Bloque I. Aspectos básicos de virología: estructura y morfología viral

Estructura y morfología viral

Hasta el siglo XX no fue posible observar los primeros virus gracias a la invención del microscopio electrónico, ya que no eran visibles al microscopio óptico. Sin embargo, posteriormente, se ha descubierto la existencia de virus observables al microscopio óptico y se han denominado virus gigantes. Así, hay virus de diversos tamaños, que van desde 1100 nm de longitud (pithovirus) hasta los 26 nm (fago MS2).

Relative sizes of cells and their components

cm = 10-2 m mm = 10-3 m um = 10-5 m nm = 10-9 m Å = 10-9 m Small Molecule Virus Bacterium Animal Cell Plant Cell 1Å 1nm 10nm 100nm 1um 10um 100um 1mm 1cm Electron Microscope Nanotechnology Light Microscope

Una partícula viral/ virus es un conjunto de proteínas y ácidos nucleicos que pueden estar envueltos o no por una bicapa lipídica. Se denomina virus desnudo cuando tan solo posee proteínas y ácidos nucleicos, y virus envuelto cuando además posee la membrana lipídica (lípidos que vienen de la célula infectada previamente).

Conceptos importantes de virología

Algunos conceptos importantes que hay que conocer son:

• Virión: partícula de virus infectiva en medio extracelular (es decir, virus que se encuentran fuera de las células).
• Unidades estructurales o protómeros: unidades más pequeñas que forman la cápsida (unidades asimétricas).
• Unidad morfológica o capsómero: unidad estructural químicamente distinta que está asociada de manera específica para formar estructuras mayores. El capsomero es la unidad morfológica que puede apreciarse al microscopio electrónico como:
  • Pentámero: agrupación de 5 unidades estructurales o protómeros.
  • Hexámero: agrupación de 6 unidades estructurales o protómeros.
• Cápsida: caparazón de proteínas que rodea a los ácidos nucleicos (genoma).
• Nucleocápsida: conjunto del genoma y proteínas de la cápsida.
• Envoltura: bicapa lipídica proveniente de la célula hospedadora que contiene glicoproteínas del virus.
• Virus desnudos: virus que solo tienen nucleocápsida.
• Virus con envolturas: virus que presentan la bicapa lipídica rodeando a la cápsida.

Aspectos generales de la arquitectura viral

• Fuera de la célula hospedadora el virus sobrevive como una partícula denominada virión, que es la partícula viral infectiva
• El virión contiene el material genético viral, y su función es protegerlo, darle estabilidad y favorecer su entrada en la célula hospedadora, donde podrá replicarse y empaquetarse en nuevos viriones

. Normalmente, el genoma es empaquetado en una estructura proteica denominada cápsida . Algunos virus poseen un componente lipídico (bicapa) que rodea al virión llamada envoltura (proviene de la célula infectada). Loa virus procariotas no tienen envuelta

• La envoltura también contiene proteinas que favorecen la entrada al interior celular

Estabilidad y formas virales

• Estabilidad
• Formas virales Icosaédricas Helicoidales Virus complejos

Tipos principales de estructuras de viriones

Genomas dsDNA SsDNA dsRNA SSRNA Icosaédrica desnudo Icosaédrica envuelto Helicoidal desnudo Helicoidal envuelto

Ejemplos de virus

Bacteriófago Virus del mosaico del tabaco Adenovirus Virus de la gripe ARN ARN ADN ADN Glycoproteins Head Lipid membrane Capsomere RNA Capside Capsid DNA Tall sheath RNA Capsid Tail fiber Polymerase Reverse trancriptase Lipid membrane Glycoprotein Glycoprotein RNA Human immudeficiency virus Bacteriophage Influenza virus Adenovirus Tobacco mosaic virus Ebola virus

RNA Lipid membranero DNA Capsid

Virus específicos

Adenovirus Influenza Rabies virus Cytomegalovirus Ebola Coronavirus Papillomavirus Rotavirus Norovirus Herpes virus Hepatitis C Hepatitis B HIV Hantavirus Flavivirus Rhinovirus

Arquitectura viral: Icosaédricos

Icosaédricos Capsid Nucleic acid Capsomer CÁPSIDE ICOSAÉDRICA (Adenovirus) Disposición cuasiesférica de las subunidades proteicas, dentro de la que se encuentra el genoma. Son las más estables y las que más fácilmente se ensamblan, además protegen mejor el genoma. La mayoría de los virus animales son de este tipo.

Arquitectura viral: Helicoidales

Helicoidales Nucleic acid Capsid Capsomer CÁPSIDE HELICOIDAL (fago M13, mosaico del tabaco ... ). Posee simetría rotacional: la forma más sencilla de organizar protómeros (unidades más pequeñas que forman la cápsida) idénticos. Se forman por pliegues en un único eje para formar una hélice (espiral, simetría rotacional). El acido nucleico se va introduciendo/empaquetando dentro mientras se ensambla la hélice, conforme crece se va encapsulando.

