Microbiología

todos los virus dependen de las células para su reproducción y procesos metabólicos., Por sí mismos, los virus no codifican para todas las enzimas necesarias para la replicación viral. Pero dentro de una célula huésped, un virus puede requisar maquinaria celular para producir más partículas virales. Los bacteriófagos se replican solo en el citoplasma, ya que las células procariotas no tienen núcleo ni orgánulos. En las células eucariotas, la mayoría de los virus ADN pueden replicarse dentro del núcleo, con una excepción observada en los virus ADN grandes, como los poxvirus, que pueden replicarse en el citoplasma. Los virus de ARN que infectan las células animales a menudo se replican en el citoplasma.,

El ciclo de vida de los virus con hospedadores procariotas

el ciclo de vida de los bacteriófagos ha sido un buen modelo para entender cómo los virus afectan a las células que infectan, ya que se han observado procesos similares para los virus eucarióticos, que pueden causar la muerte inmediata de la célula o establecer una infección latente o crónica. Los fagos virulentos típicamente conducen a la muerte de la célula a través de la lisis celular., Los fagos templados, por otro lado, pueden convertirse en parte de un cromosoma huésped y se replican con el genoma celular hasta el momento en que son inducidos a crear virus recién ensamblados, o virus de progenie.

El ciclo lítico

durante el ciclo lítico del fago virulento, el bacteriófago se apodera de la célula, reproduce nuevos fagos y destruye la célula. El fago t-even es un buen ejemplo de una clase bien caracterizada de fagos virulentos. Hay cinco etapas en el ciclo bacteriófago lítico (ver Figura 1)., La unión es la primera etapa en el proceso de infección en la que el fago interactúa con receptores específicos de la superficie bacteriana (por ejemplo, lipopolisacáridos y proteína OmpC en las superficies del huésped). La mayoría de los fagos tienen un rango de hospedador estrecho y pueden infectar una especie de bacteria o una cepa dentro de una especie. Este reconocimiento único se puede explotar para el tratamiento dirigido de la infección bacteriana por la terapia de fagos o para la tipificación de fagos para identificar subespecies o cepas bacterianas únicas. La segunda etapa de la infección es la entrada o penetración., Esto ocurre a través de la contracción de la vaina de la cola, que actúa como una aguja hipodérmica para inyectar el genoma viral a través de la pared celular y la membrana. La cabeza del fago y los componentes restantes permanecen fuera de las bacterias.

la Figura 1. Un fago virulento muestra solo el ciclo lítico representado aquí. En el ciclo lítico, el fago se replica y lisea la célula huésped.

La tercera etapa de la infección es la biosíntesis de nuevos componentes virales., Después de entrar en la célula huésped, el virus sintetiza endonucleasas codificadas por virus para degradar el cromosoma bacteriano. Luego secuestra la célula huésped para replicar, transcribir y traducir los componentes virales necesarios (capsómeros, vaina, Placas base, fibras de cola y enzimas virales) para el ensamblaje de nuevos virus. Los genes de la polimerasa generalmente se expresan al principio del ciclo, mientras que las proteínas de la cápside y la cola se expresan más tarde. Durante la fase de maduración, se crean nuevos viriones. Para liberar fagos libres, la pared celular bacteriana es interrumpida por proteínas fágicas como holin o lisozima., La etapa final es el lanzamiento. Los virus Maduros estallan fuera de la célula huésped en un proceso llamado lisis y los virus de la progenie se liberan en el ambiente para infectar nuevas células.

