los virus: en la frontera de la vida
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Universidad Popular de Tres Cantos
José Luis García
CIB-CSIC27 Enero 2015
¿Son una agregación compleja de compuestos químicos?
¿Están vivos los virus? J.M. EchevarríaThe Journal of Feelsynapsis 2011, 1: 53-63.
¿Son organismos vivos?
Interés de los virus
• Interés en si mismos como organismos
• Como modelos para estudiar la genética y bioquímica de procesos celulares
• Por ser responsables de enfermedades
• Como herramientas para la ingeniería genética
Características generales
• Son los microorganismos más numerosos del planeta
• Partículas de pequeño tamaño
– Entre 10 nm (polio)-300 nm (viruela)
– Algunos virus como mimivirus pueden alcanzar los 400 nmy el Megavirus chilensis 680 nm
• Descubiertos en 1898 (TMV)
• Observados por primera vez en 1939
• Parásitos intracelulares obligados
• Organización simple acelular
• Propio genoma independiente del de la célula hospedadora
• No tienen metabolismo propio, auténticos dictadores
Clasificación de Baltimore• Basado en tipo de ácido nucleico y mecanismos
de replicación– Clase I. DNAds (fago λ, fago T4, herpes y viruela)
– Clase II. DNAss (fago ϕX174)
– Clase III. RNAds (reovirus)
– Clase IV. RNAss (+) (polio, fago MS2)
– Clase V. RNAss (-) (gripe y rabia)
– Clase VI. RNA de transcriptasa inversa (retrovirus)
– Clase VII. DNA con transcripción inversa (hepatitis B)
Baltimore compartió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1975 con Howard Temin y Renato Dulbecco por el descubrimiento de la retrotranscriptasa inversa
En 1966 se forma el Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) que estableció los niveles jerárquicos, orden, familia, subfamilia, género y nombre
PROTEÍNAS
RNA
Martinus W. BeijerinckProfesor de Microbiología
Technical University of Delft Holanda
Virus del Mosaico del Tabaco (TMV)
1898
"contagium vivum fluidum"
1939
Nucleocápsida
Cápsida
Capsómeros
Virus Desnudos
Acido Nucleico
Cápsida constituida por proteínasUnidad Proteica: ProtómeroUnidad Estructural: Capsómero
Envoltura
Virus con Envoltura
CápsidaAcido Nucleico
Capsómero
Organización
Estructura• Cápsida
– Proteínas o protómeros
– Helicoidal, icosaédrica
– Autoensamblan
• Genoma
– DNA o RNA
– Doble cadena o sencilla
– Lineal, circular o segmentado
– 2-300 genes
– Bases raras en DNA (5-hidroximetilcitosina )
• Envuelta– Membrana lipídica
• Fosfolípidos del hospedador
– Glicoproteínas• Proteínas virales
• Proteínas – Proteínas de la matriz– Enzimas:
• Lisozima en algunos bacteriófagos
• Neuraminidasa en células animales
• Hemaglutinina• DNA polimerasa• RNA polimerasa• Transcriptasa inversa
VIRUS. Partículas de pequeño tamaño
http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/cells/scale/
Megavirus chilensis
Tamaños relativos (20-300 nm)
Fibras de la cola
Capsómeros
Capsómeros
Espinas
Espinas
DNACapsida icosaédrica
Cola helicoidal
Placa basal
VIRUS HELICOIDAL VIRUS ICOSAÉDRICO VIRUS COMPLEJO
Virus de la viruela
Simetría de la cápsida
• Cápsida sencilla
– Una única proteína en la cápsida
• Cápsidas complejas
– Varias proteínas en la cápsida
– Espinas en los vértices
adenovirus
20 caras y 12 vértices3 capsómeros/cara= 60 capsómeros180 / 240 / 420 capsómeros los más complejos
Virus desnudos
• Protección
– El genoma viral se degradaría rápidamente, sensible a daños físicos, químicos o enzimáticos
• Transferencia entre células
– Las proteínas de la superficie determinan esta interacción o reconocimiento
• En los desnudos, alguna proteína de la cápsida
• En los envueltos, alguna proteína codificada por el virus
Función de la cápsida
Fibras de la cola
Espinas
DNA
Capsida icosaédrica
Cola helicoidal
Placa basal
BACTERIÓFAGO
VIRUS ANIMAL POXVIRUS
Cuello
Virus complejos
• Capa membranosa lipídica: envoltura
• Origen: membrana plasmática o nuclear de la célula
• Proteínas codificadas por el virus
– Pueden proyectarse como espículas
– Implicadas en la adhesión
– Pueden contener enzimas (neuraminidasa u hemaglutinina)
Envueltas
Genomas de los virus
MATERIAL GENÉTICO DEL VIRUS
