El Fascinante Mundo de los Virus y Viroides: Vistas a Través del Microscopio

Los virus, microorganismos que se encuentran entre los más pequeños conocidos, plantean interrogantes fundamentales sobre la vida misma. Su estudio, que abarca desde su descubrimiento hasta su clasificación, replicación y los diversos modos de transmisión, es crucial para entender su impacto en la salud humana, animal y vegetal. Este análisis profundiza en la naturaleza de los virus, su vulnerabilidad, las fases de infección, y el papel indispensable de la microscopía en su comprensión y diagnóstico, explorando también la singularidad de los viroides.

Descubrimiento y Origen de los Virus

Los virus son tan pequeños que solo pueden ser observados con un microscopio electrónico. Sin embargo, su existencia se conocía antes del desarrollo de estos instrumentos especializados. ¿Cómo se supo? Los científicos demostraron que partículas más pequeñas que las bacterias causaban enfermedades. Los investigadores utilizaban filtros especiales para eliminar bacterias de tejidos infectados. Si las bacterias causaban la infección, los tejidos filtrados no deberían haber enfermado a otros organismos. No obstante, los tejidos filtrados permanecieron infecciosos, lo que indicaba la presencia de algo aún más pequeño que las bacterias.

Los científicos no vieron virus por primera vez hasta la década de 1930, con la invención del microscopio electrónico. En 1915, el bacteriólogo inglés Frederick Twort descubrió el bacteriófago, virus que atacan a las bacterias, notando pequeñas manchas claras dentro de las colonias bacterianas y planteando la hipótesis de que algo estaba matando a la bacteria. El virus del mosaico del tabaco fue el primero en ser visto con un microscopio electrónico en 1935.

Hipótesis sobre el Origen Viral

Las respuestas sobre el origen de los virus no se conocen con certeza. Se han propuesto varias hipótesis, siendo las dos principales:

• Los virus pequeños comenzaron como trozos desbocados de ácido nucleico que originalmente provenían de células vivas como bacterias.
• Los virus grandes fueron células parasitarias dentro de células hospedadoras más grandes.

Ambas hipótesis pueden ser válidas y explicar el origen de diferentes tipos de virus.

Características Generales y Clasificación Viral

Los virus se encuentran entre los microorganismos más pequeños, con diámetros que varían generalmente entre 0,02 y 0,3 micrómetros, aunque se han descubierto virus muy grandes de hasta 1 micrómetro (p. ej., megavirus, pandoravirus).

Los virus dependen completamente de las células donde habitan (bacterianas, vegetales o animales) para reproducirse. Algunos virus tienen una envoltura externa formada por proteínas y lípidos, que rodea un complejo proteico llamado cápside con ARN o ADN genómico y, a veces, enzimas necesarias para los primeros pasos de la replicación viral.

La clasificación de los virus se basa principalmente en su secuencia genómica, considerando la naturaleza y estructura de su genoma y su método de replicación (según el International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV)). Así, existen virus con ADN y virus con ARN, los cuales pueden tener cadenas simples o dobles de material genético.

Tipos de Genomas Virales

• Virus de ARN de cadena simple (ssRNA): Se dividen en aquellos con ARN de sentido positivo (que puede actuar como ARNm y ser traducido directamente) y aquellos de sentido negativo (que deben sintetizar un antigenoma de sentido positivo complementario).
• Retrovirus: Son virus de ARN de cadena simple y sentido positivo que utilizan un método de replicación particular. Ejemplos incluyen el Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH) y los virus de la leucemia de linfocitos T humana. Estos virus usan la transcripción inversa para crear una copia de ADN de cadena doble (un provirus) a partir de su genoma de ARN, que se inserta en el genoma de la célula huésped. La enzima retrotranscriptasa, llevada por el virus dentro de su envoltura, es esencial para este proceso.
• Virus de ADN: Generalmente se replican en el núcleo de la célula huésped.

Los genomas virales son pequeños, con los de ARN variando entre 3,5 kilobases (algunos retrovirus) y 27 kilobases (algunos reovirus), mientras que los de ADN varían desde 5 kilobases (algunos parvovirus) a 280 kilobases (algunos poxvirus). Este tamaño, junto con los avances en la tecnología de secuenciación de nucleótidos, hace que la secuenciación del genoma viral sea un componente esencial en las investigaciones epidemiológicas de brotes.

