Los virus presentan una enorme variedad de estructuras genómicas y como grupo presentan más diversidad genómica estructural que el conjunto de los seres vivos.[22]
El ácido nucleico es solamente de un tipo, ADN o ARN. Hay unas pocas excepciones que tienen ambos, como los citomegalovirus que contienen un núcleo de ADN con varios segmentos ARNm.[19] Con bastante diferencia, la mayoría de los virus contienen ARN. Los virus que afectan a las plantas tienden a tener una cadena monocatenaria de ARN, mientras que los bacteriófagos suelen tener ADN bicatenario. Algunas especies de virus presentan nucleótidos anormales, como hidroximetilcitosina en lugar de citosina, como una parte normal de su genoma.[19]
Así podemos distinguir dos tipos de virus:
Tomando en consideración el tipo de cadena del ácido nucleico (doble o sencilla de sentido positivo o negativo) y la forma en que se replica el virus utilizando la célula huésped (retrotranscrito o no), los virus pueden subdividirse todavía más de acuerdo con la Clasificación de Baltimore.
Los genomas virales pueden ser circulares, como en los poliomavirus, o lineales, como en los adenovirus. El tipo de ácido nucleico es irrelevante para la forma del genoma. Entre los virus ARN, el genoma se suele dividir en varias partes separadas dentro del virión y se denominan segmentados. Los genomas ARN bicatenarios y algunos ARN monocatenarios son segmentados. Cada segmento a menudo codifica una proteína y por lo general se encuentran juntos en una cápside. No se requiere que cada segmento esté en el mismo virión para que el conjunto de virus sea infeccioso, como se demostró con el Virus del mosaico del Bromus.[19]
Un genoma viral, con independencia del tipo de ácido nucleico, puede ser monocatenario o bicatenario. Algunos virus, tales como los pertenecientes a Hepadnaviridae, contienen un genoma que es parcialmente bicatenario y monocatenario.[22] Los virus que infectan a los seres humanos incluyen ARN bicatenario (p.e. rotavirus), ARN monocatenario (p.e. virus de la gripe), ADN monocatenario (p.e. parvovirus B19) y ADN bicatenario (p.e. virus del herpes).
Para los virus con ARN como ácido nucleico, las cadenas pueden ser de sentido positivo (+) o negativo (-), dependiendo de si es o no complementario al ARNm viral. EL ARN viral de sentido positivo es idéntico al ARNm viral y, por tanto, puede traducirse inmediatamente en la célula huésped. El ARN de sentido negativo es complementario del ARNm y, por tanto, se debe convertir en ARN de sentido positivo por una ARN polimerasa antes de la traducción. Para los virus con ADN la nomenclatura es similar, de forma que las cadenas que codifican el ARNm viral son complementarias a este (-) y las cadenas no codificadoras son una copia de este (+).
El tamaño del genoma en términos de la masa de nucleótidos varía entre especies. El genoma más pequeño tiene aproximadamente una masa de 106 umas y codifica sólo cuatro proteínas, mientras que el mayor tiene una masa sobre 108 umas y códifica para más de un centenar de proteínas.[19] Los virus ARN tienen por lo general genomas más pequeños que los virus de ADN debido a una mayor tasa de errores cuando se replican, lo que limita en la práctica su tamaño. Más allá de este límite, los errores de replicación hacen el virus inútil o poco competitivo. Para compensar esto, los virus ARN tienen a menudo genomas segmentados (dividido en segmentos), lo que reduce la probabilidad de error de cada molécula.[23] En contraste, los virus ADN suelen tener genomas más grandes debido a la alta fidelidad de las enzimas de replicación.[22]
Los virus pueden experimentar cambios genéticos a través de tres mecanismos:
Los virus ARN son mucho más propensos a mutar que los virus ADN, por las razones antes expuestas. Los virus a menudo existen como cuasiespecies o enjambres de virus de la misma especie pero con secuencias genómicas ligeramente diferentes. Tales cuasiespecies son el objetivo primario de la la selección natural.[32]
Los virus tienen un objetivo básico: producir copias de sí mismos en gran cantidad sirviéndose de la maquinaria que tiene una célula viva para los procesos de transcripción, traducción y replicación. El ciclo reproductivo de los virus varía considerablemente entre las especies, pero siempre están presentes seis etapas básicas:
En este apartado consideraremos tres grupos de virus según el tipo de células que infecten, y en cada grupo se citarán los ejemplos más destacados y sus otras características definitorias.