El ciclo Lisogénico

en un ciclo lisogénico, el genoma del fago también entra en la célula a través de la Unión y la penetración. Un primer ejemplo de un fago con este tipo de ciclo de vida es el fago lambda. Durante el ciclo lisogénico, en lugar de matar al huésped, el genoma del fago se integra en el cromosoma bacteriano y se convierte en parte del huésped. El genoma del fago integrado se llama profago., Un huésped bacteriano con un profago se llama lisógeno. El proceso en el que una bacteria es infectada por un fago templado se llama lisogenia. Es típico de los fagos templados estar latentes o inactivos dentro de la célula. A medida que la bacteria Replica su cromosoma, también replica el ADN del fago y lo transmite a nuevas células hijas durante la reproducción. La presencia del fago puede alterar el fenotipo de la bacteria, ya que puede traer genes adicionales (por ejemplo, genes de toxinas que pueden aumentar la virulencia bacteriana)., Este cambio en el fenotipo del huésped se llama conversión lisogénica o conversión de fagos. Algunas bacterias, como Vibrio cholerae y Clostridium botulinum, son menos virulentas en ausencia del profago. Los fagos que infectan estas bacterias llevan los genes de la toxina en su genoma y aumentan la virulencia del huésped cuando se expresan los genes de la toxina. En el caso de V. cholera, la toxina codificada en fagos puede causar diarrea severa; en C. botulinum, la toxina puede causar parálisis., Durante la lisogenia, el profago persistirá en el cromosoma del huésped hasta la inducción, lo que resulta en la escisión del genoma viral del cromosoma del huésped. Después de que se ha producido la inducción, el fago templado puede proceder a través de un ciclo lítico y luego someterse a lisogenia en una célula recién infectada (ver Figura 2).

la Figura 2. Un bacteriófago templado tiene ciclos tanto líticos como lisogénicos. En el ciclo lisogénico, el ADN del fago se incorpora al genoma del huésped, formando un profago, que se transmite a las generaciones posteriores de células., Los factores ambientales estresantes como la inanición o la exposición a productos químicos tóxicos pueden hacer que el profago sea extirpado y entre en el ciclo lítico.

transducción

la transducción ocurre cuando un bacteriófago transfiere ADN bacteriano de una bacteria a otra durante infecciones secuenciales., Hay dos tipos de transducción: transducción generalizada y transducción especializada. Durante el ciclo lítico de replicación viral, el virus secuestra la célula huésped, degrada el cromosoma huésped y produce más genomas virales. A medida que ensambla y empaqueta el ADN en la cabeza del fago, el empaque ocasionalmente comete un error. En lugar de empaquetar ADN viral, toma una pieza aleatoria de ADN del huésped y lo inserta en la cápside. Una vez liberado, este virión inyectará el ADN del antiguo huésped en un huésped recién infectado., La transferencia asexual de información genética puede permitir que ocurra la recombinación del ADN, proporcionando así al nuevo huésped nuevos genes (por ejemplo, un gen de resistencia a los antibióticos o un gen que metaboliza el azúcar).

la transducción generalizada ocurre cuando una pieza aleatoria de ADN cromosómico bacteriano es transferida por el fago durante el ciclo lítico. La transducción especializada ocurre al final del ciclo lisogénico, cuando se extirpa el profago y el bacteriófago entra en el ciclo lítico. Dado que el fago está integrado en el genoma del huésped, el profago puede replicarse como parte del huésped., Sin embargo, algunas condiciones (por ejemplo, la exposición a la luz ultravioleta o la exposición química) estimulan el profago a someterse a inducción, causando que el fago se desprenda del genoma, entre en el ciclo lítico y produzca nuevos fagos para abandonar las células huésped. Durante el proceso de escisión del cromosoma del huésped, un fago ocasionalmente puede eliminar algo de ADN bacteriano cerca del sitio de integración viral. El fago y el ADN del huésped de un extremo o ambos extremos del sitio de integración se empaquetan dentro de la cápside y se transfieren al nuevo huésped infectado., Dado que el ADN transferido por el fago no se empaqueta aleatoriamente, sino que es una pieza específica de ADN cerca del sitio de integración, este mecanismo de transferencia de genes se conoce como transducción especializada (ver Figura 3). El ADN puede recombinarse con el cromosoma del huésped, dando a este último nuevas características. La transducción parece jugar un papel importante en el proceso evolutivo de las bacterias, dándoles un mecanismo para el intercambio asexual de información genética.