Estructura y Vulnerabilidad de Virus Específicos

Cada microorganismo viral presenta estructuras y dimensiones distintas, lo que influye en su vulnerabilidad.

Coronavirus (SARS-CoV-2)

El virus causante de la COVID-19, el SARS-CoV-2, es uno de los seis tipos de coronavirus que infectan a los humanos. Está compuesto por un núcleo de ARN (el material genético) y una membrana de proteínas que lo envuelve. Su nombre proviene de las protuberancias en forma de corona que sobresalen de su cobertura. Este virus está envuelto en una burbuja de moléculas de lípidos aceitosos, que se deshacen al contacto con el jabón. Por ello, el jabón destruye la membrana lipídica del virus, convirtiéndose en la primera barrera de lucha contra el virus y uno de los mejores métodos para protegerse de este patógeno. Desprovisto de su membrana, el virus queda completamente inactivo, incapaz de penetrar en la membrana celular.

Virus del Ébola

El género Ebolavirus pertenece a la familia Filoviridae. El virus del Ébola es el responsable de una enfermedad grave y a menudo mortal. Se transmite de animales salvajes a humanos y luego de persona a persona. A diferencia de muchos otros virus, suele tener forma de filamento, con un diámetro de entre 60 y 80 nanómetros y una longitud que puede llegar a los 14.000 nanómetros.

Virus de la Hepatitis B (VHB)

Es de tamaño relativamente pequeño (unos 42 nanómetros de diámetro), compuesto por una esfera de unos 20 nanómetros y filamentos con una longitud media de unos 22 nanómetros. Existen siete genotipos con distinta distribución geográfica. Este patógeno provoca una infección hepática potencialmente mortal, pero existe una vacuna segura que ofrece protección casi total.

Virus de la Gripe A

Se dividen en subtipos basados en dos proteínas de superficie: hemaglutinina (H) y neuraminidasa (N). Su alta variabilidad se debe a la existencia de 18 subtipos de hemaglutinina y 11 subtipos de neuraminidasa, lo que resulta en 198 combinaciones posibles, de las cuales 131 se han detectado en la naturaleza.

Virus de la Rabia

Perteneciente a la familia Rhabdoviridae, es un virus monocatenario con forma de bala. Presenta una envoltura lipídica que codifica cinco proteínas. La rabia es una enfermedad vírica infecciosa que es casi siempre mortal una vez que aparecen los síntomas clínicos. En hasta el 99% de los casos humanos, es transmitido por perros domésticos.

Calicivirus (Norovirus)

Estos virus son responsables de fuertes gastroenteritis. Tienen una apariencia redondeada, pero carecen de la "corona" característica de los coronavirus. Su nombre procede de la ciudad de Norwalk, Ohio, donde se documentó un brote en 1968.

Virus de la Hepatitis A (VHA)

Pertenece a la familia Picornaviridae. Son virus pequeños, sin envoltura, en forma de icosaedro, que contienen una sola cadena de ARN. Su cápside está compuesta por subunidades llamadas capsómeros, que incluyen proteínas VP1, VP2 y VP3, responsables de la entrada en las células infectadas.

Virus de la Viruela Bovina (Cowpox virus)

Pertenece a la familia Poxviridae y causa una enfermedad con ampollas rojas. Está estrechamente relacionado con el virus de la viruela (Variola virus) y el Vaccinia virus, una variante artificial que sirvió para elaborar la primera vacuna de la historia.

Virus Herpes

Los virus del herpes (familia Herpesvirus) se dividen en dos tipos (VHS-1 y VHS-2). El VHS-1 se transmite por contacto de boca a boca y causa herpes labial. El VHS-2 se transmite por vía sexual y causa herpes genital. Aunque en las imágenes pueden parecer pequeñas bolitas, el virus del herpes es poliédrico, formando un icosaedro de veinte caras. Es un virus complejo, compuesto por hasta 162 capsómeros con más de setenta genes.

Virus de la Fiebre Amarilla (YFV)

Es un arbovirus transmitido por artrópodos, perteneciente a la familia Flaviviridae. Causa una enfermedad viral aguda con fiebre hemorrágica e ictericia. La vacuna es segura y asequible, ofreciendo protección de por vida con una sola dosis.

Hantavirus

Estos virus de la familia Bunyaviridae se encuentran en poblaciones de pequeños mamíferos. Infectan a los humanos a través del contacto con animales contaminados, pudiendo causar fiebre hemorrágica con síndrome renal o síndrome pulmonar por hantavirus. Presentan una forma esférica, con un tamaño entre 80 y 120 nm.