Arquitectura viral: Compuestos y Complejos

VIRUS COMPUESTOS Y COMPLEJOS: CARACTERÍSTICAS

Compuestos Myoviridae Siphoviridae Podoviridae € ¢ Tail Capsid Tail Tail dsDNA Connector Adsorption apparatus COMPUESTOS: Poseen una cápside helicoidal que inserta el genoma durante la infección y una icosaédrica que contiene el genoma. Son todos bacteriófagos (fagos T, lambda ... ). No están envueltos. Se sintetizan los componentes por separado y luego se ensamblan.

Virus Complejos

Complejos External membrane Lateral body Palisade Core envelope Core DNA + associated proteins Lateral body COMPLEJOS: Presentan 2 cápsidas y ninguna envuelta o 2 envueltas y ninguna cápside. Son los que no se pueden clasificar en los otros grupos.

Complejos I 100 Å Reovirus posee 2 cápsidas icosaédricas concéntricas (la externa se pierde al entrar) y sin envuelta. La doble cubierta proteica es muy grande y compleja (T =13). La cubierta externa se pierde al entrar. Geminivirus con 2 cápsidas icosaédricas fusionadas. El interior de estas engloba a las dos. Poxvirus con 2 envueltas lipoproteicas sin capsida icosaedrica. Son muy voluminosos y cuadrados. La primera membrana permite insertar el genoma a la célula, la otra contiene el genoma Cabe destacar que en procariotas la cápsida no es introducida en la célula, con algunas excepciones. En eucariotas, las cápsidas entran por procesos como la endocitosis o la fusión, con excepciones como el poliovirus.

Teoría de las subunidades idénticas

Watson y Crick, estudiando la estructura de los virus, propusieron la teoría de las subunidades idénticas en el año 1956. Esta teoría afirmaba que las cápsidas deben estar formadas por un solo tipo de proteínas como consecuencia del pequeño genoma de los virus. Generalmente, esto es así y los cápsidas de los virus están formadas por un solo tipo de proteínas, como es el caso del TMV, o por un tipo de proteínas mayoritario.

Principio de ensamblaje de subunidades

Las afirmaciones de esta teoría son:

1. El ensamblaje de subunidades permite la construcción de las cápsidas espontáneamente sin gasto de energía (autoensamblaje). Ocurre en virus que son muy simples, cuya cápsida está formada por un solo tipo de proteína (homómeros), por lo que adquieren mucha estabilidad al unirse entre sí.
2. El ensamblaje de subunidades minimiza el tamaño/número de genes que codifican esas proteínas (los genomas víricos son muchísimo más pequeños que los celulares).
3. El ensamblaje de subunidades permite la construcción de cápsidas más estables, sin olvidar que las cápsidas deben tener la posibilidad de desorganizarse cuando el virus va a infectar a una nueva célula. Las cápsidas no son unas cubiertas estáticas, sino una estructura dinámica compuesta de subunidades flexibles.

El genoma viral

• El virion contiene una o más moléculas de ácido nucleico y puede estar compuesto de RNA o DNA.
• El ácido nucleico será susceptible a la degradación por ribonucleasas o deoxiribonucleasas en función del tipo de molécula que presente.
• El ácido nucleico podrá ser de cadena única o doble, linear (extremos libres) o circular (extremos sellados covalentemente).
• No existen virus conocidos dsRNA de cadena circular.

Tipos de genomas virales

• DNA
  • Lineal ss Parvovirus
  • Lineal ds Poxvirus
  • Circular ss Fago ΦΧ174
  • Circular ds Baculovirus
• RNA
  • Lineal ss 1 TMV
  • Lineal ds JOODS Reovirus
  • Circular ss Hepatitis delta virus

Características del genoma viral

• Los virus dsADN codifican sus genes del mismo modo que ocurre en células animales, vegetales, bacterias y otros organismos. Sin embargo, los otros tres tipos de genoma son únicos en virus.
• La mayoría de virus de hongos son dsRNA, la mayoría de virus vegetales son ssRNA y la mayoría de virus procariotas son dsDNA. La razón de esto podría estar relacionada con el origen diferente de estos tipos de virus.
• Los virus dsRNA presenten una cadena RNA (+) y otra cadena RNA (-) (ver azul claro y oscuro del esquema)

Clasificación de genomas virales

• DNA
  • Lineal ss Parvovirus
  • Lineal ds Poxvirus
  • Circular ss Fago ΦΧ174
  • Circular ds Baculovirus
• RNA
  • Lineal ss 1 TMV
  • Lineal ds Reovirus
  • Circular ss Hepatitis delta virus

ss DNA Virus (can be + or -) 2 6 ds DNA (+) Virus ds DNA Intermediate ss RNA (+) Retrovirus mRNA 4 3 ss RNA (+) Virus ds RNA Virus Virus Classification 5 ss RNA (-) Virus

Clasificación de Baltimore

The Seven Classes of Viral Genomes

I dsDNA IV V VI VII SSDNA +/- dsRNA ss +RNA SS -RNA SS +RNA (retrovirus) Gapped dsDNA ± DNA -DNA or ± RNA +mRNA -RNA +RNA ± DNA +DNA Jaaaaa ± DNA -RNA -DNA ± DNA +mRNA