la Figura 3., Este diagrama de flujo ilustra el mecanismo de transducción especializada. Un fago integrado extirpa, trayendo consigo una parte del ADN adyacente a su punto de inserción. En la reinfección de una nueva bacteria, el ADN del fago se integra junto con el material genético adquirido del huésped anterior.

ciclo de vida de los virus con huéspedes animales

Los virus líticos de animales siguen etapas de infección similares a las de los bacteriófagos: Unión, penetración, biosíntesis, maduración y liberación (ver Figura 4). Sin embargo, los mecanismos de penetración, biosíntesis de ácido nucleico y liberación difieren entre virus bacterianos y animales. Después de unirse a los receptores del huésped, los virus animales entran a través de la endocitosis (engullimiento por la célula huésped) o a través de la fusión de la membrana (envoltura viral con la membrana de la célula huésped)., Muchos virus son específicos del huésped, lo que significa que solo infectan un cierto tipo de huésped; y la mayoría de los virus solo infectan ciertos tipos de células dentro de los tejidos. Esta especificidad se denomina tropismo tisular. Ejemplos de esto son el poliovirus, que exhibe tropismo para los tejidos del cerebro y la médula espinal, o el virus de la gripe, que tiene un tropismo primario para el tracto respiratorio.

la Figura 4. En la infección por el virus de la gripe, las glicoproteínas virales unen el virus a una célula epitelial del huésped. Como resultado, el virus está envuelto., El ARN Viral y las proteínas virales se fabrican y ensamblan en nuevos viriones que se liberan al brotar.

Los virus animales no siempre expresan sus genes utilizando el flujo normal de información genética, desde el ADN hasta el ARN y las proteínas. Algunos virus tienen un genoma dsDNA como los organismos celulares y pueden seguir el flujo normal. Sin embargo, otros pueden tener genomas de ssDNA, dsRNA o ssRNA. La naturaleza del genoma determina cómo el genoma se replica y se expresa como proteínas virales., Si un genoma es ssDNA, las enzimas del huésped se utilizarán para sintetizar una segunda hebra que es complementaria a la hebra del genoma, produciendo así dsDNA. El dsDNA ahora puede ser replicado, transcrito y traducido de manera similar al ADN del huésped.

si el genoma viral es ARN, se debe utilizar un mecanismo diferente. Hay tres tipos de genoma de ARN: ARN dsRNA, ARN positivo (+) de una sola hebra (+ssRNA) o ARN negativo ( − ) de una sola hebra (- ssRNA). Si un virus tiene un genoma ssRNA+, puede traducirse directamente para producir proteínas virales. El genómico Viral +ssRNA actúa como el ARNm celular., Sin embargo, si un virus contiene el genoma de a −ssRNA, los ribosomas del huésped no pueden traducirlo hasta que el −ssRNA sea replicado en +ssRNA por la ARN polimerasa dependiente de ARN viral (RdRP) (ver Figura 5). El RdRP es traído por el virus y se puede utilizar para hacer + ssRNA del genoma original-ssRNA. El RdRP también es una enzima importante para la replicación de los virus dsRNA, porque utiliza la cadena negativa del genoma de doble cadena como una plantilla para crear +ssRNA. Las copias recién sintetizadas +ssRNA pueden ser traducidas por ribosomas celulares.,

la Figura 5. Los virus de ARN pueden contener + ssRNA que pueden ser leídos directamente por los ribosomas para sintetizar proteínas virales. Los virus que contienen-ssRNA deben usar primero el-ssRNA como una plantilla para la síntesis de +ssRNA antes de que las proteínas virales puedan ser sintetizadas.

