Virologia Clase 1

Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann Escuela Académico profesional de Biología-Microbiología

VIROLOGÍA Mblga. Liduvina Sulca Quíspe

Introducción a la Virología 1. Virología- definición 2. Historia del desarrollo de la Virología 3. Naturaleza de los virus 4. Importancia de los virus

• • • •

¿Cuándo se inició la Virología como ciencia? ¿Desde cuando se conocen las enfermedades virales? ¿De qué naturaleza son los virus? ¿Por qué se dice que los virus son parásitos intracelulares obligados?

1. Virología.- Definición Virus

Los virus, los viroides, los virusoides y los priones son los agentes infecciosos más simples y más pequeños sobre la tierra

Agentes subvirales Viroide

Virusoide

priones

2. Historia de laVirología Antiguo problema en la patología de los seres vivos

Los orígenes de la disciplina científica hoy día conocida como Virología apenas se remontan a las décadas finales del siglo XIX.

• 1400 a.c evidencia de poliomielitis en Egipto antiguo

• Piedra tallada en una tumba durante la 18º dinastía Egipcia •Sacerdote con atrofia de un miembro inferior

• 1196 a.c. la momia del faraón Ramsés compatibles con secuelas Museo egipcio el Cairo

muestra lesiones de viruela

• 1000 a.c. en China utilizaban prácticas de Variolización con aplicación intranasal de macerados de costras de viruela. • 1721, Montague (Gran Bretaña): Variolización. • 1796, Jenner: Vacunación contra la viruela humana. La inoculación con el virus de la viruela bovina (fluido obtenido de las lesiones de viruela bovina) era capaz de prevenir la infección de la viruela en seres humanos. COWPOX = viruela de las vacas (viruela vacuna) COW = vaca

La primera vacunación está representada en este cuadro

Edward Jenner está vacunando a James Phipps de 8 años de edad con fluido obtenidas de vesículas de lesiones del brazo de una lechera infectada con la viruela de las vacas.

• 1884, Chamberland, inventó un filtro bacteriológico * • 1885, Louis Pasteur, Método de prevención de la rabia • 1892, Mayer, demostró que el mosaico del tabaco se transmitía a plantas sanas usando savia de plantas infectadas. Concluyo que una posible toxina bacteriana causa la enfermedad. • 1892, Dimitri Ivanovsky, reprodujo el mosaico del tabaco a partir de savia filtrada. Concluye que la enfermedad podía ser ocasionada por una bacteria pequeña. • 1897, Loeffler y Frosch * demostraron que el agente causante de la fiebre aftosa atraviesa los filtros bacteriológicos. * se transmite de un animal a otro • 1898, Martinus Beijerinck demostró que el agente infeccioso era más pequeño que la bacteria capaz de reproducirse en plantas enfermas. * Denominó “contagium vivum fluidum”

agentes pequeños, que replican únicamente en el hospedador, no en medio de cultivo.

Síntomas de la fiebre aftosa en vacuno

• 1901, Carlos Finlay y walter Reed describen el primer Virus humano , Virus de la Fiebre amarilla • 1911, Peyton Rous describe el Virus del sarcoma de Rous en pollos • 1913, Steinhardt, cultiva el virus Vaccinia en fragmentos de córnea de cobaya • 1915 – 1917, Twort y d’Herelle acuñan el nombre de bacteriófago * Desarrollo del ensayo de placas • 1930 – 1940: Desarrollo del Microscopio electrónico • 1933, Jensen demuestra que los virus pueden mutar, por tanto contienen información genética. • 1933, Schlesinger demuestra que un bacteriófago contiene sólo proteina y ADN (centrifugacion diferencial) • 1935, Wendell Stanley, cristaliza el TMV y demuestra que está compuesto por proteina • 1937, Bawden, TMV esta compuesto por proteínas y acido nucleico (ARN)

•1939, Archives of Virología: primera revista científica. • 1939, microfotografia electrónica del TMV

•1940, Earle, logró la primera línea celular inmortal a partir de fibroblastos de ratón tratados con metilcolantreno

• 1941 d.C. George Hirst demostró que el virus de la influenza aglutina células rojas de la sangre. Este fue el primer método cuantitativo rápido de medición de virus eucarióticos. Ahora los virus podían ser contados.

