¿Qué son los virus?
Los virus son agentes infecciosos microscópicos que contienen material genético, ya sea ADN o ARN, y deben invadir un huésped para multiplicarse.
Predominantemente, los virus son conocidos por causar enfermedades, ya que han desencadenado brotes generalizados de enfermedad y muerte a lo largo de la historia de la humanidad. Entre los ejemplos recientes de brotes provocados por virus se encuentran el brote de ébola de 2014 en África Occidental, la pandemia de gripe porcina de 2009 y la pandemia de COVID-19, causada por un coronavirus identificado por primera vez a finales de 2019.
Si bien es cierto que estos virus son enemigos astutos para los científicos y los profesionales de la medicina, otros de su clase han sido instrumentos de investigación que han ayudado a comprender mejor los procesos celulares básicos, como la mecánica de la síntesis de proteínas, y los propios virus.
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historia ¿Cómo se descubrieron los virus?A finales del siglo XIX, la noción de que los microorganismos, especialmente las bacterias, podían causar enfermedades estaba bien establecida, según la revista Smithsonian. Sin embargo, los investigadores que estudiaban una preocupante enfermedad de las plantas de tabaco -denominada enfermedad del mosaico del tabaco- estaban algo perplejos en cuanto a su causa, según "Discoveries in Plant Biology" (World Publishing Co., 1998).
En un trabajo de investigación de 1886 titulado "Concerniente a la enfermedad del mosaico del tabaco", Adolf Mayer, químico e investigador agrícola alemán, publicó los resultados de sus extensos experimentos con plantas de tabaco afectadas por la enfermedad, que provocaba que las hojas de las plantas se mancharan de verde oscuro, amarillo y gris. Mayer descubrió que, cuando trituraba hojas de tabaco infectadas e inyectaba el jugo resultante en las venas de las hojas sanas, éstas desarrollaban el moteado y la decoloración característicos de las plantas enfermas. Mayer conjeturó correctamente que lo que causaba la enfermedad del mosaico del tabaco estaba en el jugo de las hojas.
Sin embargo, no obtuvo resultados más concretos. Basándose en el trabajo previo del médico alemán Robert Koch, que descubrió la bacteria que causa la tuberculosis, Mayer pensó que debería ser capaz de aislar y cultivar el patógeno de la enfermedad del mosaico del tabaco en placas de laboratorio. Sin embargo, no pudo aislar el agente causante de la enfermedad ni identificarlo al microscopio. Tampoco pudo recrear la enfermedad inyectando plantas sanas con una serie de bacterias conocidas, según la revista Smithsonian.
En 1892, un estudiante ruso llamado Dmitri Ivanovsky (a veces escrito como Ivanowski) repitió esencialmente los experimentos de Mayer con jugos, pero con un pequeño giro.
Según un artículo publicado en 1972 en la revista Bacteriological Reviews, Ivanovsky pasó el jugo de las hojas infectadas por un filtro Chamberland, lo suficientemente fino como para capturar bacterias y otros microorganismos conocidos. A pesar del tamizado, el líquido filtrado seguía siendo infeccioso, lo que sugiere una nueva pieza del rompecabezas: lo que causaba la enfermedad era lo suficientemente pequeño como para pasar por el filtro.
Sin embargo, Ivanovsky también concluyó que la causa de la enfermedad del mosaico del tabaco era bacteriana, sugiriendo que el filtrado "contenía bacterias o una toxina soluble". No fue hasta 1898 cuando se reconoció la existencia de los virus. El científico holandés Martinus Beijerinck, aunque confirmó los resultados de Ivanovsky, sugirió que la causa de la enfermedad del mosaico del tabaco no era bacteriana, sino un "contagium vivum fluidum", o un fluido vivo contagioso, según "Discoveries in Plant Biology". Se refirió a este fluido como "virus", para abreviar, derivado de la palabra latina para el veneno líquido, según la revista Smithsonian.
Los experimentos de Mayer, Ivanovsky, Beijerinck y otros que siguieron sólo apuntaban a la existencia de virus; pasarían unas cuantas décadas más antes de que alguien viera realmente un virus.
En 1935, el químico Wendell M. Stanley cristalizó una muestra del virus del mosaico del tabaco de forma que el patógeno podía verse en rayos X, según la revista Smithsonian. Sin embargo, no fue hasta 1939 cuando se pudieron captar las primeras instantáneas claras del virus inalterado. Esta hazaña fue posible gracias a la invención del microscopio electrónico, un instrumento que utiliza haces de partículas cargadas negativamente para producir imágenes de objetos extremadamente pequeños, según un artículo publicado en 2009 en la revista Clinical Microbiology Reviews.
¿Qué tamaño tienen los virus?¿Cuánto más pequeños son la mayoría de los virus en comparación con las bacterias? Bastante.
Con un diámetro de 220 nanómetros, el virus del sarampión es unas ocho veces más pequeño que la bacteria Escherichia coli ; como referencia, un nanómetro equivale a 0,000000039 pulgadas. Con 45 nm, el virus de la hepatitis es unas 40 veces más pequeño que la E . coli. Para hacerse una idea de lo pequeño que es, David R. Wessner, profesor de biología del Davidson College, ofrece una analogía en un artículo publicado en 2010 en la revista Nature Education: El poliovirus, de 30 nm de diámetro, es unas 10.000 veces más pequeño que un grano de sal.
Aunque la mayoría de los virus son considerablemente más pequeños que las bacterias, en la década de 1990, los científicos descubrieron virus gigantescos que rivalizaban en tamaño con las bacterias, según el informe de Nature Education.
