BLOQUE 4: EL MUNDO DE LOS MICROORGANISMOS Y SUS APLICACIONES MICROORGANISMOS MICROORGANISMOS YY FORMAS FORMAS ACELULARES ACELULARES
LE 27-2
1 µm
Spherical (cocci)
2 µm
Rod-shaped (bacilli)
5 µm
Spiral
CONCEPTO DE DE MICROORGANISMO MICROORGANISMO CONCEPTO
Los Losmicroorganismos microorganismosoomicrobios microbiosson sonun unextenso extensoyyvariado variado grupo grupode deseres seresvivos vivosque, que,debido debidoaasus susreducidas reducidas dimensiones, dimensiones,sólo sólopueden puedenser serobservados observadoscon conelelmicroscopio microscopio óptico, óptico,eeincluso inclusoen enalgunas algunasocasiones ocasioneses esnecesario necesariorecurrir recurriralal microscopio microscopioelectrónico. electrónico. Los Losmicroorganismos microorganismospueden puedenexistir existircomo comoformas formascelulares celulares aisladas aisladaslibres libreseeindependientes, independientes,capaces capacesde dellevar llevaraacabo cabosus sus proceso procesovitales vitalesde dereproducción, reproducción,generación generaciónde deenergía energíayy crecimiento, crecimiento,oocomo comoagrupaciones agrupacionescelulares; celulares;también tambiénson son microorganismos microorganismoslos losvirus, virus,que queson sonmicroscópicos microscópicospero perono no celulares. celulares.
CONCEPTO CONCEPTO DE DE MICROORGANISMO MICROORGANISMO
Existencinco cincogrupos gruposde demicroorganismos, microorganismos,que, que,excepto exceptopor porelel Existen tamaño,no noestán estánrelacionados relacionadosentre entresí: sí:bacterias, bacterias, algas, algas, tamaño, hongos, protozoos protozoos yy virus virus..Entonces, Entonces,¿cuál ¿cuáles eslala hongos, diferenciafundamental fundamentalentre entreestos estoscincos cincosgrupos gruposde de diferencia microorganismo?.Pues Puesbien, bien,estos estosgrupos gruposse sediferencian diferencian microorganismo?. fundamentalmenteen ensus susestructuras. estructuras.Las Lasbacterias bacteriasson son fundamentalmente célulasprocariotas; procariotas;las lasalgas, algas,hongos hongosyyprotozoos protozoosson son células eucariotas,como comolos losanimales animalesyylas lasplantas; plantas;los losvirus virusson son eucariotas, acelulares. acelulares.
Laciencia cienciaque queestudia estudialos losmicroorganismos microorganismoses eslala La Microbiología esta estaciencia cienciaestudia estudialalabiología biologíade delos los Microbiología microorganismos,su sudiversidad diversidadyysu suevolución evoluciónasí asícomo comoelel microorganismos, papelque quedesempeñan desempeñanen enelelecosistema ecosistemayylalasociedad. sociedad. papel
LE 27-8
Chromosome
1 Âľm
LE 27-5
Fimbriae 200 nm
LE 27-4
200 nm
Capsule
DIFERENCIAS ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES ENTRE VIRUS Y BACTERIAS.
Los virus son formas acelulares; aunque se han incluido en los microorganismos, se encuentran en el limite entre lo vivo y lo inerte, y cada vez se acepta más la idea de que no pueden considerarse seres vivos. No tienen estructura celular: no están limitados por una membrana plasmática, no tienen citoplasma, ni ribosomas; constan esencialmente de un ácido nucleico rodeado de una cubierta proteica y, a veces, con una envoltura externa. Las bacterias, en cambio, son, sin ningún género de duda, seres vivos con estructura celular procariota. Por otro lado, tanto virus como bacterias tienen material genético, pero mientras que en las bacterias éste es siempre ADN, numerosos virus tienen como material genético ARN, y otros tienen ADN. Además cualquier bacteria contienen a la vez los dos tipos de ácidos nucleicos; en cambio, aunque en números virus se pueden formar los dos a lo largo del ciclo, los viriones solo contienen un tipo de ácido nucleico que, para unos virus es ARN y para otros, ADN. En cuanto a las funciones, los virus carecen de sistemas enzimáticos que les permitan realizar metabolismo, aunque determinados virus poseen enzimas particulares. Por lo tanto, no podemos hablar de funciones de nutrición en los virus. En cambio, las bacterias poseen sistemas enzimáticos, realizan metabolismo y llevan a cabo funciones de nutrición. Tampoco los virus llevan a cabo funciones de relación, mientras que las bacterias son capaces de captar estímulos y responder a ellos.
DIFERENCIAS ESTRUCTURALES Y FUNCIONALES ENTRE VIRUS Y BACTERIAS.
