el lugar por el que cierra la doble cadena. No se pueden separar ambas cadenas, ya que son una única molécula lineal.

El virus de la hepatitis B tiene un genoma distinto, un DNA bicatenario parcialmente monocatenario. La hebra negativa es completa, pero la positiva está a “medio copiar”. Si aislamos varios viriones, la longitud de la cadena positiva es variable. Esto se debe a que se ha empaquetado antes de terminar la replicación. Las cadenas están unidas covalentemente.

La cadena negativa es completa y termina en el extremo 5’ con una proteína unida covalentemente. Esto viene de que al producirse viene de un RNA. La cadena positiva no está completa, y en su extremo termina con un oligoRNA que sirvió de molde en el RNA. La conformación se mantiene circular por complementariedad de bases en sitios estratégicos.

En las moléculas de DNA lineal hay terminaciones curiosas, como en el fago lambda, con extremos cohesivos complementarios que permite la circularización del genoma, tanto en forma mono como bicatenaria. Si desnaturalizamos este genoma se obtienen dos bandas, una que son dímeros y otras que son círculos.

Por otro lado, en los fagos T impares (T7) tienen redundancia terminal. Ciertas bases, al principio y al final del genoma, están repetidas. Cuando cortamos con una exonucleasa se obtiene extremos cohesivos.

Los fagos T pares (T4) tienen además permutación circular, es decir, tienen mapas circulares en genomas lineales. Esto se debe a la forma en la que se da la replicación, formándose tándems con todas las copias. Luego se copia de forma “aleatoria” pero manteniendo todos los genes. Es decir, tienen los mismos genes en diferente orden. Esto no es único en estos fagos, sino que también existe en algunos virus animales.

En algunos virus animales (adenovirus y poxvirus) encontramos repeticiones terminales invertidas. Son secuencias cortas no codificantes, al principio y al final del genoma. Cuando se desnaturalizan y se aplica una exonucleasa se forma un genoma circular con una parte bicatenaria (donde complementan las bases).

Todos los parvovirus tienen horquillas terminales. El genoma es monocatenario, pero ambos extremos del material genético tienen una parte bicatenaria. Esto último se da siempre en los viriones de Parvovirus adenoasociados, que necesitan además adenovirus para poder replicarse por falta de componentes.

Muchos virus tienen también proteínas terminales asociadas que suelen servir como cebadores para la polimerasa vital, ya que tienen un extremo OH libre donde ir adicionando nucleótidos.

+ Configuración del RNA viral


En los virus RNA es muy común la segmentación, lo que hace que en el mismo virión haya varios segmentos del genoma. El RNA siempre es lineal, nunca circular, y puede ser monocatenario y bicatenario.

Hay RNA con polaridad positiva (infectivo) y con polaridad negativa (no infectivo). El infectivo se conoce así porque se puede traducir directamente en una célula y dar lugar a la expresión genética. Este RNA aislado, aunque sea de forma artificial, resulta infectivo.

En los de polaridad positiva encontramos virus monopartitos, que van todos en un único virión, y se da en virus animales. Mientras que los multipartitos se dan únicamente en virus de plantas. Nada más entrar en la célula comienza a traducirse el RNA, y lo primero que hace es sintetizar es una RNA polimerasa RNA dependiente, que no existe en la célula.

En los no infectivos encontramos monopartitos y segmentados (varios segmentos en un mismo virión). Lo primero que ocurre al entrar en la célula es transcribirse el RNA hasta un mensajero (se vuelve positivo). En este caso en el virión ya lleva la RNA polimerasa RNA dependiente, ya que no pueden sintetizar nada hasta cambiar el genoma.

Hay otros virus con estrategia codificadora de doble sentido, es decir, que en el genoma hay genes con polaridad positiva y otros con polaridad negativa. Esto se da en arenavirus (mamíferos) y Bunyavirus (mamíferos y plantas).

Aunque parte del genoma se puede traducir directamente a proteínas, nunca se comporta como un virus infectivo. Los lugares en polaridad positiva están en sitios donde no pueden actuar los ribosomas. Lo que hacen es transcribir el genoma para activar los de polaridad negativa, y luego transcribir el “antigenoma” con los virus de polaridad positiva.

Primero se hace el mensajero de los genes de polaridad negativa, y una vez expresados se hace el antigenoma (complementario del original), del cual se forma el mensajero de los genes de polaridad positiva.

También hay virus con genomas segmentados con genoma bicatenario. Se da en algunos virus de plantas, vetebrados e invertebrados. Algunos géneros de reovirus pueden tener hasta 27 segmentos en el mismo virión.

Y, por último, el genoma del retrovirus es un genoma monocatenario de polaridad positiva diploide. Es el único genoma de polaridad positiva que no es infectivo, es decir, que no se expresa ninguna proteína de este genoma.

El genoma entra en el interior de una cubierta, donde se da la retrotranscripción, y sale un DNA que va directamente al núcleo, donde se expresa. A la hora de salir de la célula, se forma un RNA mensajero de todo el genoma del virus, y este será el genoma de la progenie.


+ Proteínas virales


Estas proteínas normalmente están formando una capa que envuelve al ácido nucleico, lo que se denomina cápsida o cápside. Esta cápside junto al ácido nucleico forma lo que se llama nucleocápside. En el caso de que el virus sea desnudo, este sería el virión. Si el virus es envuelto, fuera de la nucleocápside encontramos la envuelta o “peplos”.

La envuelta tiene naturaleza lipoproteica, es una membrana unitaria igual a la de una célula. Esta membrana lipoproteica proviene de la célula, tanto de la membrana citoplasmática como de los orgánulos internos.

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- Otros artículos en el blog sobre virus


+ Virus y priones: características

+ Los virus

+ Clasificación de los virus en animales

+ Transmisión de virus en plantas

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Artículo redactado por Pablo Rodríguez Ortíz, estudiante de Biología en la Universidad de Málaga.