se observa un mecanismo alternativo para la síntesis de ácido nucleico viral en los retrovirus, que son virus +ssRNA (ver Figura 6)., Los virus de ARN monocatenario como el VIH llevan una enzima especial llamada transcriptasa inversa dentro de la cápside que sintetiza una copia complementaria de ADNc (ADNc) utilizando el genoma +ssRNA como plantilla. El ssDNA se convierte en dsDNA, que puede integrarse en el cromosoma del huésped y convertirse en una parte permanente del huésped. El genoma viral integrado se llama provirus. El virus ahora puede permanecer en el huésped durante mucho tiempo para establecer una infección crónica. La etapa de provirus es similar a la etapa de profecía en una infección bacteriana durante el ciclo lisogénico., Sin embargo, a diferencia del profago, el provirus no se somete a escisión después de empalmar en el genoma.

la Figura 6. Haga clic para ampliar la imagen. El VIH, un retrovirus icosaédrico envuelto, se une a un receptor de la superficie celular de una célula inmune y se fusiona con la membrana celular. Los contenidos virales se liberan en la célula, donde las enzimas virales convierten el genoma del ARN monocatenario en ADN y lo incorporan en el genoma del huésped., (crédito: modificación del trabajo de NIAID, NIH)

infecciones persistentes

la infección persistente ocurre cuando un virus no se elimina completamente del sistema del huésped, pero permanece en ciertos tejidos u órganos de la persona infectada. El virus puede permanecer en silencio o sufrir una infección productiva sin dañar o matar seriamente al huésped., Los mecanismos de la infección persistente pueden implicar la regulación de las expresiones virales o del gen del huésped o la alteración de la respuesta inmune del huésped. Las dos categorías principales de infecciones persistentes son la infección latente y la infección crónica. Los ejemplos de virus que causan infecciones latentes incluyen el virus del herpes simple (herpes oral y genital), el virus de la varicela-zóster (varicela y culebrilla) y el virus de Epstein-Barr (mononucleosis). El virus de la Hepatitis C y el VIH son dos ejemplos de virus que causan infecciones crónicas a largo plazo.,

infección latente

no todos los virus animales sufren replicación por el ciclo lítico. Hay virus que son capaces de permanecer ocultos o latentes dentro de la célula en un proceso llamado latencia. Estos tipos de virus se conocen como virus latentes y pueden causar infecciones latentes. Los virus capaces de latencia pueden causar inicialmente una infección aguda antes de convertirse en latentes.

por ejemplo, el virus de la varicela-zóster infecta muchas células en todo el cuerpo y causa varicela, caracterizada por una erupción de ampollas que cubren la piel., Alrededor de 10 a 12 días después de la infección, la enfermedad se resuelve y el virus permanece latente, Viviendo dentro de los ganglios de las células nerviosas durante años. Durante este tiempo, el virus no mata las células nerviosas ni continúa replicándose. No está claro por qué el virus deja de replicarse dentro de las células nerviosas y expresa pocas proteínas virales, pero, en algunos casos, típicamente después de muchos años de latencia, el virus se reactiva y causa una nueva enfermedad llamada culebrilla (Figura 7)., Mientras que la varicela afecta a muchas áreas del cuerpo, el herpes zóster es una enfermedad específica de las células nerviosas que emerge de los ganglios en los que el virus estaba latente.

la Figura 7. (a) varicela-zóster, el virus que causa la varicela, tiene una cápside icosaédrica envuelta visible en esta micrografía electrónica de transmisión. Su genoma de ADN de doble cadena se incorpora al ADN del huésped. b) Después de un período de latencia, el virus puede reactivarse en forma de herpes zóster, que generalmente se manifiesta como una erupción dolorosa y localizada en un lado del cuerpo., (credit a: modification of work by Erskine Palmer and B. G. Partin—scale-bar data from Matt Russell; credit b: modification of work by Rosmarie Voegtli)