• 1952 Hershey y Chase: observan que en los bacteriófagos, sólo el ácido nucleico de los virus penetra en la bacteria. • 1953, General Virology de Salvatore Luria

-1949, Enders, Robbins y Wellers consiguen el crecimiento de los poliovirus en cultivos celulares. -1950, Andre Lwoff, descubre el bacteriofago lambda y la lisogenia -1952. Hershey y chase, describen que el genoma de bacteriofagos es ADN.

• Desde mediados de los 50 se desarrollan las vacunas contra la polio (Salk y Sabin). • 1957, Isaacs y Linderman descubren el interferón (antiviral de amplio espectro) • 1970 d.C. Howard Temin (1934-1994) & David Baltimore independientemente descubren la transcriptasa reversa en los Retrovirus (Premio Nóbel, 1975). Este descubrimiento permitió comprender el flujo de información genética de RNA a DNA refutando el llamado “dogma central” de la biología molecular.

• 2005. d.C. La OMS reporta un brote en Humanos de Influenza Aviar, enfermedad casi exclusiva de aves y cerdos, que ocasionalmente infecta al ser humano. Hasta la fecha se han reportado 121 casos con 62 defunciones. De nuevo, el foco primario se ubicó en países orientales como Tailandia, Cambodia y China, donde el hombre convive frecuentemente y en gran número con animales domésticos y salvajes, favoreciendo el desarrollo de zoonosis. Se identifica al virus H5N1 como causante de este tipo de influenza

Edward Jenner

Dimitri Ivanovsky

Loeffler

Martinus Beijerinck

Aporte, año Peyton Rous

Aporte, año

Frederick Twort Felix D’Herelle

Microscopio electrónico

La investigación básica en Virología ha contribuido a grandes avances en medicina y otras ciencias

• El desarrollo de nuevas vacunas • El conocimiento de virus oncogénicos: se establece el concepto de oncogén viral

• La secuenciación de genomas • Vectores virales en la terapia génica

3. Naturaleza de los virus • Constan de un genoma de ácido nucléico empaquetado en una cubierta proteica. • Dependen de las células vivas para su replicación. • Las partículas virales se desintegran y liberan sus genomas dentro de la célula. • El genoma viral puede ser: ARN ó ADN

Constan de un genoma de ácido nucléico empaquetado en una cubierta proteica

Virus desnudo

Virus envuelto

Diagrama esquemático de las partículas virales

Genoma (ácido nucleico)

Capside ( proteina)

Envoltura (lipidos-proteina-glúcidos)

Dos morfologías de la cápside más comunes: Cubierta esférica

varilla tubular

La partícula viral completa e infecciosa se denomina virion

Los virus dependen de células vivas para su replicación …

B n

…Porque les falta los siguientes elementos básicos requeridos para su crecimiento y replicación que están presentes en toda célula viva:

1. Sistema enzimático que produce los componentes químicos básicos de la vida. 2. Sistema enzimático que generan energía química utilizable (ATP)

3. Ribosomas, ARNt y la maquinaria enzimática asociada que dirige la síntesis de proteínas. 4.Membranas que localizan y concentran macromoléculas, moléculas pequeñas e iones inorgánicos específicos.

Los virus dependen de las células por sistema enzimático que sintetiza aa, nucleotidos, glucidos y lípidos, ATP, la maquinaria para la síntesis de proteínas y membranas.