El primer virus descrito fue el de la fiebre aftosa (Loeffler y Frosch, finales del siglo XIX). La mayoría de ellos tienen envoltura lipoproteica:
Hay también virus de células animales icosaédricos sin envoltura lipoproteica:
Fueron descubiertos independientemente en 1915 y 1917 por Frederick Twort, bacteriólogo británico y Felix D'Herelle en Canadá. La mayoría son virus complejos y contienen ADN bicatenario; pertenecen al grupo de los Caudovirales. Hay también bacteriófagos que no responden al tipo común, como los Corticoviridae, icosaédricos, o los Leviviridae, con ARN monocatenario, o los bacteriófagos con envoltura lipoproteica.
Son los primeros que se descubrieron (virus del mosaico del tabaco, Ivanovski, 1892). La mayor parte de ellos contienen ARN monocatenario y cápsida helicoidal, y carecen de envoltura lipoproteica. El virus del mosaico del tabaco es un ejemplo. Algunos reovirus (virus con ARN bicatenario, icosaédricos y sin envoltura lipoproteica) producen tumores en las heridas de las plantas. En este grupo hay también virus con ADN y cápsida icosaédrica, como el del estriado del maíz o el del mosaico de la coliflor.
Los virus se han venido clasificando atendiendo al tipo de ácido nucleico que contienen, a las características de la envoltura del virión, cuando existe, a la posición taxonómica de sus huéspedes, a la patología que producen, etc. Combinando caracteres como los enumerados, y por ese orden de importancia, se han reconocido varias decenas de grupos de virus internamente bien definidos.
Taxonómicamente, debido a la ausencia de registro fósil, a su falta de autonomía para el desarrollo y a su probable carácter polifilético, es muy difícil aplicarles de forma consistente los criterios de clasificación y nomenclatura que sirven tan bien para la clasificación de los organismos celulares, o verdaderos organismos.[34] [35] Los virus no encajan fácilmente en cualquiera de los ámbitos de la clasificación biológica, y la clasificación comienza en el rango de familia u orden. No todas las familias son actualmente clasificadas en órdenes, ni todos los géneros son clasificados en familias. Sin embargo, se ha sugerido el nombre de dominio Acytota (acelular), lo que pondría a los virus a la par con los dominios de seres vivos: Bacteria, Archaea y Eukarya.
El esfuerzo por alcanzar una necesaria clasificación natural, ha producido distintos resultados, de los que consideramos aquí dos, la clasificación de Baltimore y la del International Committee for Taxonomy of Viruses (ICTV).
La clasificación de Baltimore[36] [37] distribuye los virus en siete grupos fundamentales en función de la base química del genoma y en el mecanismo de producción de ARNm. Todos los virus deben generar cadenas positivas de ARN a partir de sus genomas para producir proteínas y replicarse a sí mismos, pero se utilizan distintos mecanismos en cada uno de los siete grupos:
| Síntesis de proteínas: | dsDNA → mRNA → proteínas |
| Replicación del genoma: | dsDNA → dsDNA |
| Síntesis de proteínas: | ssDNA → dsDNA → mRNA → proteínas |
| Replicación del genoma: | ssDNA → dsDNA → ssDNA |
| Síntesis de proteínas: | dsRNA → mRNA → proteínas |
| Replicación del genoma: | dsRNA → (+)ssRNA → dsRNA |
| Síntesis de proteínas: | (+)ssRNA (=mRNA) → proteínas |
| Replicación del genoma: | (+)ssRNA → (-)ssRNA → (+)ssRNA |
| Síntesis de proteínas: | (-)ssRNA → mRNA → proteínas |
| Replicación del genoma: | (-)ssRNA → (+)ssRNA → (-)ssRNA |
| Síntesis de proteínas: | (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA → mRNA → proteínas |
| Replicación del genoma: | (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA → (+)ssRNA |
| Síntesis de proteínas: | dsDNA → mRNA → proteínas |
| Replicación del genoma: | dsDNA → (+)ssRNA → RNA/DNA → dsDNA |
El ICTV (International Committee on Taxonomy of Viruses) intenta conseguir una clasificación universal que pueda funcionar como el necesario estándar de clasificación de los virus, regulando la descripción formal de las nuevas cepas y ordenando su ubicación dentro del esquema clasificatorio.[38] Intenta que las reglas de nomenclatura y clasificación se asemejen lo más posible al estándar tradicional de la clasificación de los organismos utilizando algunas de sus categorías, sufijos que indican el rango taxonómico y aplicando cursiva a los nombres de los taxones:
