Los virus.

Ciclo de vida de un virus.

 

 Indice

Mutaciones.

?Como se llega a determinar que  una sustancia concreta trabaja, a la hora de atacar a un virus y cual es proceso de investigación? 

Respuesta inmune.

Introducción.

El virus es un organismo situado entre lo vivo y lo inerte, que pueda causar enfermedades como el VIH o la hepatitis C, un virus es distinto a un ser vivo, tal y como entendemos al concepto de vida. La reproducción  del virus se realiza con gran facilidad; los seres vivos tal como las bacterias se alimentan, crecen y envejecen, el virus, por el contrario, no hace estas funciones. Un virus es una molécula de material genético rodeada por un medio formado de proteínas, no se alimenta ya que no posee los medios necesarios para obtener y digerir el alimento, no crece como un ser vivo ya que su estructura está formada desde el primer momento e igualmente no envejece.

Fuera de una célula es una molécula inerte y se comporta como un objeto inanimado. Los virus pueden llegar a formar cristales carentes de vida. Convivimos con los virus y algunos de ellos, invaden nuestras células y las utilizan para la creación de nuevos virus, causando enfermedades como el SIDA o la Hepatitis C.

Las células son organismos vivos elementales, los virus se introducen en las mismas y se reproducen, a veces matando a su anfitrión. Cuando una de estas unidades biológicas entra en contacto con una célula, se adhiere  a ella utilizando a las proteínas que las rodean y abre un camino por la membrana celular. A continuación, el contenido genético del virus pasa al interior de la célula, cambiando su respuesta de molécula inerte a un ser vivo. El material genético del virus dentro de la célula, utiliza las estructuras celulares para reproducirse, en el interior de la célula utiliza los elementos celulares para crear una copia del mismo, esto produce una gran cantidad de réplicas hasta que la célula se transforma, en poco tiempo, en un contenedor de centenares de nuevos virus. A continuación, los virus creados salen al exterior y se distribuyen por el organismo, en forma de molécula inerte,  hasta que se cruza con una nueva célula y reanuda de nuevo el ciclo, como se muestra en forma esquemática en el siguiente dibujo.

 

¿Cómo ataca un virus o como consigue llegar a una célula e infectarla?

 Estas estructuras biológicas cuando están fuera de una célula son partículas inertes y están expuestas a las corrientes aéreas o al torrente sanguíneo, están sometidas a los fluidos en los que  se encuentran inmersas, circulan de esta manera hasta que encuentran una célula a la cual se pueden pegar muy específicamente, la célula tiene receptores en su superficie, tiene proteínas y glúcidos y estas moléculas están en su superficie, que el virus reconoce como receptores específicos, cuando ocurre esto el virus se pega, si el mismo da con una zona con receptores específicos se queda pegado, como se muestra en la siguiente figura.

Una vez que el virus se ha unido a una célula, debe entrar a la misma, estos son paracitos intracelulares obligados, son organismos que necesitan la maquinaria celular, las proteínas celulares y membranas celulares, para poder hacer copias de sus genomas y las partes de los virus que no son genómicos, como las proteínas que hacen la cubierta y todo se hace dentro de la célula. La entrada a la célula puede ocurrir por mecanismos diferentes, las diferentes familias de virus presentan diferentes mecanismos de entrada, una vez dentro de la célula el genoma del virus se libera y comienza a replicarse y aparecen genomas hijos luego son encapsidados, serán metidos dentro de las cajas de los virus hijos y a continuacion salen de la célula, se generan tantos virus que la célula al final estalla y se lisa, luego los virus hijos salen por lisis, cada día se produce 1000 millones de nuevas partículas virales por cada virus que se introduce en la célula, como en el caso de hepatitis C o VIH y se mueren al mismo tiempo un número igual de linfocitos o sea cada día el cuerpo debe reponer esa cantidad de linfocitos, es una batalla continua y devastadora y en el caso del VIH el sistema inmune acaba exhausto, ya no puede producir más células  y se entra en la fase de SIDA.

Respuesta inmune.

