Definiciones Fundamentales en Virología

Virus: Son formas acelulares microscópicas compuestas por un ácido nucleico rodeado por una cubierta proteica que lo protege del medio. Son parásitos intracelulares estrictos.

Virión: Es la partícula vírica morfológicamente completa e infecciosa cuando se encuentra fuera de la célula viva (fase extracelular). Es metabólicamente inerte y actúa como vehículo de transporte del ácido nucleico entre una célula huésped y otra. Puede cristalizar.

Estructura Viral

1. Ácido Nucleico

Los virus contienen ADN o ARN, pero nunca ambos. Este material genético puede presentar las siguientes características:

• Puede estar formado por una sola cadena (monocatenario, «mc») o dos (bicatenario, «bc»).
• Las moléculas pueden ser circulares o lineales.
• En algunos virus, el ácido nucleico aparece en una única molécula, mientras que en otros se encuentra en varios segmentos separados dentro de la cápsida (genoma fragmentado).
• La polaridad de la cadena es positiva o plus (+) si la secuencia de bases del genoma viral presenta la misma polaridad que el ARNm viral producido durante la infección. Por el contrario, si el genoma es complementario al ARNm viral, la cadena es negativa o minus (-). Los ácidos nucleicos bicatenarios poseen simultáneamente polaridad (+)(-).
• Además de los nucleótidos habituales, muchos virus de ADN contienen bases no habituales, como 5-hidroximetilcitosina en lugar de citosina o 5-hidroximetiluracilo en lugar de uracilo.
• Los retrovirus llevan dos copias idénticas de su genoma de ARN.

2. Cápsida

Es la estructura proteica que protege al ácido nucleico. El conjunto del ácido nucleico y la cápsida se denomina nucleocápsida vírica. Está compuesta por subunidades proteicas llamadas capsómeros. En algunos virus, estos están formados por un único tipo de proteína, y en otros, por la unión de varias cadenas polipeptídicas distintas. Su morfología puede ser:

• Cápsidas helicoidales: Cilindros proteicos huecos, rígidos o flexibles. Los capsómeros suelen estar formados por un único tipo de proteína.
• Cápsidas poliédricas: Tienen forma de poliedro regular, comúnmente un icosaedro. Pueden estar formadas por la unión de diferentes proteínas.
• Cápsidas complejas: A la cápsida se le adosan estructuras adicionales como colas, vainas, fibras o espículas, que realizan funciones específicas. Por ejemplo, en los bacteriófagos, la cabeza puede ser icosaédrica, y la cola puede ser un tubo hueco o una estructura más compleja.

3. Envoltura

Es una envoltura membranosa que rodea la nucleocápsida en algunos virus. Está constituida por:

• Bicapa lipídica: Procede de la membrana plasmática de la célula huésped, que el virus adquiere al abandonarla.
• Proteínas: Codificadas por el ácido nucleico viral. Algunas son glucoproteínas que sobresalen de la envoltura formando espículas de carácter antigénico, cruciales para la adhesión a nuevas células.

4. Enzimas en los Viriones

Aunque un virión es metabólicamente inerte, puede contener enzimas que desempeñan funciones clave en el proceso de infección:

• Neuraminidasas: Enzimas que destruyen enlaces glucosídicos de glucoproteínas y glucolípidos de la membrana plasmática del hospedador, facilitando la liberación de nuevos viriones.
• Lisozima: Degrada parte de la pared bacteriana, facilitando la entrada del ácido nucleico y, posteriormente, la lisis celular para liberar las nuevas partículas virales.
• Polimerasas: Algunos virus contienen sus propias polimerasas para transcribir su ácido nucleico a ARNm una vez iniciada la infección.
• Transcriptasa inversa (o retrotranscriptasa): Presente en retrovirus, es una polimerasa dependiente de ARN que transcribe el ARN vírico a un ADN intermediario.

Clasificación de los Virus

Según la arquitectura de la cápsida

• Virus helicoidales: El ácido nucleico viral se encuentra dentro de una cápsida cilíndrica hueca con estructura helicoidal.
• Virus poliédricos: Virus con muchas caras, comunes en animales, vegetales y bacterias. Ejemplos: adenovirus y poliovirus.
• Virus complejos:
  • Bacteriófago: Posee una cabeza (cápsida poliédrica) que contiene el ácido nucleico, unida a una cola helicoidal. Algunos presentan una placa basal con fibras y espículas para anclarse a la célula bacteriana. La cabeza se une a la cola a través de un collar.
  • Poxvirus: El genoma viral se asocia con proteínas dentro de un nucleoide, que está rodeado por una membrana y dos cuerpos laterales. Todo el conjunto está envuelto por una membrana externa.

