Explorando el Universo Microscópico: Entidades Acelulares como Virus, Viroides y Priones

Seres Microscópicos y Formas Acelulares

La microbiología es la ciencia que estudia los microorganismos o microbios, es decir, los seres vivos (bacterias, hongos unicelulares, algas unicelulares, protozoos) y otras entidades biológicas como las formas acelulares, generalmente visibles únicamente con el uso de microscopios ópticos o electrónicos.

Principales Formas Acelulares

Además de los microorganismos celulares, existen formas acelulares, entidades biológicas carentes de organización celular y metabolismo propio. Estas formas requieren de una célula hospedadora para replicarse y pueden producir alteraciones en los organismos a los que infectan. Entre ellas se encuentran:

Viroides

Son agentes infecciosos que afectan principalmente a plantas. Están formados exclusivamente por una cadena corta de ARN monocatenario y circular, sin cápside proteica. Pueden utilizar el sistema de transcripción de la célula infectada para autorreplicarse.

Priones

Son agentes infecciosos constituidos por partículas proteicas anómalas (una isoforma incorrectamente plegada, PrP^Sc, de una proteína celular normal, PrP^C), no asociadas a ácidos nucleicos. Afectan principalmente al tejido nervioso, donde provocan enfermedades neurológicas degenerativas transmisibles, conocidas como encefalopatías espongiformes.

Virus

Son entidades biológicas submicroscópicas que consisten en material genético (ADN o ARN) encerrado en una cubierta proteica llamada cápside y, en algunos casos, una envoltura lipídica adicional. Su ciclo de vida presenta dos fases principales:

1. Virión (Fase Extracelular)

Es la partícula vírica morfológicamente completa e infecciosa, tal como se encuentra fuera de la célula hospedadora. Corresponde a la fase extracelular y es metabólicamente inerte. Características clave del virión:

• Tamaño ultramicroscópico: Generalmente solo observable mediante microscopía electrónica.
• Cristalizables: Debido a la regularidad de su estructura, muchos viriones pueden formar cristales.
• Parásitos intracelulares obligados: Dependen completamente de la maquinaria enzimática y estructural de las células que parasitan para poder replicarse.
• Patogenicidad: Muchos son patógenos y pueden producir enfermedades en sus hospedadores.

Estructura del virión:

• Material genético: Una molécula de ácido nucleico, que puede ser ADN o ARN; monocatenario (una sola hebra) o bicatenario (doble hebra); lineal o circular.
• Cápside: Envoltura proteica formada por subunidades llamadas capsómeros. Protege el material genético y participa en el reconocimiento y la entrada a la célula hospedadora.
• Envoltura lipoproteica (opcional): Presente en algunos virus (denominados virus envueltos), es una bicapa lipídica derivada de las membranas de la célula hospedadora (membrana plasmática, nuclear o del retículo endoplasmático) durante el proceso de liberación del virus. Contiene proteínas víricas (glucoproteínas) insertadas en ella, que son cruciales para la infectividad.

2. Virus (Fase Intracelular o Replicativa)

Corresponde a la fase reproductiva, que ocurre dentro de la célula hospedadora. En esta etapa, el virus utiliza la maquinaria biosintética de la célula para replicar su material genético y sintetizar sus componentes proteicos, que luego se ensamblarán para formar nuevas partículas virales.

Morfología Viral (Tipos de Virus según su Estructura)

Según la simetría de su cápside, los virus pueden clasificarse en varios tipos morfológicos principales:

Virus Icosaédricos

Presentan una forma aproximadamente esférica debido a que su cápside es un icosaedro regular (un poliedro con 20 caras triangulares equiláteras y 12 vértices). El material genético se encuentra empaquetado eficientemente en su interior. Ejemplo: Adenovirus, Poliovirus.

Virus Helicoidales

Tienen un aspecto alargado, similar a una varilla o filamento. Sus capsómeros se disponen en espiral alrededor del ácido nucleico, formando una estructura tubular hueca con simetría helicoidal. Ejemplo: Virus del mosaico del tabaco, Virus de la rabia.

Virus con Envoltura

Son virus (cuya nucleocápside interna puede ser icosaédrica o helicoidal) que poseen una envoltura lipoproteica externa, adquirida de las membranas de la célula hospedadora. Esta envoltura contiene glucoproteínas virales que median la entrada a nuevas células. Ejemplo: Virus de la gripe (Influenza), VIH, Herpesvirus.

Virus Complejos (o Mixtos)

Poseen estructuras más elaboradas que no se ajustan estrictamente a las simetrías icosaédrica o helicoidal simples, o combinan ambas. Un ejemplo típico son muchos bacteriófagos (virus que infectan bacterias), como el fago T4, que tiene una cabeza icosaédrica (conteniendo ADN bicatenario), una cola helicoidal hueca con una vaina contráctil, un collar, una placa basal y fibras caudales para la adhesión y penetración. Ejemplo: Bacteriófagos de la serie T, Poxvirus.

Ciclos Infectivos de los Virus

Los virus se replican dentro de las células hospedadoras mediante dos tipos principales de ciclos infectivos, aunque algunos virus pueden alternar entre ambos:

Ciclo Lítico

Este ciclo resulta en la producción de una gran cantidad de nuevos viriones y concluye con la lisis (ruptura y muerte) de la célula infectada, liberando las nuevas partículas virales. Los virus que se replican exclusivamente mediante este ciclo se denominan virus virulentos.

