2.4 CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DE LOS VIRUS
Los virus crecen rápidamente,
usualmente hay un gran número de viriones progenie por célula. Hay, por tanto,
más probabilidad de que ocurran mutaciones en un corto periodo de tiempo.
La naturaleza del genoma viral
(ARN o AND, segmentado o no segmentado) juega un papel importante en la
genética de los virus.
Los virus pueden cambiar
genéticamente a causa de mutaciones o mediante recombinación
MUTANTES
ORIGEN
Mutaciones Espontáneas
Estas surgen naturalmente durante
la replicación viral: i.e. a causa de errores por la polimerasa de replicación
del genoma o a causa de la incorporación de formas tautoméricas de las bases.
Los virus de ADN tienden a ser
más estables genéticamente que los virus de ARN. Existen mecanismos de
corrección de error en la célula huésped para la reparación del ADN, pero no
para la del ARN.
Algunos virus de ARN son
notablemente invariables en naturaleza. Es probable que estos virus tengan la
misma tasa de mutación que otros virus de ARN, pero que estén tan adaptados a
una transmisión y replicación de alta precisión, que cambios mínimos
resultarían en su fracaso a la hora de competir exitosamente con los virus
progenitores (en su forma original, “silvestres”).
Mutaciones inducidas por medios físicos o químicos
·
Químicos:
Agentes que
actúa directamente sobre las bases, i.e.: ácido nitroso
Agentes que
actúan indirectamente, i.e.: análogos de bases que yerran en el apareamiento
más frecuentemente que las bases normales, generando así mutaciones
·
Físicos:
Agentes como
la luz ultravioleta o los rayos X
TIPOS DE MUTACIONES:
Las mutaciones pueden ser
puntuales (una base es reemplazada por otra) o mutaciones de
inserción/supresión.
EJEMPLOS DE LOS TIPOS DE CAMBIOS
FENOTÍPICOS OBSERVADOS EN LOS VIRUS MUTANTES
(Fenotipo = las características
observadas de un organismo)
Mutantes letales condicionales: Estos mutantes se multiplican bajo
ciertas condiciones pero no en otras (mientras que los virus tipo “silvestres”
(en su forma original) crecen bajo cualquier tipo de condición) i.e. Mutantes
termo sensibles (ts) – Estos crecen a bajas temperaturas i.e. 31 grados C pero
no crecen a i.e. 39 grados C, los de tipo “silvestres” crecen tanto a 31 como a
39 grados C. Parece que la razón de esto es que la proteína alterada no puede
mantener una conformación funcional a elevadas temperaturas.
i.e. La gama de las células
huésped – Estos mutantes sólo crecen en un subgrupo particular de células –
dichos mutantes proveen un medio para investigar el papel de las células
huésped en la infección viral
Tamaño de la placa: Las placas pueden ser mayores o menores con el
virus de tipo “silvestre”, a veces algunos mutantes muestran patogenicidad
alterada
Resistencia a fármacos:
Esto es importante en el desarrollo de agentes antivirales – la
posibilidad de surgimiento de variantes mutantes siempre debe de ser
considerada
Mutantes enzima-deficientes: Algunas enzimas virales no son siempre
esenciales y por tanto se pueden aislar variantes mutantes viables que tienen
deficiencias de enzimas; i.e. la enzima timidina quinasa del virus herpes
simples generalmente no se necesita cuando se está cultivando en tejido pero es
importante para la infección de células neuronales.
Mutantes "Calientes": Estos crecen mejor a altas
temperaturas que los virus de tipo “silvestre”. Pueden ser más virulentos
puesto que aun cuando sean pirogénicos, la fiebre del huésped no tendrá gran
efecto sobre los mismos, pero sí retardarían la replicación de los viriones
‘silvestres’.
Mutantes atenuados: Muchos virus mutantes causan síntomas menos
severos (o ningún síntoma del todo) en comparación con el virus progenitor – se
dice que éstos mutantes están atenuados. Estos tienen un rol potencial en el
desarrollo de vacunas y también son herramientas útiles para la determinación
de la manera en que el virus progenitor es perjudicial.