Por lo que respecta a la reproducción, las bacterias se reproducen por división celular (fisión). Para multiplicarse, los virus necesitan introducirse en una célula y poner a su servicio la maquinaria de ésta (enzimas, energía, orgánulos, moléculas,…) por lo que son parásitos intracelulares obligados. Así, por ensamblaje, construyen nuevos viriones y se multiplican. La mayoría de las bacterias no son parásitas intracelulares ( algunas sí) y por supuesto, las bacteria hijas no se construyen por ensamblaje de sus componentes, sino que surgen, por división celular.
Por último, aunque no se trata de una diferencia estructural propiamente dicha, ni tampoco diferencial, podemos añadir que también son distintos en tamaño. Los virus son más pequeños (entre unas decenas y unos cientos de nanómetros, en general), de manera que, salvo excepciones, sólo pueden observarse al microscopio electrónico. Las bacterias son de mayor tamaño: entre 1 y 10 micrómetros, en la mayoría de los casos, pudiendo verse con el microscopio óptico.
BACTERIAS, BACTERIAS, VIRUS, VIRUS, VIROIDES VIROIDES YY PRIONES PRIONES
CONCEPTO CONCEPTO
PRIONES
Los priones representan el extremo opuesto a los viroides. Tienen una forma extracelular definida, pero que parece estar constituida solamente por proteína, son agregados supramoleculares de glucoproteíanas. No obstante, la partícula proteica del prión es infecciosa y se conocen varios priones que causan enfermedades diversas en animales, como el prurito lumbar de las ovejas “scrapie” o la encefalopatía bovina espongiforme “enfermedad de las vacas locas”, el kuru y la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob en el hombre. la misma secuencia de aminoácidos puede aparecer con dos estructuras tri dimensionales diferentes. En organismos normales, la proteína PrP presenta una estructura secundaria formada mayoritariamente por hélices α con un pequeño porcentaje de láminas β. A esta forma proteica se la denomina PrPc (proteína priónica celular. En células infectadas, la proteína muestra una estructura secundaria formada en su mayor parte por láminas β. Esta se conoce como PrPsc (protéina priónica scrapie) y presenta propiedades diferenciadoras como son la localización extracelular, la insolubilidad en detergentes, la resistencia parcial a la digestión por proteasa y a altas temperaturas. ¿Cómo puede una proteína, que no se puede replicar a sí misma, ser un patógeno transmisible? De acuerdo con la hipótesis dominante, un prión es una forma mal plegada de una proteína que normalmente está presente en las células cerebrales. Cuando el prión penetra en una célula que contiene la forma normal de la proteína, el prión la convierte en su versión. De esta manera, los priones pueden desencadenar repetidas veces reacciones en cadena que incrementan su número. Este modelo, propuesto por primera vez a comienzos de la década del 1980, ahora es ampliamente aceptado
PRIONES PRIONES
MODELO DE PROPAGACIÓN DE LOS PRIONES Los priones son versiones mal plegadas de las proteínas cerebrales normales. Cuando un prión entra en contacto con su gemelo normal, puede inducirle a asumir la forma anormal. La reacción en cadena resultante puede continuar hasta que los priones se acumulan en agregados a niveles peligrosos, causando un mal funcionamiento celular y una eventual degeneración del cerebro.
LE 18-13
Prion
Original prion
Many prions Normal protein
New prion
VIROIDES VIROIDES
Si la definición de virus era la de un elemento genético que tiene una fase intracelular y una forma extracelular y que altera los procesos celulares normales para lograr su propia replicación. Hay unas cuantas entidades conocidas cuyas propiedades son una variante de esta definición y que muchos científicos consideran que no son realmente virus parecen estrechamente relacionados con los virus pero no se consideran plásmidos. Dos de estas entidades importantes son los viroides y los priones
Los viroides son pequeñas moléculas circulares de RNA monocatenario que constituyen los patógenos más pequeños conocidos. Lo que resulta más interesante es que la molécula de RNA no contiene genes que codifiquen proteínas, y por lo tanto el viroide es totalmente dependiente de las funciones del hospedador para su replicación.
Los viroides causan enfermedades muy importantes en plantas, como la del tubérculo filiforme de la patata o el atrofiamiento de la planta del tomate.
La forma extracelular de un viroide es de RNA desnudo, sin cápsida de ningún tipo.
Estas moléculas aparecen en el núcleo de la célula hospedadora e interfieren en la regulación de los genes que allí se expresan, concretamente en los que codifican para determinadas hormonas.
VIROIDES VIROIDES
BACTEROÓFAGO T4 INFECTANDO A E.coli
SISTEMAS MODELO MICROBIANO
El virus pone en movimiento el control genético de la bacteria por medio de la inyección de su DNA dentro de la célula. La biología molecular nació en los laboratorios de los microbiólogos que estudian virus y bacterias. Algunos microorganismos como E. coli y sus virus se denominan sistemas modelo, debido a que los investigadores los utilizan con frecuencia en estudios que revelan principios biológicos amplios. Los experimentos con virus y bacterias proporcionaron gran parte de la evidencia de que los genes están compuestos por DNA (A. Hershey y M.Chase) y fueron esenciales en la resolución de los mecanismos moleculares de los procesos fundamentales de la replicación del DNA, la transcripción y la traducción.