Ciclo Lisogénico

En este ciclo, el genoma viral se integra en el genoma de la célula hospedadora (formando un profago en bacterias, o un provirus en células eucariotas) o, en algunos casos, puede permanecer en estado latente en el citoplasma como un plásmido. La célula infectada (denominada célula lisogénica) puede sobrevivir y replicarse normalmente, transmitiendo el genoma viral integrado (o latente) a su descendencia. Bajo ciertas condiciones (proceso de inducción), el profago o provirus puede activarse, escindirse del genoma hospedador (si estaba integrado) e iniciar un ciclo lítico. Los virus capaces de establecer este tipo de ciclo se denominan virus atemperados o templados.

Etapas Generales de los Ciclos Infectivos Virales

Ambos ciclos, lítico y lisogénico, comparten algunas etapas fundamentales, aunque con particularidades significativas, especialmente en la fase de eclipse del ciclo lisogénico:

1. Adsorción (o Fijación)

Consiste en la unión específica entre proteínas de la superficie viral (presentes en la cápside o en la envoltura) y moléculas receptoras específicas en la superficie de la célula hospedadora. Esta interacción determina el rango de hospedadores del virus (qué tipos de células o especies puede infectar).

2. Penetración (o Inyección)

Tras la adsorción, el virus o su material genético ingresa al citoplasma de la célula hospedadora. Los mecanismos varían según el tipo de virus y la célula hospedadora:

• Inyección directa del genoma: Característico de muchos bacteriófagos, donde la cápside permanece en el exterior celular y solo el ácido nucleico es inyectado al interior.
• Endocitosis: La célula hospedadora internaliza la partícula viral completa mediante la formación de una vesícula endocítica.
• Fusión de membranas: En virus envueltos, la envoltura viral se fusiona directamente con la membrana plasmática de la célula hospedadora (o con la membrana de una vesícula endosomal tras la endocitosis), liberando la nucleocápside en el citoplasma.

3. Fase de Eclipse (Replicación del Genoma y Síntesis de Componentes Virales)

Durante esta fase, no se detectan partículas virales infecciosas completas dentro de la célula, ya que el virus se "desensambla" (pierde su cápside, proceso conocido como denudación o descapsidación) para liberar su genoma. El genoma viral toma el control de la maquinaria metabólica de la célula hospedadora, dirigiéndola para que sintetice múltiples copias del ácido nucleico viral y las proteínas estructurales (capsómeros) y funcionales (enzimas, proteínas reguladoras) necesarias para formar nuevos viriones.

En este punto, el desarrollo del ciclo puede seguir dos vías principales:

• En el ciclo lítico: La replicación del genoma y la síntesis de componentes virales ocurren de forma continua y masiva, preparando el ensamblaje inmediato de nuevos viriones.
• En el ciclo lisogénico: Se producen los siguientes eventos característicos antes de una posible (pero no obligatoria) entrada tardía al ciclo lítico:
  1. Integración del genoma viral (Formación del Provirus/Profago): El ácido nucleico viral (o una copia de ADN del mismo, como en el caso de los retrovirus) se inserta en el ADN cromosómico de la célula hospedadora. Este ADN viral integrado se denomina provirus (en virus que infectan células eucariotas) o profago (en bacteriófagos) y permanece en estado latente, replicándose de forma pasiva junto con el ADN celular cada vez que la célula se divide.
  2. División Celular de la Célula Lisogénica: La célula portadora del provirus/profago (célula lisogénica) funciona y se replica de forma normal, transmitiendo el material genético vírico integrado a sus células hijas a lo largo de varias generaciones.
  3. Activación (Inducción) del Provirus/Profago: Bajo ciertos estímulos (por ejemplo, radiación UV, exposición a ciertos agentes químicos, estrés celular u otros factores que dañen el ADN del hospedador), el provirus/profago puede activarse. Esto implica su escisión precisa del genoma hospedador y la reanudación de la transcripción y replicación activa del genoma viral, lo que conduce a las fases de ensamblaje y liberación propias del ciclo lítico.

4. Ensamblaje (o Maduración)

Se construyen nuevas partículas virales completas (viriones) a partir de los componentes sintetizados. Las copias del genoma viral se empaquetan dentro de las cápsides formadas por el autoensamblaje de los capsómeros. En algunos casos, también se incorporan enzimas virales específicas dentro de la cápside.

5. Liberación

Los nuevos viriones progenie salen de la célula hospedadora para infectar otras células susceptibles. Los mecanismos de liberación varían:

• Lisis celular: La célula hospedadora se rompe (lisa) debido a la acumulación de viriones o a la acción de enzimas virales (como la lisozima en bacteriófagos) que degradan la pared o membrana celular. Esto provoca la liberación masiva y súbita de los viriones. Es característico del ciclo lítico.
• Gemación: Típico de muchos virus envueltos. Los viriones adquieren su envoltura lipoproteica de una membrana celular (plasmática, nuclear, del aparato de Golgi o del retículo endoplasmático) a medida que "brotan" o yeman de la célula. Este proceso puede ser gradual y no necesariamente causar la muerte inmediata de la célula hospedadora, permitiendo una liberación sostenida de virus.