INTERCAMBIO
DE MATERIAL GENÉTICO
RECOMBINACIÓN
Intercambio de material genético
entre dos genomas.
Recombinación "clásica"
Esto implica la ruptura de
enlaces covalentes dentro del ácido nucleico, intercambio de información
genética, y la reformación de los enlaces covalentes.
Este tipo de recombinación de
ruptura/reparación es común en los virus de ADN o en aquellos virus de ARN que
tienen una fase de ADN (retrovirus). La célula huésped tiene sistemas de
recombinación para el ADN.
La recombinación de este tipo es
muy rara en los virus de ARN (probablemente no existan enzimas en el huésped
para la recombinación del ARN). Los picornavirus muestran una forma de
recombinación de muy baja eficiencia. El mecanismo no es idéntico al mecanismo
estándar para el ADN, y es probablemente un mecanismo de tipo "copy choice"
(copia-opción) en la que la polimerasa intercambia de plantilla mientras copia
el ARN.
Hasta ahora, no hay evidencia de
recombinación en los virus de ARN de sentido negativo dando lugar a variantes
viables (En estos virus, el ARN genómico es empacado en la nucleocápside y no
está disponible para apareamiento de bases).
Usos diversos de las técnicas de
recombinación
a) Mapear o cartografiar genomas
(mientras más alejados estén dos genes, hay más probabilidad de que se dé un
evento recombinante entre ellos).
b) Rescate de Marcador – Los
fragmentos de AND de un virus “de tipo silvestre” pueden recombinarse con virus
mutantes para generar virus ‘silvestres’ – esto ofrece un medio para asignar
funciones a regiones particulares del genoma. También ofrece un medio para
insertar material genético exterior dentro del gen.
La recombinación permite que un
virus tome información genética de otros virus del mismo tipo y en ocasiones,
de virus no relacionados y hasta del genoma de la célula huésped (como ocurre
con algunos retrovirus – refiérase a retrovirus).
RE-ARREGLO O REORDENAMIENTO
Si un virus tiene un genoma
segmentado y si dos variantes de ese virus infectan una misma célula, los
viriones progenie pueden resultar con algunos segmentos de un progenitor, y con
otros segmentos del otro progenitor.
El re-arreglo o reordenamiento
puede jugar un papel importante en la naturaleza al generar nuevos reordenamientos
y también es útil en experimentos de laboratorio. También ha sido explotado su
uso en la asignación de funciones a diferentes segmentos del genoma. Por
ejemplo, en un virus reordenado, si uno de los segmentos viene de un virus ‘A’
y el resto viene de un virus ‘B’, se pueden determinar cuáles de sus
propiedades son similares a las de un virus ‘A’ y cuáles a las de un virus ‘B’.
El re-arreglo o reordenamiento es
un tipo de recombinación no – clásico.
GENÉTICA APLICADA
Existe una nueva vacuna (aprobada
en Junio 2003) para el virus de la influenza la cual se desarrolló con la
aplicación de algunos de los principios anteriormente discutidos. La vacuna es
trivalente – contiene 3 cepas del virus de la influenza:
Los virus son cepas adaptadas al
frío que pueden crecer bien a 25 grados C y por tanto crecer en el tracto
respiratorio superior en donde la temperatura es menor. Los virus son termo –
sensibles y crecen pobremente en el más cálido tracto respiratorio inferior.
Los virus son cepas atenuadas y mucho menos patogénicas que los virus de ‘tipo
silvestre’. Esto se debe a múltiples cambios en los diferentes segmentos
genómicos.
Proteínas de superficie de los
anticuerpos para el virus de la influenza (HA -
hemaglutinina y NA -
neuraminidasa) son importantes en la protección contra las infecciones.
La HA y NA cambian anualmente. La tecnología de las vacunas utiliza el
reordenamiento para generar virus reordenados que tengan seis segmentos
genómicos de los virus atenuados adaptados al frío y segmentos codificadores de
las HA y NA del virus, y esto es probablemente un problema en la temporada de
influenza venidera.
Dicha vacuna (FluMist) es una
vacuna de virus vivos y se administra intranasalmente como un atomizador y
puede inducir inmunidad en las mucosas y sistémica.