En el caso de la hepatitis C, la destrucción de los hepatocitos, es decir las células de hígado, no está muy clara y no está cuantificada, pero ocurre que las células del hígado se van destruyendo, pero los hepatocitos tienen una enorme capacidad de regeneración y no se conoce bien como sale de la célula, pero igual el proceso es lento y el hígado puede aguantar más, la infección se puede retrasar más en el tiempo, pero el virus genera muchas partículas todos los días, esto hace que se genere una gran cantidad de mutantes, tanto el virus del VIH y el de hepatitis C tienen bajas tasas de fidelidad, durante su replicación producen muchos errores. Los organismos superiores como los seres humanos y los mamíferos, tenemos como material genético el ADN, las enzimas que replican al mismo, tienen capacidad de corrección de errores que se van cometiendo, según se va copiando para hacer los genomas hijos, la enzima puede saber si lo está haciendo bien o no y si lo hace mal, puede quitar lo que ha puesto mal y seguir poniendo lo correcto. En el caso de los virus, estos cometen muchos errores cuando replican y no hay un mecanismo capaz de verlos y no son capaces de corregirlos, de tal manera que va creando genomas hijos con una serie de errores y esto produce una progenie que tienen propiedades fenotípicas muy diferentes, en algunos casos, que le dan propiedades de subsistencia frente a ciertos ataques, muchos mayores que de los genomas de los cuales provienen, por eso cuando un virus produce 1000 millones de partículas todos los días, lo que significa que la cantidad de genotipos, es decir la cantidad de hijos con propiedades diferentes que se pueden generar es enorme, de tal manera que si hay una respuesta inmune frente a algún virus padre, los virus hijos pueden ser insensibles a esta respuesta inmune o si los virus padre están siendo atacado con un antiviral, con un inhibidor o interferón, hay algunos virus hijos que al tener estas mutaciones, han adquirido resistencias frente a estos medicamentos o sea se está enfrentando a diferentes enemigos del cuerpo, que tienen unas características que los hacen resistentes a ciertos tratamientos.

Eso quiere decir que la elaboración de cualquier fármaco que luche contra ellos tiene que tener en cuenta un montón de factores de variabilidad, para atacar a muchos virus distintos;  desde que se comenzó a luchar contra el VIH, se tiene muy claro que cuantos más  inhibidores se utilicen muchísimo mejor, la combinación de inhibidores es lo mejor para tratar a estas infecciones, con combinaciones de fármacos que hacen muy difícil al virus obtener toda las resistencias a la vez. Los inhibidores son moléculas que inhiben la función de las proteínas virales de alguna manera, bien porque se introducen en su centro activo y hacen que esas proteínas no funcionen bien, bien porque hacen que se peguen por la superficie de las proteínas virales y entorpecen su función, en cualquier caso son moléculas pequeñas que hacen la actividad enzimática necesaria para que el virus replique  y que las proteínas virales implicadas en la replicación del virus dejen de funcionar, esto es lo que la industria farmacéutica busca.

Si dividimos un ciclo replicativo de un virus, como la interacción con la célula en la entrada, luego seria la replicación del genoma del virus, a continuación, sería la traducción de esos genomas  y otra seria la encapcidacion y finalmente la salida del virus, cada una de estos partes del ciclo replicativo del virus es susceptible de ser inhibido por moléculas de bajo peso molecular de tal manera que la entrada del virus la podemos inhibir con anticuerpos específicos frente al virus, la replicación la podemos inhibir con moléculas pequeñas que entorpecen que la polimerasa del virus que es el enzima encargado de replicar el genoma parental para dar los genomas hijos, dejen de funcionar y para inhibir la salida del virus se tiene por ejemplo en los inhibidores de la gripe que inhiben este paso y si podemos utilizar inhibidores frente a las diferentes etapas del ciclo replicativo del virus mejor, porque entonces a los virus hijos les costara muchísimo más ser resistentes frente a ese tratamiento, hay algunas partes del ciclo que presentan más dificultades para desarrollar inhidores, bien porque sean  partes que se conocen menos, bien porque hallan menos conocimientos en los laboratorios para diseñar este tipo de moléculas de tal manera que generalmente los laboratorios se centran en dos de los pasos, en la replicación, la generación de copias del genoma, realizado por la enzimas polimerasas, inhibidores de las polimerasas virales y los inhibidores de las proteasas, los genomas cuando entran dentro de la célula tienen que traducirse, porque un genoma solo no hace nada da lugar a proteínas, esto se denomina traducción, para el virus VIH o como el de la hepatitis C, cuando los genomas se traducen dan lugar a una proteínas que tienen que ser modificadas y para modificarlas los virus tiene otras proteínas que se llaman proteasas. Tenemos dos grandes familias de enzimas virales, unas serian unas serían las polimerasas que copian los genomas parentales en genomas hijos y otras enzimas son la proteasas que lo que hacen a las proteínas virales las modifican por algunos tramos para que sean activas.