PROTEÍNAS
Nonenveloped Enveloped
Parvovirus Hepadnavirus
partiallydsDNA
dsDNA
ssDNA
dsDNA
Papovirus
dsDNA
Poxvirus
Adenovirus
dsDNA
Iridovirus
Herpesvirus
dsDNA
Virus con DNA
Nonenveloped
ssRNA
Picornavirus
dsRNA
Reovirus
Togavirus
Rhabdovirus
BunyavirusCoronavirus
Arenavirus Retrovirus
Orthomyxovirus
Paramyxovirus
Enveloped all ssRNA
Virus con RNA
REPLICACIÓN
ESTADIO INTRACELULAR
en el hospedador
ESTADIO EXTRACELULAR
Partícula Vírica o VIRIÓN
Los virus existen en dos fases: extracelular e intracelular
ECLIPSE MADURACIÓN
Proteinastempranas
Replic.Ác.nucleico
Proteinasde la cápsida
Ensamblajey liberación
Virus
Periodo de Latencia
Re
cue
nto
de
par
tícu
las
vira
les
(Un
icad
es
form
ado
ras
de
cal
vas)
Tiempo
Multiplicación viral. Representación gráfica
MULTIPLICACIÓN VIRAL
Partículas víricas maduras
Célula hospedadora
Virión Nucleocápsida
Entrada del ácido nucleico
1.Adhesión/Adsorción
4. Ensamblaje y Maduración
5. Liberación de la progenie viral
3. Biosíntesis:Replicación Acido NucleicoSíntesis Proteínas
2. Penetración(Descapdsidación)
http://www.sbs.utexas.edu/psaxena/MicrobiologyAnimations/Animations/ViralReplication/PLAY_viral_replication.html
Fusión de Membranas
Endocitosis
Inserción del Acido Nucleico
Fase de adhesión y penetración
VIRUS ANIMALES Efectos sobre las células diana (Tipos de Infección)
Transformation
Célulastumorales
Transformaciónen células tumorales
Célula
Virus
Multiplicación
Liberación lentaSin muertecelular
Infección latente
Virus presenteNo hay replicación
Fusióncelular
Adhesión ypenetración
MuerteCelular y Liberacióndel virus
Infecciónpersistente
Lisis
reve
rtir
a u
na
infe
cció
n l
ític
a
http://www.blackwellpublishing.com/wagner/animations/genome/genome.html
LisisGemación
http://www.sbs.utexas.edu/psaxena/MicrobiologyAnimations/Animations/ViralReplication/PLAY_viral_replication.html
Liberación
VirusCultivo de Bacterias
SusceptiblesAgar
Nutritivo
Medio líquido
Medio sólido
Cultivo de virusVirus bacterianos
INOCULACIÓN
Tejidos infectados
1) Inoculación membrana corioalantoidea
2) Inoculación amniótica
3) Inoculación cavidad alantoidea
4) Inoculación saco vitelino
Cultivos en Embriones de Pollo
Cultivos en Animales completos
• Desinfección con yodo• Perforacíon• Inoculación• Se sella el agujero con un gel• Incubación
Virus animalesCultivo de virus in vivo
Monocapa
Células transformadas
Células normales
Permanentes
CONTINUAS
Cultivos celularesCultivo de virus in vitro
LESIÓN NECRÓTICA
Otros: cambios en la pigmentación, enrollamiento …
Inoculación
Abrasivo (o insecto)
+
Sobre el vegetal o alguna de sus partes
Cultivo de virus vegetales
• Cultivo sobre tejidos• Cultivos celulares• Cultivo en plantas enteras
Hojas:Lesiones necróticas o cloróticas
Mosaico de la Judía: Deformación y moteado
Cultivo de virus vegetales
MÉTODOS DE DETECCIÓN
PCR ARRAY
qPCRTERMOCICLADOR
DNA o RNA
INMUNODETECCIÓN
PROTEÍNAS
MÉTODOS DE AISLAMIENTOCentrifugación en gradiente de densidad
POXVIRUS
Multiplicación
1- Penetración. Endocitosis o fusión
2- Descapsidación y liberación del DNA al citoplasma.
3- Síntesis de RNA tempranos, intermedios y tardíos (protestructurales)
4- maduración
5- liberación, por lisis (IMV) o por exocitosis (EEV, con doble envuelta)
Virus vacuna
Virus de la viruela
• DNA bicatenario lineal
• Virus con envoltura
•Virus complejo
Envoltura externa con lipoproteínas
Cuerpos laterales elípticos (enzimas)
Membrana interna
Nucleocápsida compleja
POXVIRUS
Faraón Ramsés V
VIRUELA (Mayor y Menor)Transmisión por contacto
TIPOS DE VIRUELA MAYOR
- Mortalidad 30%-96%
- Modificada (Leve)
SÍNTOMAS
-Fiebre elevada
-Cansancio
-Dolor de cabeza y de espalda
-Exantema macular, papular y vesicular----Pústulas
-Ceguera
VIRUELA VARICELA
VIRUELA
Vacuna de E. Jenner
VariolizaciónLady Montagu (1689-1762)
Francisco J. Balmis (1803-1810)
VacunaciónVirus vaccinia (vacuna)
Viruela de las vacasZoonosis (contagio ocasional)
Inmunización
“… EL mundo y todos sus pueblos se han liberado de laviruela… un logro sin precedentes en la historia de la saludpública…”
(Resolución 33.3, 8 de mayo de 1980, Ginebra, Suiza.)