Las partículas virales se desintegran y liberan su genoma dentro de la célula

Se multiplican dentro de las células por expresión y replicación de sus genomas • decapsidación • expresión del genoma viral dentro de la célula, - síntesis de proteínas virales - la replicación del genoma - encapsidación (partícula viral progenie)

En resumen: • Los virus contienen un genoma de ácido nucléico empaquetado en una cubierta proteica. • Para replicar, debe transportar su genoma en una célula huésped, en donde el genoma dirige la síntesis de proteínas virales, se replica y se empaqueta.

• La célula huésped proporciona al virus con todas las diversas moléculas requeridas para su reproducción

Diversidad de virus Virus pequeños: Diámetro = 20 nm Genomas = - 2 000 nucleótidos Codifican = 2 proteínas

Virus grandes: Diámetro = 500 nm Genoma = + 1.2 millones de nucleótidos Codifican = + 1 200 proteínas

Tienen un solo tipo de ácido nucléico Virus ADN (Desoxirribovirus)

Virus ARN (Ribovirus)

•Algunos virus, viroides y virusoides son los únicos agentes infecciosos conocidos que tienen genoma de ARN. •La mayoría de virus ARN codifican su propia ARN polimerasa dependiente de ARN para sintetizar el ARNm y replicar su genoma ARN

Virus defectuoso (Virus satélite) • • • •

Requiere de la coinfección de un virus auxiliar Replicación dependiente de la del virus auxiliar Se encapsida en proteinas del virus auxiliar Ejm: HDV y HBV

Agentes subvirales Genoma= 250 – 400 nucleótidos

Viroide Virusoide (ARN satélite) Priones Enfermedad del tubérculo fusiforme de la papa

Tamaño= 20 -50 nm L

Genoma= 250 nucleótidos

20 nm

Virusoide del virus del enanismo amarillo de los cereales

10 – 20 nm

Enfermedad de Creutzfeldt-Jacob

Hay de 10 a 50 millones de bacteriófagos en exceso por mililitro de agua de mar y más aún en muchos suelos. Dado el enorme volumen de los océanos, los científicos han calculado que puede haber tantos como 1031 bacteriófagos en el mundo (10 veces mayor que el número estimado de bacterias)

.- Constituyen del 50 a 90 % de la masa del virus. El virión puede contener desde 2 a 30 polipeptidos diferentes

•Si los ácidos nucléicos se destruyen, la infectividad del virus se elimina. •Estas moléculas son frágiles y pierden su actividad biológica rápidamente si no están protegidas por la cápside y o la envoltura.

• La inactivación de los ácidos nucleicos por agentes químicos o calor constituye el fundamento de las vacunas a virus inactivados, por ejemplo la vacuna Salk.

Formas y tamaño relativo de diferentes virus

Virus vegetales

Formas y tamaños • 20 – 500 nm • Filamentoso * Rígido * Flexuoso • Bacilo • Esférico • Isométrico • Geminado

Equivalencia de Unidades

Los virus son los agentes infecciosos más simples y mas pequeños en la tierra.

1 µm = 0,001 mm = 1 × 10-3 mm 1 µm = 1000 nm 1 mm = 1000 µm 1 nm = 0,001 µm

Parvovirus

CMV

Los virus más pequeños tienen: • 20 nm en diámetro • Su genoma contiene menos de 2000 nucleótidos • codifican para tan sólo 2 proteínas

Picornavirus (poliovirus)

Mimivirus

Los virus más grandes tienen: • 500 nm en diámetro • Genomas con 1,2 millones de nucleótidos • Codifica para más de 1200 proteínas

Poxvirus

Filovirus

Un ser vivo posee ácido nucleico; sin embargo, no todos los agentes autorreproducibles (o autorreplicantes) y que poseen ácido nucleico son aceptados como seres vivos. Los virus son algunos de ellos.

La única función que cumplen los virus y que comparten con el resto de los seres vivos es la de reproducirse (generar copias de sí mismos); para ello, necesitan utilizar la materia, la energía y la maquinaria de la célula huésped, por lo que, se los denomina parásitos obligados. Como no poseen metabolismo ni organización celular, se los sitúa en el límite entre lo vivo y lo inerte.