Virus Varicela-Zóster (VZV)

Causante de la varicela, una enfermedad altamente contagiosa que produce una erupción cutánea con picazón y ampollas.

Mecanismo de Infección y Replicación Viral

Los virus no son células y son mucho más pequeños que una bacteria, lo que explica por qué se necesitan microscopios especiales para verlos. Los virus no pueden reproducirse por sí mismos; dependen completamente de las células donde habitan (bacterianas, vegetales o animales) para reproducirse. Una vez dentro de la célula, el virus empieza a replicar su material genético gracias a la maquinaria celular humana. Esta es una fase de vulnerabilidad importante, ya que cada paso de la replicación viral involucra diferentes enzimas y sustratos, ofreciendo una oportunidad para interferir con el proceso de infección.

El mecanismo de infección viral inicia con la adhesión del virus a una o varias moléculas receptoras de la superficie celular huésped. Posteriormente, el ADN o ARN viral ingresa en la célula huésped y se separa de la envoltura externa (pérdida de la envoltura) para replicarse. Los virus de ADN generalmente se replican en el núcleo de la célula huésped, mientras que los virus de ARN suelen hacerlo en el citoplasma. Los componentes virales recién sintetizados se ensamblan en una partícula viral completa, lo que finalmente lleva a la muerte de la célula huésped y la liberación de nuevos virus capaces de infectar otras células.

Consecuencias y Desarrollo Temporal de las Infecciones Virales

Las consecuencias de la infección viral son muy variables. Muchas infecciones causan enfermedad aguda tras un período de incubación breve, pero algunas son asintomáticas o causan síntomas menores. El sistema inmunitario logra vencer muchas infecciones virales, pero algunas permanecen en estado de latencia, y otras causan enfermedades crónicas.

Infecciones Latentes

Durante la infección latente, el ARN o el ADN del virus permanece en la célula del huésped, pero no se replica ni genera enfermedad durante un período prolongado, a veces durante varios años. Estas infecciones pueden transmitirse durante la fase asintomática, lo que facilita su diseminación. Un factor desencadenante (en particular la inmunodeficiencia) puede causar una reactivación de la enfermedad. Los virus que permanecen con mayor frecuencia en estado de latencia son:

• Virus herpes
• Virus de inmunodeficiencia humana (VIH)
• Papovavirus (virus del papiloma y del polioma)

El virus del Ébola también parece persistir en sitios inmunológicamente privilegiados del cuerpo humano (p. ej., testículos, ojos).

Enfermedades por Reactivación en el Sistema Nervioso Central

Algunas enfermedades son el resultado de la reactivación viral en el sistema nervioso central después de un período de latencia muy largo, incluyendo:

• Leucoencefalopatía multifocal progresiva (debido al virus JC)
• Panencefalitis esclerosante subaguda (secundaria al virus del sarampión)
• Panencefalitis rubeólica progresiva (debido al virus de la rubéola)
• Herpes zóster (debido al virus de la varicela zóster)

Infecciones Crónicas

Las infecciones virales crónicas se caracterizan por la diseminación viral continua y prolongada; ejemplos son la infección congénita por el virus de la rubéola o el citomegalovirus y la hepatitis persistente B o C. El VIH puede causar infecciones tanto latentes como crónicas.

Modos de Transmisión de los Virus

El modo de transmisión varía según el virus, y algunos virus pueden transmitirse de múltiples formas.

• Vía respiratoria: Los virus que infectan a seres humanos suelen diseminarse por esta vía, a través de gotitas respiratorias (gripe, virus sincitial respiratorio) o de forma aerotransportada (sarampión, virus varicela-zóster). El SARS-CoV-2 puede propagarse por gotitas o vía aérea.
• Fómites: Las superficies contaminadas (manijas de puertas, mesas) pueden transmitir virus por contacto manual (norovirus, rinovirus).
• Fecal-oral: La ingestión de alimentos, agua o manos contaminadas con material fecal (norovirus, enterovirus).
• Sanguínea y otros fluidos corporales: Transferencia del virus a través de la sangre u otros líquidos corporales (VIH, virus de hepatitis A, B, C y E, arbovirus como chikungunya, dengue, Nilo occidental, Zika).
• Materno-fetal (vertical): Durante el embarazo, parto o a través de la leche materna.
• Sexual: A través de sangre o fluidos corporales durante el contacto mucoso (virus del papiloma humano, virus herpes simple, Zika, Ébola).
• Trasplante de tejido: Citomegalovirus y virus de Epstein-Barr son los virus que se transfieren en forma predominante.
• Vectores artrópodos: Mosquitos (chikungunya, Zika) y garrapatas (virus de la encefalitis transmitida por garrapatas). Los murciélagos son huéspedes de muchos virus de mamíferos, incluyendo la rabia, SARS-CoV-2 y Ébola.
• Zoonóticos: Se amplifican en animales y luego se transmiten a humanos directamente o a través de vectores o huéspedes intermediarios (MERS-CoV desde dromedarios, virus del Nilo occidental desde aves).