COMPLEMENTACIÓN
Es la interacción a nivel
funcional NO a nivel del ácido nucleico. Por ejemplo, si tomamos dos mutantes
con una lesión ts (termo – sensibilidad) en diferentes genes, ninguno puede
crecer a altas temperaturas. Si infectamos una misma célula con ambos mutantes,
cada mutante proveerá la función faltante del otro y por tanto se pueden replicar
(sin embargo, los viriones progenie tendrán genomas ts mutantes y ser termo –
sensibles).
Se puede utilizar la
complementación para combinar mutantes ts, puesto que estos mutantes ts
usualmente no se complementarán en el mismo gen. Esta es una herramienta básica
en Genética para determinar si una mutación se encuentra en un solo o en
diferentes genes y para determinar y mínimo número de genes que afectan una
función.
REACTIVACIÓN POR MULTIPLICIDAD
Si un virus de ADN de cadena
doble es inactivado con irradiaciones ultravioleta, usualmente se puede
observar reactivación del mismo si se infectan células con una multiplicidad
alta del virus inactivado (i.e. muchas partículas virales por célula) – esto
ocurre porque los virus inactivos cooperan en alguna manera. Probablemente la
complementación permita a los virus crecer inicialmente, puesto que genes
inactivados en un virión pueden estar activos en otro. A medida que el número
de genomas presentes crezca por replicación, la recombinación puede ocurrir, resultando
en nuevos genotipos, y a veces regenerando un virus de tipo ‘silvestre’.
VIRUS DEFECTUOSOS
Los virus defectuosos carecen del
complemento completo de genes necesarios para completar un ciclo de infección
(muchos son mutantes por supresiones) – y por tanto, necesitan otro virus que
provea las funciones faltantes – a este segundo virus se le llama virus
ayudante.
Los virus defectuosos deben dar
las señales apropiadas para que la polimerasa replique sus genomas y para que
sus genomas sean empacados. Aunque no necesitan dar más señales de ahí, algunos
virus lo hacen.
Algunos ejemplos de virus
defectuosos:
Algunos retrovirus han tomado
secuencias de la célula huésped pero han perdido algunas funciones virales.
Estos necesitan de un virus asociado que retenga estas funciones como un
ayudante.
Algunos virus defectuosos pueden
usar virus no relacionados como ayudantes. Por ejemplo, el virus de la
hepatitis delta (un virus de ARN) no codifica sus propias proteínas de
envoltura pero usa la envoltura del virus de la hepatitis B (un virus de AND).
PARTÍCULAS DEFECTUOSAS INTERFERENTES
La replicación del virus ayudante
puede ser menos eficaz con el virus defectuoso (partícula) que en la ausencia
de este. Esto ocurre porque la partícula defectuosa compite con el ayudante por
las funciones del mismo. Este fenómeno se conoce como interferencia, y las
partículas defectuosas que causan este fenómenos se conocen como “partículas
defectuosas interferentes (DI)”. Muchos de los virus defectuosos son
interferentes.
Note que es posible que una
particular defectuosa interferente module una infección natural.
MEZCLA DE FENOTIPOS
Si dos virus diferentes infectan
una célula, los virus progenie pueden contener componentes en su envoltura que
deriven de ambos progenitores y por tanto tendrán características de ambos en
sus envolturas. Esto se llama mezcla de fenotipos. NO IMPLICA ALTERACIÓN DE
MATERIAL GENÉTICO, la progenie de estos viriones estará determinada por el
genoma progenitor que sea empacado y no por la naturaleza de la envoltura.
También se puede dar la situación en que una
envoltura sea completamente de otro virus, i.e. una nucleocápside de un
retrovirus en una envoltura de un rabdovirus. Este tipo de mezcla fenotípica es
conocida también como formación de pseudotipo (pseudovirión). El pseudotipo
descrito mostrará las características de fijación – penetración – antigenicidad
de superficie de un rabdovirus y luego, al ocurrir una infección, mostrará
comportamiento de retrovirus y producirá una progenie de retrovirus. Esto
resulta en pseudotipos que tendrán, en un contexto temporal, un tropismo
huésped/tejido de rango alterado.
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