VIRUELA
RETROVIRUS
Virus del SIDA. PENETRACIÓN
RETROVIRUS. MULTIPLICACIÓN VIRAL
Resistencia: homocigotos para el CCR5 defectuoso
RETROVIRUS. MULTIPLICACIÓN VIRALCICLO DE MULTIPLICACIÓN DE LOS RETROVIRUS
ENFERMEDADES ASOCIADAS AL SIDA. Infecciones oportunistas
Mycobacterium tuberculosis Candida albicans Pneumocystis cariniis Toxoplasma gondii
Sarcoma de Kaposi
SINDROME DE INMUNODEFICIENCIA ADQUIRIDA
Terapia antiviralInhibidores de la transcriptasa inversa
Inhibidores proteasas
Bloqueo CCR5
SINDROME DE INMUNODEFICIENCIA ADQUIRIDA
Síntomas y ProgresiónExperimentado por más del 50% de los individuosFiebreErupción cutáneaFatiga y dolor muscular/gargantaInflamación de los ganglios linfáticos
Entre el 5 y el 32 % de los infectadosDolor de cabezaDiarrea, nauseas y vómitosSudores nocturnosPérdida de pesoAftas (candidiasis oral) y ulceras bucales y genitalesSíntomas neurológicos (depresión, vértigo, demencia)Agrandamiento del bazo e hígado
Transmisión: sangre, semen, secreciones vaginales y leche materna
VIRUS RNA ORTOMIXOVIRUS
VIRUSDE LA GRIPE
VIRUS RNA-
ORTOMIXOVIRUS. Multiplicación Viral
Deriva antigénica (variaciones menores)Cambios antigénicos (nuevas cepas)
•VACUNA polivalente (inmunización temporal)
GRIPE
DIFERENTES TIPOS DE GRIPE
CURSO DE LA INFECCIÓN DE GRIPE
DNA parcialmente bicatenario
•Virus con envoltura proteica,
ocasionalmente con proyecciones
tubulares
HEPADNAVIRUS
(HEPATITIS B o VHB)
HEPATOCITOSHBsAg se une a la albúmina
sérica (hacia el hígado)
EL VIRUS DE LA HEPATISIS B EN LOS HEPATOCITOS
Envoltura
Tegumento y cápsida
Endocitosis
+Pregenoma: RNA
RNAm
Proteínas viralesRetrotranscripción
Liberación (Exocitosis)
Maduración
RE
Golgi
PATOGENIA Y TRATAMIENTO
• Contagio a través de fluidos corporales (sangre, semen,
saliva, leche, etc.)
• Causa hepatitis aguda o crónica (mal funcionamiento del
hígado, inflamación, aumento de las enzimas hepáticas,
ictericia...)