Según la presencia o ausencia de envoltura

• Virus envueltos: Adquieren una capa de la membrana plasmática de la célula huésped mediante un proceso de gemación o extrusión. Esta capa se convierte en la envoltura viral. Pueden presentar espículas en su superficie. Ejemplos: el virus de la gripe (helicoidal con envoltura) y el virus del herpes simple (poliédrico con envoltura).
• Virus desnudos: Son aquellos cuyas cápsidas no están cubiertas por una envoltura.

Ciclos de Infección Viral

Los viriones no realizan ninguna actividad fisiológica; son estructuras inertes. La replicación del ácido nucleico viral ocurre a expensas de la maquinaria y la energía de la célula infectada. Existen dos principales ciclos de replicación:

A. Ciclo Lítico

Se denomina así porque la célula infectada muere por rotura (lisis) al liberarse las nuevas copias virales. Consta de las siguientes fases:

1. Fase de adsorción o fijación: El virus se une de forma específica y estable a receptores en la superficie de la célula hospedadora.
2. Fase de penetración o inyección: El ácido nucleico viral entra en la célula. En bacteriófagos, se inyecta a través de una perforación en la pared bacteriana.
3. Fase de eclipse: No se observan virus completos en la célula. Durante esta etapa, se sintetiza el ARNm viral, las proteínas de la cápsida, las enzimas virales y se replican los ácidos nucleicos del virus. El ADN de la célula huésped suele ser degradado.
4. Fase de ensamblaje: Se unen los capsómeros para formar la cápsida y se empaqueta el ácido nucleico viral en su interior.
5. Fase de lisis o ruptura: Conlleva la muerte celular. Los nuevos viriones salen de la célula mediante la rotura enzimática de la pared o membrana, listos para infectar nuevas células.

En virus animales con envoltura, las glucoproteínas víricas se sintetizan y se integran en la membrana plasmática de la célula huésped. Los nuevos virus adquieren esta membrana como envoltura al salir por exocitosis o gemación.

B. Ciclo Lisogénico

Las dos primeras fases (adsorción y penetración) son iguales a las del ciclo lítico. Sin embargo, en la fase de eclipse, ocurre lo siguiente:

• El ácido nucleico viral (en forma de ADN bicatenario) se recombina con el ADN de la célula huésped, integrándose en él como un gen más. Esta forma viral integrada se denomina profago, y la célula infectada, célula lisogénica.
• El profago puede mantenerse latente durante un tiempo indeterminado, replicándose junto con el ADN de la célula cada vez que esta se divide, generando así células hijas lisogénicas.
• Un cambio en el medio ambiente celular (como variaciones de temperatura, desecación o exposición a agentes químicos) puede inducir la liberación del profago, que se activará y comenzará un ciclo lítico, culminando en la muerte celular y la liberación de nuevos virus.

Relevancia y Aplicaciones de los Virus

Virus Patógenos Frecuentes

• Enfermedades comunes: Causadas por el virus de la gripe, la familia Herpesviridae (como el virus del herpes simple), rinovirus (resfriado común), etc.
• Enfermedades graves: Causadas por el virus del Ébola, el virus de Marburgo, el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), los virus de la hepatitis B y C, y el virus del papiloma humano (VPH).

Aplicaciones de los Virus

Campo de la Medicina y Ciencias de la Vida

• Investigación: Se usan para estudiar mecanismos de la genética molecular como la replicación del ADN, la transcripción y la traducción.
• Biotecnología: Se emplean como vectores para introducir genes en células específicas.
• Viroterapia: Se utilizan como vectores para tratar enfermedades, ya que pueden dirigirse a células diana, como las células cancerosas.
• Control de plagas: Algunos virus se usan como insecticidas biológicos.

Campo de la Nanotecnología y Ciencia de los Materiales

• Los virus pueden considerarse nanopartículas orgánicas. Su capacidad para cruzar las barreras celulares los convierte en herramientas útiles.
• Se han utilizado para fabricar nanocables metálicos, nanoplacas para electrónica molecular y para la amplificación de señales en sensores.
• Se investiga su uso en la fabricación de células solares, pilas de combustible y otros componentes electrónicos.

Otras Formas Acelulares Infecciosas

Viroides

Son moléculas de ARN de cadena simple, circular y desnudo que carecen de cubierta proteica. Son patógenos exclusivos de plantas. Por ejemplo, causan la enfermedad del tubérculo filiforme de la patata o el atrofiamiento de la planta del tomate.

Priones

Son agregados supramoleculares de glucoproteínas infecciosas. Son formas anómalas de proteínas celulares que inducen a otras proteínas normales a adoptar su misma forma defectuosa, causando enfermedades neurológicas degenerativas. Ejemplos en humanos son el kuru y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.