SISTEMAS MODELO
Aparte de su valor como sistemas modelo, los virus y las bacterias tienen mecanismos genéticos únicos que son interesantes por sí mismos. Estos mecanismos especializados tienen aplicaciones importantes para comprender como causan enfermedades los virus y las bacterias. Además las técnicas que permiten a los científicos manipular genes y transferirlos de un organismo a otro, emergieron del estudio de los microorganismos.
VIRUS
Puesto que carecen de las estructuras y de la maquinaria metabólica presentes en las células, la mayoría de los virus son poco más que genes empaquetados en cubiertas proteicas.
VIRUS
Los virus son elementos genéticos que se pueden replicar independientemente de los cromosomas de una célula pero no independientemente de las células. Para multiplicarse, los virus deben alcanzar una célula en la que puedan replicarse, tal célula se denomina célula hospedadora ( parásitos obligados).
LOS VIRUS TIENEN UN ESTADO EXTRACELULAR Y OTRO INTRACELULAR
En la fase extracelular, un virus es una partícula submicroscópica que contiene ácido nucleico rodeado por proteínas y, ocasionalmente, por otros componentes macromoleculares. En este estado extracelular, la partícula vírica, también denominada virión, es metabólicamente inerte y no realiza respiración ni función biosintética alguna. El virión es la estructura mediante la cual el genoma vírico se transporta de la célula en la que ha sido producido a otra célula donde el ácido nucleico vírico puede ser introducido.
Una vez en el interior de la nueva célula se inicia la fase intracelular. En este estado ocurre la replicación vírica: se produce el genoma vírico y se sintetizan los componentes que constituyen la cubierta del virus. Cuando un genoma vírico se introduce y se reproduce en una célula hospedadora el proceso se denomina infección.
CARACTERÍSTICAS DE LOS VIRUS
Los genomas víricos son de tamaño muy limitado y fundamentalmente codifican funciones que no pueden tomar de sus hospedadores. Por consiguiente, durante su replicación intracelular, existe una gran dependencia de los componentes metabólicos y estructurales de la célula hospedadora. El virus reconduce la maquinaria preexistente del hospedador y todas las funciones metabólicas que son necesarias para la replicación vírica.
Los virus pueden tener como material genético DNA o RNA y puede ser monocatenario o bicatenario.
Además, todos los virus utilizan la maquinaria de traducción de la célula y por lo tanto, sea cual sea la estructura del genoma vírico, se debe producir RNA mensajero que pueda ser traducido en los ribosomas del hospedador.
Los virus pueden clasificarse también atendiendo a los hospedadores que infectan. Así, tenemos virus animales, virus vegetales y virus bacterianos.
SABÍAS QUE… EL DESCUBRIMIENTO DE LOS VIRUS
La enfermedad del mosaico del tabaco impide el crecimiento de las plantas de tabaco y da a sus hojas una coloración moteada o en mosaico. En 1883 Adolf Mayer, un científico alemán, descubrió que podía transmitir la enfermedad de una planta a otra frotando las plantas sanas con la savia extraída de las hojas enfermas. Después de la búsqueda infructuosa de un germen infeccioso en la savia, Mayer concluyó que la enfermedad estaba causada por una bacteria extraordinariamente pequeña que no podía verse con el microscopio. Esta hipótesis fue probada una década más tarde por Dimitri Ivanowsky, un investigador ruso, que pasó la savia infectada de las hojas de tabaco a través de un filtro diseñado para eliminar bacterias. Después de filtrada, la savia todavía producía la enfermedad del mosaico
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Esta hipótesis fue probada una década más tarde por Dimitri Ivanowsky, un investigador ruso, que pasó la savia infectada de las hojas de tabaco a través de un filtro diseñado para eliminar bacterias. Después de filtrada, la savia todavía producía la enfermedad del mosaico.
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
Ivanowsky formuló la hipótesis de que eran bacterias las que causaban la enfermedad del mosaico del tabaco. Quizás, pensó , las bacterias eran tan pequeñas que pasaban a través del filtro o elaboraban una toxina filtrable que causaba la enfermedad. Esta última probabilidad fue descartada cuando el botánico holandés Martinus Beijerinck descubrió que el agente infeccioso de la savia filtrada podía reproducirse. Frotó las plantas con la savia filtrada y, después de que estas plantas desarrollaran la enfermedad, utilizó su savia para infectar más plantas, continuando el proceso a través de una serie de infecciones. Concluyó que el patógeno se había reproducido, porque su capacidad para causar la enfermedad no se atenuaba después de varias transferencias de una planta a otra.
INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA
En realidad, el patógeno solo se reproducía dentro del huésped que infectaba. A diferencia de las bacterias, el agente misterioso de la enfermedad del mosaico no podía cultivarse en medios nutritivos en tubos de ensayo ni en placas de Petri. Beijerinck imaginó que era una partícula reproductora más pequeña y simple que las bacterias. En 1935 se confirmaron sus sospechas cuando un científico estadounidense Wendell Stanley cristalizó la partícula infecciosa, conocida ahora como el virus del mosaico del tabaco VMT. A continuacíón VMT y muchos otros virus fueron visualizados con la ayuda del microscopio electrónico.
INFECCIĂ“N POR EL VIRUS DEL MOSAICO DEL TABACO (VMT) Una hoja de tabaco sana, no infectada comparada con una hoja infectada de forma experimental con el VMT
ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
Los virus más pequeños tienen solo 20nm de diámetro, son más pequeños que un ribosoma. En una cabeza de alfiler caben millones de ellos. Aun los virus más grandes son escasamente visibles con el M.O. El descubrimiento de Stanley de que algunos virus se podían cristalizar fue una noticia emocionante y misteriosa a la vez. Ni siquiera la más simple de las células pueden formar cristales regulares.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
El tamaño y la forma de los viriones es muy variable. Los virus son más pequeños que las células, variando su tamaño de 0,02 a 0,3 µm. Unos virus contienen RNA y otros ADN, y el ácido nucleico puede ser bicatenario o monocatenario dependiendo del virus. Los genomas víricos son también más pequeños que los celulares. El genoma de los virus, como el caso de los reovirus, no representa una única molécula sino que está segmentado en más de una molécula. La estructura de los viriones ( partículas víricas) es muy diversa, variando ampliamente en lo que se refiere a tamaño, forma y composición química. El ácido nucleico del virión está localizado siempre en el interior de la partícula, rodeado por una formación proteica denomina cápsida. Esta cubierta proteica siempre está formada por cierto número de moléculas proteicas individuales, llamadas subunidades estructurales, que se disponen de modo muy preciso y repetitivo alrededor del ácido nucleico. En la mayor parte de los virus, el pequeño tamaño del genoma vírico limita el número de proteínas víricas diferentes. Unos cuantos virus tienen solamente una única clase de proteína en su cápsida, pero la mayoría tienen varias clases de subunidades estructurales químicamente distintas que se asocian entre sí siguiendo modelos específicos para formar conjuntos mayores denominados unidades morfológicas o capsómero , que es lo que puede apreciarse con el M.E.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
El complejo formado por el ácido nucleico y la proteína, empaquetados en la partícula vírica se denomina nucleocápsida. Aunque esta estructura es frecuentemente la estructura total de una partícula vírica, ciertos virus presentan estructuras más complejas. Tal es el caso de los virus con envoltura, donde la nueclocápsida está rodeada por una membrana. Los virus sin membrana se denomina a veces virus desnudos. Las membranas víricas suelen ser membranas con bicapa lipídica pero a que a menudo presentan asociadas proteínas específicas del virus. Dentro del virión se encuentran , frecuentemente una o más enzimas específicas del virus que juegan un papel importante durante los procesos de infección y replicación. Los constituyentes de la cápside son muy poco numerosos. Reciben una denominación diferente según el caso. Están dispuestos regularmente en un número fijo en cada virión. En función de cómo están dispuestos o acoplados estos constituyentes, y desde un punto de vista estructural, clasificamos los virus en helicoidales, icosaédricos, y un tercer grupo más complejo que engloba a los virus con envoltura.
Viriones helicoidales.
Al microscopio electrónico tienen una “apariencia de bastón” cilíndrico. Cada constituyente de la cáspida es una única molécula de una proteína. Cada una de ellas se dispone en una ordenación helicoidal formando una estructura tubular, en cuyo interior está localizado el ácido nucleico enrollado en hélice. En el proceso de formación de la cápsida es necesaria la presencia del ácido nucleico para que las unidades estructurales se vayan acoplando a su alrededor. El VMT (virus vegetal, de ARN unicatenario) y el virus de la rabia constituyen un buen ejemplo de viriones helicoidales, aunque el segundo tiene envoltura.
LE 18-4a
Capsomere of capsid
RNA
18 Ă— 250 mm
20 nm Tobacco mosaic virus
Viriones icosaédricos.
En este caso, la cápsida adopta una figura geomética regular, parecida a un icosaedro (poliedro de 20 caras triangulares). La unidad repetitiva que conforma el poliedro es el capsómero: está constituido a su vez por algunas moléculas de proteínas o unidades estructurales. A diferencia de los virus helicoidales, en este caso, el proceso de formación de la cápsida es espontáneo; es independiente que haya o no el ácido nucleico para que se estructure la cápsida. El adenovirus y el virus de la poliomielitis (poliovirus) son dos ejemplos de virus en los que la estructura de los viriones puede tomarse como modelo de virus icosaédricos.