En 1999 (7º congreso CITV): - Los virus poseen genoma y capacidad de adaptación a cambios medioambientales - No puede capturar y almacenar energía libre y no es funcionalmente activo fuera de su célula huésped.

Un virus no es un organísmo vivo

Características generales de los virus • Los virus contienen toda la información necesaria para su ciclo reproductor; que solamente puede ocurrir adentro de las células vivas, apoderándose de las enzimas y de la maquinaria biosintética de sus hospedadores.

• Los virus difieren entre sí por el tamaño, la forma, la composición química de su genoma y los mecanismos de replicación.

• Los virus pueden actuar de dos formas distintas: * Reproduciéndose en el interior de la célula infectada, utilizando todo el material y la maquinaria de la célula hospedante. * Uniéndose al material genético de la célula en la que se aloja, produciendo cambios genéticos en ella. • Por eso se pueden considerar los virus como agentes infecciosos productores de enfermedades o como agentes genéticos que alteran el material hereditario de la célula huésped.

2. Importancia de los virus 2.1 Son agentes productores de numerosas enfermedades, muchas mortales. 2.2 Probablemente todas las formas de vida pueden ser infectados por virus 2.3 Los virus juegan un rol importante en la regulación ecológica. 2.4 Los virus pueden transferir genes entre organismos.

2.5 Los virus pueden ser diseñados para prevenir y curar enfermedades 2.6 Son de vital importancia, por su sencillez, para el desarrollo de la biología molecular, la genética, la biomedicina. 2.7 El estudio de los virus revela el mecanismo básico de la expresión de genes, la fisiología celular y la cascada de señalización intracelular

2.1 Son agentes productores de numerosas enfermedades Enfermedades en humanos • Las enfermedades generalizadas más devastadoras y temidas son causadas por virus * Viruela

*Influenza

*Poliomielitis

* Fiebre amarilla

*Sarampión

* SIDA

• Los virus son los responsables de muchos casos de: *Encefalitis *meningitis *Resfriado común •

*neumonia

*Hepatitis

*Cancer cervical

*Verrugas

Los virus causantes de infecciones respiratorias, gastroenteritis en niños pequeños conducen a millones de muertes cada año en los países en vías de desarrollo.

Enfermedades humanas emergentes: *SIDA (1980) *Fiebre hemorrágica del Ebola y Marburg en Africa *SARS (Sur de Asia y Canadá, 2003) *Hepatitis agúda y cronica (HBV y HCV) *Virus del nilo occidental (Encefalitis y meningitis, 1999) en America derl norte.

Enfermedades en animales emergentes: (en 1994, en Malasia) *Virus Hendra causa enfermedad respiratotia grave en equinos transmitido a humanos *Virus Nipah produce transtornos nervioso y respiratorio en el cerdo y se transmite a humanos.

Enfermedades en animales domesticos de importancia para humanos: *Influenza aviar *Fiebre aftosa en bovinos *Tumor en pulmon de ovejas (retrovirus) +Inmunodeficiencia felina

*Gastroenteritis y bronquitis en cerdo, vacuno y pollos *Distemper canino

Las enfermedades virales que afectan a plantas cultivadas son comunes y generalizadas

Los virus que infectan a los gusanos de seda han afectado a la industria textil

Los virus también pueden infectar y matar a las arqueas, bacterias, algas, protozoarios y hongos

Los virus son la forma más abundante de vida en la tierra Hay de 10 a 50 millones de bacteriófagos aprox. por mililitro de agua de mar y más aún en muchos suelos. Dado el enorme volumen de los océanos, los científicos han calculado que puede haber tantos como 1031 bacteriófagos en el mundo (10 veces mayor que el número estimado de bacterias)

Los bacteriófagos y virus que infectan organísmos eucarióticos unicelulares cumplen un rol ecológico importante Del 95 al 98% de la biomasa en el océano es microbiano y aproximadamente la mitad de oxígeno en la atmosfera terrestre es generado por la actividad fotosintética de microbios marinos. Se ha estimado que el 20% de microbios en el océano son destruidos cada día por infección viral. Por lo tanto, estos virus juegan un rol importante en los ciclos del carbono y del oxígeno regulando nuestra atmósfera y contribuyendo en la alimentación de la población del mundo.