?Como se llega a determinar que  una sustancia concreta trabaja, a la hora de atacar a un virus y cual es proceso de investigación?

No se trabaja con el genoma completo del virus, sino con una pequeña parte que sirve para  hacer la copias hijas a partir de las copias padres del genoma, se toma esta pequeña parte del genoma que codifica para la polimerasa, por ejemplo en el caso de la hepatitis C, es una secuencia de ARN, se lo pasa a ADN , luego se lo introduce en una bacteria y la misma nos produce mucha proteína, a continuacion se puede purificar.

Esta proteína se produce en la bacteria Escherichia coli y este es un sistema modelo para la producción de proteínas recombinantes ampliamente utilizado y se conoce muy bien su función, a partir de esta proteína recombinante se realizan pruebas, se puede comprender como funciona esta enzima para diseñar inhibidores, pero para ello primero se debe saber cómo función,  se pone a esta proteína en presencia del genoma del virus y se ve como lo copia y que mecanismos usa para copiar.

En resumen, se parte de un pedazo del genoma del virus en una bacteria, con eso se produce la proteína del virus en grandes cantidades en las bacterias, luego se rompe a la misma y se tiene la proteína del virus para ser utilizado en el trabajo,  en este caso la polimerasa del virus, es la enzima viral  que reconoce al genoma padre y copia para dar lugar a genomas hijos, luego de la purificación se obtiene a dicha proteína que se quiere atacar de alguna manera sabiendo cómo funciona, para ver su actividad se junta en un tubo esta proteína con un ARN y con los ladrillos necesarios para generar los ARN hijos, que es el material genético del virus, los que afectan a los humanos son ARN de cadena positiva, sus genomas no están basados en ADN, como el nuestro o el de las plantas, derivado del ADN pero con unas características completamente diferentes. Se pone todo en un tubo se lo deja un tiempo y se observa el resultado con una electroforesis y este resultado muestra si la enzima es activa y bajo qué condiciones es activa, esta enzima tiene una particularidad que no necesita ningún cebador para iniciar la síntesis, normalmente los genomas se replican empleando fragmentos muy cortos de genoma que lo usan como iniciadores, es decir a ese fragmento corto la enzima lo reconoce  como dónde empezar para hacer la copia, es como si tuviéramos una secuencia de letras de un escrito, que comienza con una palabra y la misma es la que tenemos que buscar para comenzar la copia de todo el escrito, para el caso de la hepatitis C no necesita a una palabra, con la primera letra le vale y a partir de ahí comienza a copiar, no necesita una palabra o un párrafo que lo reconoce entero y lo copia entero, sino que con la primera letra y es capaz de saber que es la primera, es la iniciación de novo sin ninguna información previa, lo importante del proceso es que cuando ha copiado las primeras letras la enzima tiene que cambiar su forma completamente para poder seguir copiando el resto, porque la forma inicial no le permite copiar el escrito completo solo le permite copiar las primeras letras, se pasa de un estadio de inicio de copia a otro de continuación de copia o de finalización de copia y este proceso es complicado de hacer, para que ocurra el inicio de la copia la proteína, la enzima no puede estar sola debe estar formando complejos con otras proteínas iguales que ella, debe estar formando oligomenos, que se puede definir como una especie de cuentas de un collar de perlas, que realizan un andamiaje para que se pueda iniciar la síntesis, la enzima que se encarga de la copia de los genomas del virus no solamente tiene actividad de copia sino que además tiene una actividad estructural, tiene que hacer una estructura de una especie de contactos de proteína a proteínas para que las mismas sean activas si esto no ocurre la síntesis no es tan eficiente.

Una vez conocido este proceso se debe evitar que funcione, la forma clásica hasta ahora era buscar letras del escrito que realmente no digan lo que tengan que decir, es lo se denomina inhibidores análogos de nucleótidos, estos son las letras  que la polimerasa usa para escribir el texto, en el caso del ADN es el A, C, G y T , el inhibidor diseñado más directo para este tipo de proteínas es encontrar una letra que realmente que no sea ninguna de estas cuatro pero que la enzima sea capaz de reconocer la letra y meterla en el genoma, una vez metida esta letra y como no es una letra no puede formar palabras a partir de ella y la síntesis terminaría ahí y esto es lo que se denomina un inhibidor análogo de nucleótido, esta es la manera más directa para diseñar fármacos antivirales.