Los nombres de los taxones de categoría superior se escriben en cursiva, como en el Código Internacional de Nomenclatura Botánica (pero no en el Zoológico). Los nombres de especie siguen una regla sistemática, nombrándose en la lengua vernácula con el nombre de la enfermedad y la palabra que significa virus. Por ejemplo, Virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). El reconocimiento de órdenes se ha producido tardíamente y se usan con parsimonia, habiéndose designado hasta ahora sólo cinco, de manera que la mayoría de las 80 familias todavía no han sido adscritas a ninguno. La lista del ICTV contiene unos 5.000 tipos de virus, agrupados en unas 2.000 especies.[39] [40] [41]
Los virus han sido descritos como "organismos en el borde de la vida".[34] En general, se considera que no están vivos, aunque no hay un acuerdo unánime. Los virus se asemejan a otros organismos en que poseen genes y pueden evolucionar por selección natural.[42] [43] Se pueden reproducir mediante la creación de múltiples copias de sí mismos a través de autoensamblaje. Sin embargo, los virus no tienen una estructura celular, considerada generalmente como la unidad básica de la vida. Además, aunque se reproducen, no tienen metabolismo y requieren de una célula huésped para replicarse y sintetizar nuevos virus. Sin embargo, algunas especies bacterianas, como Rickettsia y Chlamydia, se consideran organismos vivos a pesar de que no son capaces de reproducirse fuera de una célula huésped.
Un posible criterio es considerar seres vivos a aquellos que usan la división celular para reproducirse, en comparación con los virus que se ensamblan espontáneamente. Esto establece la analogía entre el autoesamblado viral dentro de las células huésped y el crecimiento autónomo de los cristales. Sin embargo, el autoensambldo de los virus tiene implicaciones para el estudio del origen de la vida, ya que da credibilidad a la hipótesis de que la vida podría haber comenzado mediante el autoensamblado de las moléculas orgánicas.[44]
Si se considera que los virus están vivos, la cuestión se podría ampliar para discutir si las partículas infecciosas más pequeñas, como los viroides y priones, están vivas.
La posición de los virus como frontera entre lo vivo y lo inerte plantea a los científicos el problema de su origen. El origen de los virus modernos no está del todo clara; quizás un único mecanismo no pueda responder a esta cuestión.[45] Como no fosilizan, las técnicas moleculares son los métodos más útilizados para hipotetizar su origen.[46] [19] Dos principales hipótesis existen en la actualidad:
Los virus con sólo unos pocos genes podrían ser partes de ácido nucleico procedentes del genoma de un organismo vivo. Su material genético podría haberse derivado de elementos genéticos transferibles, tales como plásmidos o transposones, que pueden entrar y salir de los genomas.[48] Nuevos virus podrían surgen en cualquier momento, y por tanto, no siempre los virus tendrían antepasados.
Los virus con genomas más grandes, como los poxvirus, pueden haber sido una vez pequeñas células que parasitaron células más grandes. Con el tiempo, pudieron perder los genes no requeridos para su estilo de vida parasitaria en un proceso de simplificación conocido como evolución retrógrada. Las bacterias Rickettsia y Chlamydia son células vivas que, al igual que los virus, sólo se puede reproducir dentro de una célula huésped. El estilo de vida parasitaria de estos organismos les ha ocasionado una pérdida de genes que en el pasado les habrían permitido sobrevivir fuera de la célula huésped. Estos ejemplos prestan credibilidad a la hipótesis de la simplificación.
El descubrimiento de otras formas acelulares ha aportado nuevas luces al origen de los virus, pero no ha servido para solucionar la disyuntiva planteada. Las otras formas acelulares son:
Algunos científicos (como Temin, en 1969) han postulado que los virus serían el resultado de la evolución de estas formas acelulares: los virus de ADN procederían de provirus y plásmidos, y los de ARN, de los viroides. La cápsida de los virus sería un logro evolutivo por el que el material genético se vería protegido en su desplazamiento de una célula otra, y garantizaría el éxito de la infección. Por otra parte, las formas acelulares podrían haber nacido en el seno del medio celular, cuando unos determinados genes lograran autonomía respecto al funcionamiento del genoma celular; de esta manera, el origen de los virus no estaría ligado necesariamente a los episodios que acompañan a la aparición de la vida sobre la tierra.