LE 18-4b
Capsomere DNA
Glycoprotein 70–90 nm (diameter)
50 nm Adenoviruses
Viriones con envoltura
En ciertos virus, la protección del ácido nucleico, además de la cápsida, está completada por una envoltura adicional a su alrededor. La envoltura es de tipo membranoso, a veces proteica (virus de la hepatitis), o bien es de composición lipídica y polisacárida (virus de la gripe). En este último caso, la envoltura deriva de la membrana de la célula a la que el virus parasita, y que se ha llevado en el proceso de la exocitosis de su ciclo vital. Será, pues, de estructura aproximadamente igual a la de una membrana plasmática, aunque un poco modificada. Muchos virus animales presentan envoltura como el virus de la hepatitis, el virus de la gripe, del sarampión, el virus herpes, el virus de la viruela, etc.
LE 18-4c
Membranous envelope Capsid RNA
Glycoprotein 80–200 nm (diameter)
50 nm Influenza viruses
VIRUS COMPLEJOS: BACTERIOFÁGOS
Son, en la mayoría de los casos, los virus de estructura más compleja. Otros, no obstante, son muy semejantes a los virus ya estudiados. Son de ADN de cadena doble. Se denominan así a los virus especializados en parasitar bacterias. A veces, se abrevia el término denominándolos simplemente fagos. Se distingue en su estructura claramente dos partes: la cabeza y la cola. La cabeza es de estructura poliédrica tipo icosaédrica que contiene en su interior la cadena de ADN lineal, el filamento del cual se prolonga por el cuello y la cola. La cola une la cabeza con el sistema de anclaje adaptado para parasitar la célula bacteriana. Un eje tubular proteico está rodeado por la vaina: estructura helicoidal flexible. En la base del eje tubular está localizada la placa basal (de proteína diferente), con espinas basales y las fibras caudales que le sirven al bacteriófago para adherirse a la superficie de la célula huésped. En la base de la cola se encuentran algunos enzimas y también ATP, que intervendrán en la perforación de la pared bacteriana.
LE 18-4d
cabeza Vaina de la cola
DNA
Fibra de La cola 80 Ă— 225 nm
50 nm Bacteriophage T4
REPASANDO CONCEPTOS: DIFERENCIAS ENTRE VIRUS Y VIRIÓN
Virus es el término general empleado para designar formasacelulares microscópicas que, en su estado completo, constan de un ácido nucleico rodeado de una cubierta proteica (cápsida) y en numerosos caso, también de una envoltura externa. Otras características de los virus son las siguientes: Son parásitos intracelulares estrictos (obligados9 de célula sanimales, vegetales o bacterianas. En su ciclo vital alternan dos estados: uno intracelular o infectivo y otro extracelular. En su estado intracelular, el ácido nucleico vírico puede tomar el control de la maquinaria metabólica de la célula hospedadora para conseguir la multiplicación del virus En su estado extracelular, el virus se presenta en forma de viriones, partículas víricas completa. Cada virión está formado por un ácido nucleico (ADN) o (ARN) pero no los dos juntos, rodeado de una cubierta proteica (cápsida), pudiendo haber además una envoltura externa alrededor de ella. El virión es metabolitamente inerte; se forma dentro de una célula, sale de ella y puede llegar a otra célula; al entrar en ella, dejará de ser un virión, pasando a la fase infectiva. Por lo tanto virión es un término más particular que se refiere al estado extracelular del virus, mientras que virus es un término más general que puede referirse a cualquiera de los estados de este agente no celular infectivo.
REPASANDO CONCEPTOS. CLASIFICACIÓN DE VIRUS SEGÚN LA PRESENCIA O AUSENCIA DE ENVOLTURA
Según la presencia o ausencia de envoltura, se distingue entre virus envueltos (virus conenvoltura) y virus desnudos. Los virus con envoltrua presentan una envoltura extera a la cápsida, formada por lipidos y proteínas. Cada virión toma esa envoltura de la membrana de la célula en la que se ha formado, al salir de ella pro gemación. En numerosos virus de este tipo, también forman parte de la envoltura glucoproteína scodificada por el propio virus, a modo de espículas, que pueden actuar uniéndose específicamente a receptores de la célula hospedadora. La envoltura se encuentra en determinados virus animales, por ejemplo, en el VIH. Los virus desnudos no presentan envoltura.
El ciclo lítico y sus fases
Descripción del ciclo lítico y lisogénico de los bacteriófagos. Este ciclo vital se denomina ciclo lítico pues, como resultado, la célula bacteriana será lisada y morirá. En el caso de un bacteriófago las diferentes fases de este proceso replicativo pueden resumirse en siete etapas. 1. Fijación (adsorción) del virión a una célula susceptible. La interacción se realiza entre las proteínas de la cola del fago y los receptores localizados en la pared bacteriana. Al principio de la fijación esta es reversible, pudiendo separar fago y bacterias sin alterarlas. Pero esta fijación se convierte rápidamente en irreversible, ya que el fago se modifica en contacto con la bacteria, una enzima (lisozima) de la cola se activa, atacando las uniones glucosídicas que aseguran la cohesión de la parte glicoproteíca de la pared, provocando así una zona de menor resistencia.