Explicando el proceso en una forma más profunda, la enfermedad SIDA se produce por el virus de la inmunodeficiencia humana, VIH, el tratamiento tiene problemas, debido a la alta tasa de mutaciones de este virus, como ya se explicó, esto es consecuencia de la baja fidelidad de la transcriptasa inversa del VIH.  La enzima está codificada y utilizada por los virus en la transcripción inversa, o sea durante el proceso de replicación. La transcripción inversa de los virus de ARN, se realiza utilizando la enzima en su genoma para transformar el ARN en ADN, este se incorpora en el genoma de la célula huésped y se replica junto con él. La transcripción inversa  permitir que el ARN sirva de molde en la estructura, haciendo cadenas de ADN. El VIH infecta a las personas  gracias a esta enzima. Sin este proceso, la transcriptasa reversa, el genoma viral no sería capaz de incorporarse en la célula, a causa de la incapacidad de estos para replicarse. Al contrario de las bacterias, los virus utilizan como iniciadores los ARN de transferencia codificados en la célula huésped. La transcriptasa inversa del VIH, es la responsable de la síntesis del genoma vírico, esta transcriptasa es menos fiel que otras y produce una o más mutaciones por generación, lo que significa que dos moléculas del ADN no tendrán casi nunca la misma secuencia de nucleótidos.

Uno de los primeros fármacos utilizados para controlar la enfermedad es un análogo estructural de la desoxitimida, conocido como AZT, esta molécula se convierte a trifosfato mediante las quinasas celulares y como tal trifosfato se incorpora en lugar del dTTP en el genoma del VIH. El trifosfato de AZT compite con éxito con el dTTP para la incorporación en el genoma vírico dada la mayor afinidad del AZT por la transcriptasa inversa. Ya que el AZT tiene una menos afinidad por las polimerasas celulares que el dTTP no se incorpora en el ADN celular. La incorporación del trifosfatode AZT causa la terminación prematura de la síntesis del ADN vírico debido a que carece del 3’-OH necesario para la incorporación de nucleótidos adicionales.

Hasta ahora se han definido los inhibidores análogos de nucleótido,  otro tipo de inhibidores son los que se denominan no análogos de nucleótido, que son moléculas pequeñas que se pegan a ciertas partes de la polimerasa proteína que tiene que hacer las copias y cuando se unen impiden su función, esto es como si en lugar de poner letras diferentes en el sistema biológico, lo que hiciésemos fuese inutilizar a dicho sistema, entorpeciendo al mismo y eso sería el inhibidor no análogo de nucleótido, estas son moléculas que se van a unir en ciertas regiones de la superficie de la polimerasa e impiden que esta polimerasa se puedan mover, pueda tener los cambios que necesita durante el ciclo catalítico para copiar las letras finalmente que esa es su función .

En resumen, se toma un trozo del virus  se lo introduce en una bacteria para que se replique y tener copias todas las posibles para poder experimentar con ellas y luego se intenta reproducir la maquinaria que hace que el virus se replique como una sustancia que a partir de una hebra de la información genética del virus hace sacar copias de esa hebra, entonces se ataca a esa replicación de dos maneras o bien poniendo información falsa o poniendo una señal falsa dentro del proceso de copiado que la acabe antes de tiempo, o bien modificando ese agente que es el que saca la copia que sería la polimerasa y eso era lo que hasta ahora se hacía,  la tercera clase de inhibidores que es la que se trabaja actualmente, no serían moléculas   que sean semejantes a las letras, son moléculas que impiden la comunicación entre los agentes en el proceso, esta polimerasa  necesita contactar con otras otras polimerasas  para que su estructura sea la correcta y pueda hacer la síntesis, es decir se impide que la comunicación de proteína a proteína tenga lugar .                                                    

         

Referencias.

Galileo

El descubrimiento de la estructura del ADN.

El experimento de Hershey-Chase, el ADN es el material genético.

La estructura del ADN.

Características del ADN y el código genético de los humanos.

Funcionamiento del ADN, la historia de su descubrimiento e identificación.

Los virus.

La estructura de los virus.

 

Eduardo Ghershman, 22.5.2013

                        

 

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