• Complicaciones: cirrosis hepática, cáncer hepático
• Tratamiento: interferón, laminovudina
• Vacunación: recomendada en lactantes, niños, y personas de
“alto riesgo” (intervalos de 1 a 6 meses)
• Eficacia del 95%
VIRUS DE LA HEPATITIS A (VHA)
PICORNAVIRUS
•Hepatitis infecciosa
•Agua y alimentos contaminados
•Multiplicación en el epitelio intestinal y paso al hígado
•VACUNACIÓN
VIRUS DE LA HEPATITIS C ( HVC)
FLAVIVIRUS
•Hepatitis infecciosa
•Transfusiones de sangre. Inyecciones
•NO HAY VACUNA
•ANTIVIRALES
HERPES ZOSTERNervios
HERPES SIMPLEX- Herpes labial- Herpes genital
HERPESVIRUSHerpesvirus humano
Herpes simplex Herpes simplex en linfocito
Icosaédrica
DNAbc lineal
150-300 nm
PATOGENIA (Infecciones latentes)
•Herpes labial y genital (HV1 y HV2)
•Varicela- Herpes Zoster
•Mononucleosis infecciosa (Virus de
Epstein Barr), relacionado con el linfoma
de Burkitt y el carcinoma nasofaríngeo
(ONCOGÉNICO)
•Citomegalovirus
PatogeniaAdultos
seropositivos
HHV1 Virus del herpes simplex 1 humano
75-95+ Herpes bucal, queratitis (ojos), herpes gladiatorum, herpes rugbeiorum, eczema infantil
HHV2 Virus del herpes simplex 2 humano
4-95 Herpes genital
HHV3/VZV Virus varicela-zoster 90-95 Varicela- Herpes zoster
HHV4/EBV Virus de Epstein-Barr 40-95+ Mononucleoisisinfecciosa, linfoma de Burkitt, carcinoma nasofaríngeo
HHV8 Virus herpes humano 8 10-25 Sarcoma de Kaposi
Herpes simplex
Reactivación: inmunosupresión, estrés, cambios ambientales, desnutrición, etc
EPIDEMIOLOGÍA
• Localización mundial
• Adultos:
*Anticuerpos VHS-I el 90%
al llegar a los 50
*Anticuerpos VHS-II no se
detectan hasta la pubertad
Herpes varicela-zóster
Transmisión aérea o por
contacto directo
HERPES VARICELA-ZÓSTER
TRATAMIENTO CON ANTIVIRALES
aciclovir (análogo de guanosina) y otros
análogos de base – interfieren en la
replicación del ADN
Vacuna virus atenuados
PICORNAVIRUS
(poliomielitis, resfriado
común, hepatitis A,
meningitis)
Virus desnudos
RNA+
Liberación con lisis
celular
PICORNAVIRUS
POLIOVIRUS
Patogénesis
POLIOVIRUS:
• Poliomielitis (1%)
•Transmisión por aire, agua y alimentos, objetos
contaminados
•Multiplicación orofaríngea-intestinal (amigdalas e
intestino) y paso al sistema nervioso
Parálisis espinal
◦ Parálisis asimétrica
Bulbar
◦ Menor incidencia
◦ Degeneración neuronasmotoras y muscular, defectos en la deglucióny respiración
Bulbospinal
◦ Combinación de ambas
PARAMIXOVIRUS
Virus con envoltura y cápsida helicoidal
RNAss polaridad negativa
Sarampión•Transmisión respiratoria
•Síntomas: fiebre, cefalea, destilación nasal
conjuntivitis, erupción generalizada a los 3-5
días
•Vacuna triple vírica (sarampión, parotiditis
(paperas), rubeola)
Patogénesis
•Resfriado común (115 serotipos)
•Transmisión aérea o por contacto
RINOVIRUS
PICORNAVIRUS
Virus y cáncer-Virus DNA
Papilomavirus
Verrugas benignas
CARCINOMA DE CÉRVIX
-HEPADNAVIRIDAE
VHB
Carcinoma hepatocelular
-Herpes virus
Virus Epstein-Barr
Cáncer de linfocitos B
Carcinoma nasofaringeo
-Virus RNA
Retrovirus
Virus de la leucemia
humana
Leucemia
Sarcoma de Kaposi
Adenovirus Oncolítico
MECANISMOS DE
TRANSFORMACIÓN
• Virus portadores de oncogenes
Introducción de oncogenes celulares en la cápsida
Recombinación entre genomas celulares y virales
Intregración de oncogenes en el genoma viral
•Activación y transformación de protooncogenes en oncogenes
Mutación
Hiperexpresión del gen (Hipótesis de la dosis)
• Inactivación de antioncogenes
Mutación de antioncogenes
Producción de proteínas inactivantes
Zoonosis
Enfermedad que puede transmitirse de
animales a seres humanos
RABDOVIRUS
Virus con envoltura y cápsida helicoidal
RNAss polaridad negativa
Rabia•Transmisión por mordedura de animales infectados
•Reservorios (animales salvajes: lobos, zorros, murciélagos) (animales domésticos:
perro)
•Multiplicación en el músculo esquelético y médula
•Síntomas: encefalitis, dolor, ansiedad, irritabilidad, depresión, fatiga, sensibilidad a
la luz y el sonido, hidrofobia, espasmos musculares
•Vacuna eficaz (2 años)
FILOVIRIDAERNAss lineal de polaridad negativa (19,1 kb)
Enfermedad por el virus del Ébola(EVE) Fiebre hemorrágica del Ébola(FHE)Enfermedad del Ébola
SÍNTOMAS•Fiebre, dolor de garganta, dolores musculares, y dolor de cabeza. •Siguen náuseas, vómitos, y diarrea, junto con fallo hepático y renal. •En ese momento, algunos pacientes empiezan a sufrir complicaciones hemorrágicas.
El virus puede contraerse por contacto con lasangre o los fluidos corporales de animalesinfectados (monos o murciélagos de la fruta)
Los supervivientes de género masculino pueden transmitir la enfermedad a través del semen durante casi dos meses.
1976 (se detectó el virus por primera vez)
PROMEDIO DE PERSONAS CONTAGIADAS POR PERSONA INFECTADA