2. Penetración (inyección) del virión o de su ácido nucleico en la célula. La cola del fago se contrae mediante un reagrupamiento de las unidades proteicas de la vaína caudal, cuyo número de discos disminuye a la mitad sin variar la distancia entre ellos. El eje tubular penetra en la pared bacteriana a través de la zona de menor resistencia y el contenido de la cabeza se introduce en la bacteria dejando en el exterior un despojo constituido por la cola y la cabeza del fago.
LE 18-5
El virus entra en la VIRUS célula sin su cubierta DNA y libera el DNA y las proteínas de la Capsid cápside Transcription
Replication HOST CELL Viral DNA
mRNA Viral DNA
Capsid proteins
El genoma viral y las proteínas de la cápside se autoensamblan en nuevas partículas virales
EL CICLO LÍTICO Y SUS FASES
3. Fases tempranas de la replicación, en las que la maquinaria biosintética de la célula hospedadora resulta alterada, como un preludio a la síntesis de ácidos nucleicos víricos. Típicamente , en esta fase se forman los enzimas víricos específicos. En esta fase podemos diferenciar una fase precoz en la cual tiene lugar una desorganización rápida del funcionamiento celular y una reorientación hacía una síntesis de los constituyentes víricos Entra en funcionamiento mecanismos destinados a asegurar la síntesis de los elementos del fago. Cesan los procesos sintéticos de la bacteria, la transcripción se detiene con rapidez por proteínas codificadas por el virus que se asocian a la ARN polimerasa. No es utilizada la información genética, pues el cromosoma bacteriano es destruido por la acción de una enzima. La bacteria no puede sintetizar sus proteínas ya que se bloquea la traducción de los ARNm celulares en los primeros segundos de la infección. Únicamente son reconocidos los ARNm víricos de manera que tiene lugar la síntesis de las proteínas que van a intervenir en la replicación del ADN del fago.
EL CICLO LÍTICO Y SUS FASES
4. Replicación del ácido nucleico vírico. Fase tardía, comienza la replicación del ADN del bacteriófago participando las enzimas sintetizadas durante la fase precoz (ADN polimerasa, nucleótidos bacterianos y enzimas) para dar lugar a muchas copias idénticas que se acumularán. 5. Síntesis de proteínas que constituyen la subunidades estructurales de la cubierta del virus.Síntesis de las proteínas capsídicas (estructurales) siendo sintetizadas utilizando los ribosomas bacterianos que trabajan sobre los ARNm víricos. Síntesis de proteínas no capsídicas que van a permitir la elaboración y liberación de los viriones. A continuación de esta síntesis los constituyentes del fago se acumulan separadamente en las bacterias y no se ensamblan hasta más tarde; en efecto en este estadio no se observa ningún virión.
6. Ensamblaje de las unidades estructurales ( y de los componentes membranosos en virus con envoltura) y
empaquetamiento del ácido nucleico en las nuevas partículas víricas. Hay una regulación ya que el ensamblaje se realiza con tanta regularidad en una estructura compleja del virión. Tres cadenas de ensamblaje que conciernen a la cabeza, cola y fibras caudales. La cabeza y la cola se asocian enseguida espontáneamente y luego las fibras caudales se asocian sobre la placa basal. Cada cadena de ensamblaje comporta etapas en las que el encadenamiento se halla bajo dependencia del producto de ciertos genes.
7. Liberación de la célula de los viriones maduros. Los nuevos viriones son liberados al exterior mediante la destrucción de la célula huésped (lisis) por un enzima: la endolisina. La bacteria morirá por falta de su ADN y como consecuencia de la destrucción de su pared. Una vez son liberados al medio, estos nuevos viriones irán a afectar a otras células bacterianas.
CICLO LÍTICO
En los primeros minutos tras la infección se dice que el virus sufre un eclipse. El ácido nucleico vírico se separa de su cubierta proteica y por tanto, incluso si se rompiera la célula infectada, el virión parece haber desaparecido como entidad infectiva. El eclipse ocurre durante las etapas tempranas de la replicación vírica. Estas constituyen el período de latencia porque no es posible evidenciar viriones infectivos. La duración del ciclo general de replicación vírica ocupa desde 20-30 minutos en muchos virus bacterianos hasta 8-40 horas en la mayor parte de los virus animales.