La maduración y empalme del ARNm en células eucariotas fue descubierto por primera vez por el estudio de los ARNm de los Virus de ADN

El estudio de los virus productores del cáncer condujo al aislamiento de numerosos protooncogenes celulares y el entendimiento de que el cáncer es causado por su mutación o expresión no regulada

• ¿Cuales son los problemas a la que se enfrentan los virus ARN y como hacen frente a estos desafios? • ¿Inicialmente como fueron distinguidos los virus de microorganismos y que situaciones reveló en ultima instancia la naturaleza delos virus?

Detección y cuantificación de virus Crecimiento Dependiendo del tipo de virus, la fuente de crecimiento y purificación puede variar: - Cultivos celulares - Tejidos animales - Huevos embrionados Cuantificación: 1. Cuantificar partículas físicas: - Análisis de proteínas, ADN, ARN, etc. - Microscopio electrónico - Test de Hemaglutinación 2. Cuantificar partículas infectivas: - Placas de lisis (ensayo de placas) (UFP) Al infectar se utilizan los términos: MDI ó LD50

Hemaglutinación

Ciclo infectivo de un virus - Fijación (adsorción) - Penetración - Decapsidación - Replicación (del ácido nucleico): * puede haber fase temprana, fase tardía - Transcripción - Traducción - Empaquetamiento del genoma.- suele ser simultáneo al ensamblaje - Liberación

Ciclo infectivo de un virus

Clasificación de Baltimore

Fases del ciclo infectivo de un virus 1. Periodo de latencia: (Eclipse) - El virus ha entrado y se ha liberado el material genético. - El virus en esta fase no seria infectivo para otras células.

2. Maduración: - Poco a poco van produciéndose y ensamblándose partículas virales.

3. Liberación: - Normalmente tras la lisis celular

Todas las familias mostradas son icosaédricas, excepto la familia poxviridae

ALGUNOS VIRUS DE INTERÉS POTENCIAL

VIRUS DE ADN

Morfología

PARVOVIRIDAE

HEPADNAVIRIDAE

PAPILLOMA VIRIDAE *

I

I

I

Envoltura

Tamaño

-

20nm

Incluye virus adenoasociados, parvovirus humano B19.

42nm

+

ADN se replica mediante un intermediario ARN. Incluye virus hepatitis B el cual puede aumentar el riesgo de hepatocarcinoma.

-

Algunos causan verrugas, algunos se asocian a elevación del riesgo de cáncer cervical

+

-

Polimerasa de virión

40-60nm

Comentarios y ejemplos

SV40, algunos causan Leucoencefalopatía multifocal progresiva (LMP)

POLYOMAVIRIDAE *

I

-

40-60nm

-

ADENOVIRIDAE

I

-

80nm

-

Más de 40 serotipos humanos

HERPESVIRIDAE

I

+

190nm

-

Es común la latencia. Incluye herpes simplex tipos 1 y 2, virus varicella zoster, virus Epstein Barr (mononucleosis infecciosa), citomegalovirus