En 1992, los científicos descubrieron estructuras similares a las bacterias dentro de algunas amebas de una torre de refrigeración de agua. Un análisis posterior de las entidades parecidas a las bacterias, publicado en 2003, reveló que estas extrañas estructuras no eran en absoluto bacterias, sino que en realidad eran virus gigantes. Los investigadores denominaron al enorme virus Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV).
Tras el descubrimiento del APMV, que mide 750 nm de diámetro, los investigadores encontraron más virus de gran tamaño, incluida una segunda cepa del APMV apodada "mamavirus", según el informe de Nature Education. Hasta la fecha, se conocen cuatro familias de virus gigantes: Mollivirus, Megavirus, Pithovirus y Pandoravirus. Los virus gigantes se han encontrado en entornos exóticos, desde el permafrost que se derrite en Siberia hasta las profundidades del océano Antártico, y se ha descubierto que infectan sobre todo amebas y fitoplancton, aunque los estudios de laboratorio insinúan que también podrían infectar células animales. Las investigaciones sugieren que los virus gigantes pueden inventar genes y proteínas que no se encuentran en ningún otro lugar de la Tierra, y que arrojan estos genes a través de una puerta en forma de estrella en sus superficies.
Los virus se mueven en los límites de lo que se considera vida. Por un lado, los virus contienen ADN o ARN, los ácidos nucleicos que se encuentran en todos los organismos vivos. Por otro lado, los virus carecen de la capacidad de leer y actuar de forma independiente sobre la información contenida en esos ácidos nucleicos; por esta razón, los virus no se consideran "vivos".
¿Están vivos los virus?
¿Cómo se estructuran los virus?
Cuando un virus está completamente ensamblado y es capaz de infectar, se conoce como virión. Según "Medical Microbiology" (University of Texas Medical Branch at Galveston, 1996), los viriones simples contienen un núcleo interno de ácido nucleico rodeado por una cubierta exterior de proteínas conocida como cápside. La cápside protege a los ácidos nucleicos virales de ser masticados y destruidos por enzimas especiales de la célula huésped llamadas nucleasas.
Algunos virus tienen una segunda capa protectora conocida como envoltura. Esta capa suele derivar de la membrana celular de un huésped; pequeños trozos robados que se modifican y reutilizan para que el virus los utilice.
El ADN o ARN que se encuentra en el núcleo interno constituye el genoma del virus, o la suma total de su información genética. Los genomas virales suelen ser de pequeño tamaño y sólo codifican las proteínas esenciales, como las de la cápside, las enzimas y las necesarias para la replicación dentro de una célula huésped.
Sin embargo, los genomas de los virus gigantes pueden ser mucho, mucho más grandes que los de los virus típicos. Por ejemplo, el APMV tiene aproximadamente 1,2 millones de pares de bases en su genoma, donde cada "par de bases" es un peldaño en la escalera retorcida del ADN. En comparación, el genoma del poliovirus sólo tiene 7.500 nucleótidos y el del virus de la viruela 200.000, según el informe de Nature Education.
¿Cómo funcionan los virus?Un virus necesita una célula huésped para replicarse, es decir, para hacer más copias de sí mismo, explica Jaquelin Dudley, profesora de biociencias moleculares de la Universidad de Texas en Austin. "El virus no puede reproducirse fuera del huésped porque carece de la complicada maquinaria que posee una célula [huésped]", dijo a Live Science. La maquinaria celular de la célula huésped permite a los virus producir ARN a partir de su ADN (un proceso llamado transcripción) y construir proteínas basadas en las instrucciones codificadas en su ARN (un proceso llamado traducción).
Por lo tanto, la función principal de un virus es "entregar su genoma de ADN o ARN a la célula huésped para que el genoma pueda ser expresado (transcrito y traducido) por la célula huésped", según "Medical Microbiology".
En primer lugar, los virus se introducen en la célula huésped, que puede formar parte de un organismo mayor, en el caso de los animales y los seres humanos. Las vías respiratorias y las heridas abiertas pueden actuar como puertas de entrada de los virus en el cuerpo. Y a veces, los insectos proporcionan el modo de entrada; ciertos virus se enganchan a la saliva de un insecto y entran en el cuerpo del huésped tras la picadura del insecto. Según "Molecular Biology of the Cell" (Garland Science, 2002), estos virus pueden replicarse en el interior de las células del insecto y del huésped, lo que garantiza una transición fluida de una a otra. Entre los ejemplos de este tipo de patógenos se encuentran los virus que causan la fiebre amarilla y el dengue.
Una vez dentro de un organismo, los virus se adhieren a la superficie de las células huésped. Lo hacen reconociendo y uniéndose a los receptores de la superficie celular, o a las proteínas que se adhieren a la superficie de la célula; las proteínas de la superficie viral encajan en estos receptores como si fueran piezas de un rompecabezas. Muchos virus diferentes pueden unirse al mismo receptor y un solo virus puede unirse a diferentes receptores de la superficie celular. Mientras que los virus los utilizan en su beneficio, los receptores de la superficie celular están en realidad diseñados para servir a la célula.
Después de que un virus se una a la superficie de la célula huésped, puede empezar a moverse a través de la cubierta externa o membrana de la célula huésped. Hay muchos modos diferentes de entrada. El VIH, un virus con envoltura, se fusiona con la membrana de la célula huésped y es empujado a través de ella. Otro virus con envoltura, el virus de la gripe, es engullido por la célula. Algunos virus sin envoltura, como el poliovirus, crean un canal de entrada poroso y atraviesan la membrana, según "Molecular Biology of the Cell".
Una vez dentro de la célula huésped, los virus interrumpen o secuestran varias partes de la maquinaria celular interior. Los genomas víricos dirigen a las células huésped para que produzcan proteínas víricas, y esto suele detener la síntesis de cualquier ARN y proteínas que la célula huésped pueda utilizar para sus propios fines.