LE 18-6
FIJACIÓN ENTRADA DEL DNA DEL FAGO Y DEGRA DACIÓN DEL DNA DEL HUESPED ENSAMBLAJE DE FAGO
CABEZA
LIBERACIÓN
COLA FIBRAS DE LA COLA ENSAMBLAJE
SINTESIS DE LOS GENO MAS Y DE LAS PROTEÍNAS VIRALES
Ciclo lĂtico para los que tienen dificultades con los dibujos
CICLO LISOGÉNICO DE UN VIRUS
Cuando un fago infecta a una bacteria sensible, existen dos respuestas posibles; en una determinada bacteria puede tener lugar una respuesta lítica en la que al cabo de un tiempo se observa la destrucción de la célula bacteriana y la liberación de los fagos-hijos. Otra posibilidad que puede tener lugar es el ciclo lisogénico, en el cual el ácido nucleico vírico, cuando se encuentra en el citoplasma bacteriano, pasa a incorporarse al ADN de la bacteria. Ciclo sólo definido para bacteriófagos. Un fago que sigue esta vía se denomina fago atenuado, en contraposición a los que siguen el ciclo lítico que son los fagos virulentos. La bacteria portadora de un fago atenuado recibe el calificativo de lisogénica, pues tiene la capacidad latente de producir viriones maduros. Si se infecta una bacteria sensible con un bacteriófago atenuado, el ácido nucleico no se mantiene autónomo. Se inserta por un punto determinado en el genoma bacteriano. Se puede mantener integrado así durante varias generaciones bacterianas El ADN vírico se encuentra presente en la célula huésped bajo una forma enmascarada, latente. Denominada profago, en la cual los genes víricos están reprimidos.
CICLO CICLO LISOGÉNICO LISOGÉNICO DE DE UN UN BACTERIÓFAGO BACTERIÓFAGO
Debido a una inducción espontánea, o bien, provocada por un agente externo, como En esta forma, el virus se va perpetuando a la vez que lo hace su huésped, es decir, cuando se replica el cromosoma bacteriano, se replica también el ADN vírico insertado como si de otro gen bacteriano se tratase. Así pues, una célula lisogénica (portadora de un profago en su cromosoma) se divide dando dos células hijas, cada una de las cuales a su vez es también lisogénica y portadora del profago. Se puede afirmar, pues, que la replicación del profago y la división celular son sincrónicas, de manera que se mantiene estable el carácter lisogénico de la célula en todas las generaciones como cualquier carácter de la bacteria huésped. La lisogenia aporta una característica singular a las bacterias. Una célula, mientras tenga el profago, será inmune frente a otras infecciones por virus de la misma especie que el profago. Esta inmunidad se hereda de generación en generación ya que también se hereda el profago.
LE 18-7
Phage DNA
El fago se fija a la célula huésped e inyecta su DNA
Célula hija Con el profago Muchas divisiones celulares producen una gran población de bacterias infectadas con el profago
El DNA del fago Se hace circular
Phage Cromosoma bacteriano
Occasionally, a prophage exits the bacterial chromosome, initiating a lytic cycle.
Ciclo lítico La célula se lisa y libera fagos.
Ciclo lisogénico
Ciertos factores determinan si Se induce el Entra en el ciclo Ciclo lítico lisogénico
Se sintetizan DNA y proteínas fágicas nuevas que se ensamblan en fagos
profago
La bacteria se reproduce normalmente copiando el profago y transmitiendolo a las células hijas.
El DNA del fago se integra en el cromo soma bacteriano y se transforma en un profago
CICLO LISOGÉNICO LISOGÉNICO DE DE UN UN CICLO BACTRIOFÁGO BACTRIOFÁGO
Esta situación, sin embargo, no se mantiene permanentemente. la radiación U.V. el virus en forma de profago se escinde del cromosoma bacteriano y se convierte en autónomo. En este momento comenzará la síntesis de proteínas y se replicará entrando en ciclo lítico con la consiguiente liberación de viriones intactos y lisis de la célula bacteriana. Para muchos virus los modos de expresión están siempre programados de la misma manera. Si embargo, los fagos atemperado poseen una especie de interruptor genético que controla si va a tener lugar el ciclo lítico o el lisogénico. Para que se establezca la lisogenia deben ocurrir dos sucesos: – –
que se evite la producción de todas las proteínas víricas tardías y que una copia del genoma del bacteriofago se integre en el cromosoma de la bacteria.
Para impedir la síntesis de las proteínas tardías se genera una proteína represora. Si se sintetiza, es capaz de reprimir la síntesis de todas las otras proteínas codificadas por el fago.
ALTERNATIVA A LOS ESQUEMAS COMPLEJOS
Virus con envoltura
Un virus que infecta a células anímales sutiliza su membrana externa, o envoltura viral para introducirse en la célula huésped. En la superficie externa de esta envoltura se encuentran las glucoproteínas virales que se unen a las moléculas receptoras específicas de la superficie de la célula huésped. Las enzimas celulares sintetizan glucoproteínas virales en el retículo endoplasmático de la célula huésped para formar nuevas envolturas. Estas glucoproteínas incrustadas en la membrana del RE se transportan hasta la superficie celular. Este es un proceso muy similar a la exocitosis, las cápsides virales nuevas se envuelven con una membrana a medida que salen de la célula. En otras palabras, la envoltura viral deriva de la membrana plasmática de la célula huésped, aunque algunas de las moléculas de esta membrana son especificadas por los genes virales. Los virus recubiertos ahora están libres para infectar a otras células. Este ciclo reproductivo no necesariamente mata a la célula huésped, a diferencia del ciclo lítico de los fagos.