Pero también podría hablarse de un proceso inverso: una pérdida de la cápsida reduciría a las unidades autónomas de replicación-transcripción-traducción a la condición de provirus, plásmidos o viroides.
En conclusión, el descubrimiento de formas acelulares más sencillas que los virus nos ayuda a comprender mejor su naturaleza y significado biológico, pero nos mantiene en la duda de si estamos frente a los primeros organismos salidos de la materia inerte, o frente a formas regresivas resultantes de la especialización al parasitismo.
Ejemplos comunes de enfermedades humanas causadas por virus incluyen el resfriado común, gripe, varicela, poliomielitis, sarampión, paperas y rubéola. Entre las enfermedades graves causadas por virus están el ébola, SIDA, gripe aviar y SARS. Otras enfermedades son poliomielitis, paperas, rubéola, hepatitis B, hepatitis C, fiebre amarilla, dengue, viruela (erradicada), etc. Algunas enfermedades se encuentran bajo investigación para determinar si tienen un virus como agente causal, por ejemplo, el Herpesvirus humano tipo 6 (HHV6) podría estar relacionado con enfermedades neurológicas tales como la esclerosis múltiple y el síndrome de fatiga crónica. También se investiga si el Virus de Borna, causante de enfermedades neurológicas en caballos, pudiera ser responsable de enfermedades psiquiátricas en los seres humanos.[49]
La capacidad relativa de los virus para causar enfermedades se describe en términos de virulencia. Los virus producen la enfermedad en el huésped a través de diferentes mecanismos que dependen en gran medida de la especie de virus. Los mecanismos a nivel celular incluyen principalmente la lisis y la posterior muerte de la célula. En los organismos pluricelulares, si suficientes células mueren, todo el organismo empezará a verse afectado. Los virus pueden también existir dentro de un organismo relativamente sin efectos. A esto se le llama estado latente[50] y es una característica de los herpesvirus incluyendo el Virus del herpes simple, causante del herpes labial, el Virus de Epstein-Barr, que causa la fiebre glandular, y el virus varicela-zóster, que causa la varicela. El virus de la varicela, una vez superada la enfermedad, regresa en etapas posteriores de la vida como herpes zóster.
Algunos virus pueden causar infecciones crónicas, en las cuales el virus sigue replicándose en el cuerpo, a pesar de los mecanismos de defensa del huésped.[51] Esto es común en las infecciones de hepatitis B y hepatitis C. Las personas infectadas crónicamente con el virus de la hepatitis B sirven como reservorios del virus (son los portadores). Cuando hay una alta proporción de portadores en una población, se dice que la enfermedad es endémica.[52]
La epidemiología viral es la rama de la ciencia médica se ocupa del estudio de la transmisión y el control de las infecciones virales en los seres humanos. La transmisión de los virus puede ser vertical, es decir de madre a hijo, u horizontal, de una persona a otra. Ejemplos de transmisión vertical incluyen la hepatitis B y el VIH; cuando el bebé nace ya está infectado por el virus.[53] Otro ejemplo menos frecuente es la varicela-zóster, que aunque causa infecciones relativamente leves en los seres humanos, puede ser fatal para el feto y los recién nacidos.[54]
La transmisión horizontal es el mecanismo de propagación más común de los virus en las poblaciones. La transmisión puede realizarse a través del intercambio de sangre o por actividad sexual (por ejemplo, VIH, hepatitis B y hepatitis C), por vía bucal mediante el intercambio de saliva (por ejemplo, el Virus de Epstein-Barr), por alimentos o agua contaminados (por ejemplo, Norovirus), por respiración de los virus a través de aerosoles (por ejemplo, el virus de la gripe) o por insectos vectores como mosquitos (por ejemplo, el dengue). La tasa o velocidad de transmisión de las infecciones virales depende de factores que incluyen la densidad de población, el número de individuos susceptibles (es decir, aquellos que no son inmunes), la calidad de la atención médica y las condiciones climáticas.[55 Tags: medicina, aparato, organismo, médico, polen, sistema, siglo