Los virus latentes pueden permanecer latentes al existir como moléculas circulares del genoma viral fuera del cromosoma huésped. Otros se convierten en provirus al integrarse en el genoma del huésped. Durante la latencia, los virus no causan ningún síntoma de enfermedad y pueden ser difíciles de detectar. Un paciente puede no saber que él o ella es portador del virus a menos que se haya realizado una prueba de diagnóstico viral.,

infección crónica

una infección crónica es una enfermedad con síntomas que son recurrentes o persistentes durante mucho tiempo. Algunas infecciones virales pueden ser crónicas si el cuerpo es incapaz de eliminar el virus. El VIH es un ejemplo de un virus que produce una infección crónica, a menudo después de un largo período de latencia. Una vez que una persona se infecta con el VIH, el virus se puede detectar en los tejidos continuamente a partir de entonces, pero los pacientes no tratados a menudo no experimentan síntomas durante años., Sin embargo, el virus mantiene la persistencia crónica a través de varios mecanismos que interfieren con la función inmune, incluyendo la prevención de la expresión de antígenos virales en la superficie de las células infectadas, alterando las propias células inmunes, restringiendo la expresión de los genes virales y cambiando rápidamente los antígenos virales a través de la mutación. Con el tiempo, el daño al sistema inmunológico resulta en la progresión de la enfermedad que conduce al síndrome de Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA)., Los diversos mecanismos que utiliza el VIH para evitar ser eliminado por el sistema inmunológico también son utilizados por otros virus que infectan crónicamente, incluido el virus de la hepatitis C.

ciclo de vida de los virus con hospedantes vegetales

Los virus vegetales son más similares a los virus animales que a los bacteriófagos. Los virus vegetales pueden estar envueltos o no envueltos. Al igual que muchos virus animales, los virus vegetales pueden tener un genoma de ADN o ARN y ser de cadena simple o doble., Sin embargo, la mayoría de los virus vegetales no tienen un genoma de ADN; la mayoría tienen un genoma ssRNA+, que actúa como ARN mensajero (ARNm). Solo una minoría de los virus vegetales tienen otros tipos de genomas.

Los virus de las plantas pueden tener un rango estrecho o amplio de hospedantes. Por ejemplo, el virus citrus tristeza infecta solo unas pocas plantas del género Citrus, mientras que el virus del mosaico del pepino infecta miles de plantas de varias familias de plantas. La mayoría de los virus vegetales se transmiten por contacto entre plantas, o por hongos, nematodos, insectos u otros artrópodos que actúan como vectores mecánicos., Sin embargo, algunos virus solo pueden ser transferidos por un tipo específico de insecto vector; por ejemplo, un virus en particular puede ser transmitido por pulgones pero no por moscas blancas. En algunos casos, los virus también pueden entrar a las plantas sanas a través de heridas, como podría ocurrir debido a la poda o daños climáticos.

Los virus que infectan las plantas se consideran parásitos biotróficos, lo que significa que PUEDEN establecer una infección sin matar al huésped, similar a lo que se observa en los ciclos de vida lisogénicos de los bacteriófagos. La infección Viral puede ser asintomática (latente) o puede llevar a la muerte celular (infección lítica)., El ciclo de vida comienza con la penetración del virus en la célula huésped. Luego, el virus no está recubierto dentro del citoplasma de la célula cuando se extirpa la cápside. Dependiendo del tipo de ácido nucleico, los componentes celulares se utilizan para replicar el genoma viral y sintetizar proteínas virales para el ensamblaje de nuevos viriones. Para establecer una infección sistémica, el virus debe entrar en una parte del sistema vascular de la planta, como el floema. El tiempo requerido para la infección sistémica puede variar de unos pocos días a unas pocas semanas dependiendo del virus, la especie vegetal y las condiciones ambientales., El ciclo de vida del virus se completa cuando se transmite de una planta infectada a una planta sana.