Virus y Cáncer

Algunos virus son oncogénicos y causan o predisponen al desarrollo de ciertos tipos de cáncer:

• Virus de Inmunodeficiencia Humana (VIH): Sarcoma de Kaposi, linfoma no Hodgkin, carcinoma cervical, linfoma de Hodgkin y carcinomas de boca, garganta, hígado, pulmón y ano.
• Papilomavirus Humano (HPV): Carcinoma cervical, de pene, vaginal, anal, orofaríngeo y esofágico.
• Virus Linfotrópico Humano T 1: Varios tipos de leucemias y linfomas.
• Virus Epstein-Barr: Carcinoma nasofaríngeo, linfoma de Burkitt, linfoma de Hodgkin y linfomas en receptores de trasplantes.
• Virus de la Hepatitis B y C: Carcinoma hepatocelular.
• Virus Herpes tipo 8 Humano: Sarcoma de Kaposi, linfomas primarios de cavidades corporales y enfermedad de Castleman multicéntrica.

Diagnóstico de las Infecciones Víricas: El Rol del Microscopio Electrónico

Las infecciones virales pueden diagnosticarse clínicamente, mediante análisis de sangre u otras muestras, y a través de diversas técnicas de laboratorio. La aplicación rutinaria de la microscopía electrónica en los laboratorios de virología y patología clínica se ha convertido en un método de primera línea para el diagnóstico de enfermedades ocasionadas por virus.

Técnicas de Laboratorio

• Pruebas de amplificación de ácidos nucleicos (NAAT), incluyendo métodos de reacción en cadena de la polimerasa (PCR), detectan un virus específico con alta sensibilidad y especificidad.
• Pruebas de detección de antígenos para proteínas virales, utilizadas para una detección rápida.
• Serología, que detecta anticuerpos.
• Cultivo viral, que hace crecer el virus en cultivos celulares.
• Prueba de anticuerpos fluorescentes directos, utilizando anticuerpos marcados con fluorescencia para detectar antígenos virales.

Cuando se sospechan trastornos menos frecuentes, las muestras se envían a laboratorios de salud pública especializados.

Viroides: Los Escalones Inferiores de la Vida

Un viroide es una pequeña molécula de ARN desnudo (sin la cubierta proteica de los virus) capaz de infectar a las células de una planta. Se conocen unas 30 especies que causan enfermedades como el «ahusamiento de la patata» o la «exocortis de los cítricos». Recientemente, se han publicado las primeras imágenes de viroides obtenidas con un microscopio de fuerza atómica (AFM), y se esperan imágenes con criomicroscopía electrónica.

Los viroides se consideran el peldaño inferior de la escala biológica (por ahora) y un modelo ideal para estudiar la emergencia de la vida en el marco de la hipótesis del mundo de ARN. Los viroides se acumulan en las células de las plantas como moléculas de ARN desnudas, sin asociarse estrechamente con proteínas, lo que refuerza la idea de que pueden ser fósiles del mundo de ARN que pudo existir en las primeras etapas de la vida en nuestro planeta.

Clasificación y Replicación de Viroides

El análisis de las estructuras primarias de los viroides permite clasificarlos en dos familias: Pospiviroidae y Avsunviroidae. La familia Pospiviroidae se caracteriza por una estructura secundaria de tipo varilla con cinco dominios. El mecanismo de replicación estándar de los viroides se denomina mecanismo de círculo rodante, con variantes simétricas y asimétricas según el molde empleado. Para completar su ciclo replicativo, los viroides requieren actividades catalíticas que median la transcripción (ARN polimerasa), el corte (ARNasa) y la ligación (ARN ligasa) de sus cadenas de ARN.

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