POXVIRIDAE

C

+

200nm x 350nm

+

Virus vaccinia, viruela, viruela vacuna Citoplásmicos, muy complejos

* Anteriormente se agrupaban todos juntos como PAPOVAVIRIDAE

VIRUS ARN – DE SENTIDO POSITIVO Morfología

Envoltura

Tamaño

Polimerasa de virión

PICORNAVIRIDAE

I

-

30nm

-

Incluye enterovirus, rhinovirus, virus coxsackie, poliovirus, virus hepatitis A

CALICIVIRIDAE

I

-

35nm

-

Gastroenteritis, agente Norwalk es probablemente incluido aquí

-

Alphavirus genus: incluye virus de encefalitis equina del oeste (WEE), encefalitis equina del este(EEE), encefalitis equina venezolana, virus Chikungunya, virus Sindbis, virus del bosque de Semliki Rubivi rus genus: alberga solo el virus rubeola

-

Incluye los virus de fiebre amarilla, dengue, encefalitis japonesa, encefalitis de San Louis, etc. Hasta hace poco se clasificaban con los Togaviridae

TOGAVIRIDAE

FLAVIVIRIDAE

I

I

+

+

60-70nm

40-55nm

Comentarios y ejemplos

CORONAVIRIDAE

RETROVIRIDAE

H

I

+

+

75-160nm

100nm

-

Se estima que es responsable del 10 – 30% de los resfriados comunes

+

Tienen transcriptasa inversa, algunos son oncogénicos en animales. Incluye al VIH. Genoma diploide

VIRUS ARN – DE SENTIDO NEGATIVO

RHABDOVIRIDAE

Morfología

Envoltura

Tamaño

Polimerasa del virión

Comentarios y ejemplos

H

+

60 x 180nm

+

Estos incluyen el virus de la rabia, virus de la estomatitis vesicular, virus Mogola, virus Duvenhage

PARAMYXOVIRIDAE

H

+

150-300nm

+

Incluyen virus de la enfermedad de Newcastle, virus parainfluenza, virus de la parotiditis, virus del sarampión, virus sincitial respiratorio

ORTHOMYXOVIRIDAE

H

+

80-120nm

+

Virus de Influenza tipo A y B tienen genoma segmentado. Adoptan capuchones o capas de ARNm

+

Más de 86 miembros, la mayoría tiene vectores artrópodos. Incluyen encefalitis de California, encefalitis de LaCrosse, fiebre hemorrágica del Crimean-Congo, y virus de la fiebre del valle Rift. Los miembros del genus hantavirus (incluyen agentes de la fiebre hemorrágica de Corea, síndrome pulmonar en EEUU) parece tener vectores roedores. Genoma segmentado.

BUNYAVIRIDAE

H

+

95nm

ARENAVIRIDAE

H

+

50-300nm

+

Incluyen coriomeningitis linfocítica, virus de Lassa, Junin (fiebre hemorrágica argentina), y de Machupo (fiebre hemorrágica boliviana). Genoma segmentado

FILOVIRIDAE

H

+

80nm x 800900nm

+

Virus Marburg, Ébola, y Reston

VIRUS ARN – DE CADENA DOBLE

Morfología

REOVIRIDAE

I

Envoltura

-

Tamaño

75nm

Polimerasa de virión

Comentarios y ejemplos

+

Los reoviridae incluyen los géneros reovirus, rotavirus y orbivirus. Las infecciones humanas con reovirus son aparentemente asintomáticas. Algunos que afectan humanos son el virus de la fiebre de garrapata de Colorado (orbivirus) y los rotavirus humanos (que pueden causar gastroenteritis) Todos estos virus tienen genoma segmentado

Sistema de clasificación jerárquica y nomenclatura 7º informe del CITV ( Jerusalen 1996) Orden (-virales) Familia (-viridae) * Subfamilia (-virinae)

Género (-virus) Especie (-virus)

La especie se nombra en la lengua vernacular con el nombre de la enfermedad Ejemplo: Virus de la hepatitis B (HBV)

Familia Herpesviridae Subfamilia alfaherpesvirinae

Género simplexvirus Especie herpesvirus humano 1

Los prefijos suelen referirse a alguna característica de la familia Ejemplo:

Picornaviridae: pequeño virus ARN Hepadnaviridae: virus ADN que causa enfermedad en el hígado