curva de crecimiento Viral

a diferencia de la curva de crecimiento para una población bacteriana, la curva de crecimiento para una población de virus durante su ciclo de vida no sigue una curva sigmoidal. Durante la etapa inicial, un inóculo de virus causa infección. En la fase eclipse, los virus se unen y penetran en las células sin que se detecten viriones en el medio., La principal diferencia que aparece a continuación en la curva de crecimiento viral en comparación con una curva de crecimiento bacteriano se produce cuando los viriones se liberan de la célula huésped lisada al mismo tiempo. Tal ocurrencia se llama ráfaga, y el número de viriones por bacteria liberada se describe como el tamaño de la ráfaga. En una curva de multiplicación de un solo paso para el bacteriófago, las células huésped se lyse, liberando muchas partículas virales al medio, lo que conduce a un aumento muy pronunciado en el título viral (el número de viriones por unidad de volumen)., Si no quedan células huésped viables, las partículas virales comienzan a degradarse durante la disminución del cultivo (ver Figura 8).

la Figura 8. La curva de multiplicación de un solo paso para una población de bacteriófagos sigue tres pasos: 1) inoculación, durante la cual los viriones se adhieren a las células huésped; 2) eclipse, durante el cual se produce la entrada del genoma viral; y 3) burst, cuando se producen suficientes números de nuevos viriones y emergen de la célula huésped. El tamaño de la ráfaga es el número máximo de viriones producidos por bacteria.,

Ébola en los EE.UU.

El 24 de septiembre de 2014, Thomas Eric Duncan llegó al Texas Health Presbyterian Hospital en Dallas quejándose de fiebre, dolor de cabeza, vómitos y diarrea, síntomas comúnmente observados en pacientes con resfriado o gripe., After examination, an emergency department doctor diagnosed him with sinusitis, prescribed some antibiotics, and sent him home. Dos días después, Duncan regresó al hospital en ambulancia. Su condición se ha deteriorado y los exámenes de sangre adicionales confirmado que ha sido infectado con el virus del Ébola.

otras investigaciones revelaron que Duncan acababa de regresar de Liberia, uno de los países en medio de una grave epidemia de Ébola., El 15 de septiembre, nueve días antes de presentarse en el hospital de Dallas, Duncan había ayudado a transportar a un vecino afectado por el Ébola a un hospital en Liberia. El hospital continuó tratando a Duncan, pero murió varios días después de ser admitido.

la Figura 9. Los investigadores que trabajan con el virus del Ébola usan capas de defensas contra infecciones accidentales, incluyendo ropa protectora, sistemas respiratorios y gabinetes de presión de aire negativa para el trabajo en el banco. (crédito: modificación de la obra de Randal J., Schoepp)

la línea de tiempo del caso Duncan es indicativa del ciclo de vida del virus del Ébola. El tiempo de incubación del Ébola oscila entre 2 y 21 días. Pasaron nueve días entre la exposición de Duncan a la infección por el virus y la aparición de sus síntomas. Esto corresponde, en parte, al período de eclipse en el crecimiento de la población de virus. Durante la fase de eclipse, Duncan habría sido incapaz de transmitir la enfermedad a otros. Sin embargo, una vez que un individuo infectado comienza a exhibir síntomas, la enfermedad se vuelve muy contagiosa., El virus del Ébola se transmite a través del contacto directo con gotitas de fluidos corporales como la saliva, la sangre y el vómito. Duncan podría haber transmitido la enfermedad a otros en cualquier momento después de que comenzó a tener síntomas, presumiblemente algún tiempo antes de su llegada al hospital en Dallas. Una vez que un hospital se da cuenta de que un paciente como Duncan está infectado con el virus del Ébola, el paciente es puesto inmediatamente en cuarentena, y los funcionarios de salud pública inician un rastreo para identificar a todas las personas con las que un paciente como Duncan podría haber interactuado durante el período en el que estaba mostrando síntomas.,

los funcionarios de salud pública pudieron rastrear a 10 personas de alto riesgo (familiares de Duncan) y 50 personas de bajo riesgo para monitorearlas en busca de signos de infección. Ninguno contrajo la enfermedad. Sin embargo, una de las enfermeras encargadas del cuidado de Duncan se infectó. Esto, junto con el diagnóstico erróneo inicial de Duncan, dejó en claro que los hospitales estadounidenses necesitaban proporcionar capacitación adicional al personal médico para prevenir un posible brote de Ébola en los Estados Unidos.

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