INFECTIOUS DISEASE

EN INGLÉS

VIROLOGÍA – CAPÍTULO CINCO  

GENÉTICA DE LOS VIRUS

Dr Margaret Hunt 
University of South Carolina School of Medicine
Columbia
SC
USA

Traducido por :
Sarah M. Castillo - Jorge
Medico Pasante
Clinica Corominas
Santiago
Rep. Dominicana

 

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 OBJETIVOS

Introducción a la genética de los virus de animales

GENERALIDADES

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 kinasa 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 aún 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) (figura 1) en la que la polimerasa intercambia de plantilla mientras copia el ARN.

La recombinación también es común en los coronavirus – también el mecanismo es diferente a aquél que involucra ADN y probablemente es consecuencia de la inusual forma en que se sintetiza el ARN en estos virus.

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 de 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 (figura 2).

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.

Este es un proceso eficiente – pero limitado a los virus con genomas segmentados – hasta ahora el único virus humano caracterizado por genomas segmentados son los virus de ARN i.e. ortomixovirus, reovirus, arenavirus, bunyavirus.

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 (figura 3). 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 (figura 5). 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) (figura 6). 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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