Virus con envoltura
Algunos virus tienen envolturas que no derivan de la membrana plasmática. Las envolturas de los herpes virus, por ejemplo, derivan de la membrana nuclear del huésped. Estos virus tienen un genoma de ADN de cadena doble y se reproducen dentro del núcleo de la célula huésped, utilizando una combinación de enzimas virales y celulares para replicar y transcribir su ADN. En algunos caso, quedan algunas copias del ADN del herpes como minicromosomas en el núcleo de algunas células nerviosas. Allí permanecen en estado latente hasta que algún tipo de estrés físico o emocional desencadena un nuevo ciclo de producción viral activa. La infección de otras células por estos virus nuevos causa las vesícula características del herpes, como el herpes labial o genital. Cuando alguien adquiere una infección por el virus herpes, los brotes pueden recurrir a lo largo de toda la vida de la persona.
LE 18-8
Capsid
Capsid and viral genome enter cell
RNA HOST CELL
Envelope (with glycoproteins)
Viral genome (RNA) Template mRNA ER
Glycoproteins
Capsid proteins
Copy of genome (RNA)
New virus
RETROVIRUS
¿Cómo pueden pasar de su existencia libre, con ARN, al provirus integrado con ADN?. Pues bien, al estudiar su ciclo vital, los retrovirus hacen uso de su enzima retrotranscriptasa para obligar a que el flujo de información génica se invierta y retorne del ARN al ADN. El proceso global de la replicación de un retrovirus se puede resumir en los siguientes pasos: Entrada en la célula. Se puede producir al fusionarse la envoltura del virus con la membrana plasmática, previa interacción de las glucoproteínas de la envoltura del virus con los receptores CD4 de la células.Cuando el retrovirus penetra en la célula mediante un proceso de endocitosis, se despoja de su cápsida proteica y quedan libres la hebra de ARN y la retrotranscriptasa que transporta. Transcripción inversa esta enzima utiliza la cadena de ARN como molde para sintetizar una cadena de ADN copia (ADNc) con secuencia complementaria que forma un híbrido con la hebra de ARN. La retrotranscriptasa tiene, además, otras dos funciones; por una parte, degrada la hebra de ARN y, por otra, sintetiza otra cadena de ADN complementaria de la hebra de ADNc. De esta manera, se forma una doble hélice de ADN que se integra en el genoma de la célula hospedadora y se convierte en un provirus.
LE 18-9
Glycoprotein
Viral envelope Capsid
Reverse transcriptase
RNA (two identical strands)
RETROVIRUS
Integración de la copia de ADN en el genoma del hospedador, dando lugar a un provirus, que puede permanecer latente en el hospedador durante mucho tiempo.
Transcripción del ADN vírico, originando la formación de RNAms víricos y el RNA de la progenie.
Traducción, se sintetizan proteínas víricas (proteínas de la cápsida, de la envoltura, trasncriptasa inversa,…)a partir del ARNm formado.
Emsamblaje: se forman nucleocápsidas (cápsidas que encierran el ARN vírico y las proteínas que se encontrarán junto a él en el virión) en el citoplasma de la célula hospedadora.
Gemación de viriones que adquieren la envoltura por la membrana citoplasmática y liberación de la célula. Como consecuencia de la multiplicación del virus, los linfocitos t CD4 mueren, son descuidos, con lo que en el hospedador se produce una disminución cada vez más acusada de linfocitos T CD4. Esto conduce a que la persona sea sensible a enfermedades oportunistas (sarcoma de Kaposi, neumonías, …) que, muchas veces, son las causantes de la muerte en las personas con SIDA.
CICLO DEL RETROVIRUS
Los retrovirus, entre los que se encuentra el virus del SIDA, se caracterizan por poseer un genoma constituido por una cadena de ARN sencilla que contiene la información necesaria para construir nuevos virus. Los retrovirus tienen la particularidad de llevar una doble vida: Se pueden encontrar en forma de virus infectantes de vida libre, constituidos por una envoltura proteica o cápsida en cuyo interior se aloja la hebra de ARN[1] junto con el enzima retrotranscriptasa También adoptan la estructura de provirus, formados por una doble hebra de ADN que está integrada en un cromosoma de la célula infectada como si fuera uno más de sus genes. Cuando el provirus se inserta en el genoma celular, puede quedar silenciado permanentemente controlado por los sistemas de regulación de la célula, pero también puede volverse activo cuando es “excitado” por radiaciones electromagnética, variaciones de temperatura o determinadas sustancias químicas.
[1] El genoma de los retrovirus es peculiar, contiene dos copias idénticas de RNA monocatenario de polaridad positiva, llamada así porque tiene el mismo sentido o polaridasd que el RNAm de un virus.
LE 18-10 HIV
Membrane of white blood cell
HOST CELL Reverse transcription
Viral RNA
0.25 Âľm
HIV entering a cell
RNA-DNA hybrid DNA NUCLEUS Chromosomal DNA
RNA genome for the next viral generation
New HIV leaving a cell
mRNA
Provirus