Virología

La virología (rama de la microbiología) es el estudio de los virus– partículas submicroscopicas de material genético (ADN o ARN) contenido en una cápside de proteínas[2]​ – así como de los Virus-like particle. Esta rama de la biología se centra en los siguientes aspectos: estructura, clasificación y evolución, mecanismos de infección y explotación de la célula hospedera con fines reproductivos, interacción con la fisiología del organismo infectado e inmunidad, enfermedades causadas, técnicas de aislamiento y cultivo, terapia génica, y utilización en investigación y desarrollo. La virología es considerada un sub-campo de la microbiología y la medicina.

Su investigación incluye:

Historia de la virología

El término virus apareció en 1599. Su significado original es "Veneno".[3]

Una de las primeras formas de vacunación contra la viruela fue desarrollada hace varios milenios en China. Consistió en la aplicación de residuos de viruela (tejidos o fluidos) de pacientes enfermos, con el objeto de inmunizar pacientes sanos. En 1717 Mary Wortley Montagu observó dicha práctica en Estambul, e intentó popularizarla en Gran Bretaña, de manera infructuosa. En 1796 Edward Jenner desarrolló un método más seguro, utilizando residuos de viruela de origen bovino (cowpox), logrando la inmunización exitosa del primer paciente, permitiendo la adopción generalizada de dicha práctica. Posteriormente se desarrollaron otras vacunas exitosas contra otras enfermedades virales, incluyendo la vacuna de la rabia de Louis Pasteur, obtenida en 1886. Sin embargo, en esa época, la naturaleza de los virus era aún desconocida.

En 1892 Dmitri Ivanovsky demostró que la enfermedad del mosaico del tabaco, era causada por un agente "invisible" altamente contagioso, capaz de pasar a través de un filtro de porcelana Chamberland que las bacterias no pueden atravesar.[6]​ La cuestión de si el agente era un "fluido viviente " o una partícula aún no había sido resuelta.

En 1903 se propuso por primera vez que la transducción mediada por virus podría causar cáncer. En 1908 Bang y Ellerman demostraron que un filtrado de origen viral podía transmitir la leucemia aviar; observaciones que fueron ignoradas hasta el momento en que la leucemia se consideró como un estado canceroso.[7]​ El virus fue denominado virus del sarcoma de Rous, y fue clasificado como un retrovirus. Desde entonces, numerosos retrovirus cancerígenos han sido descritos.

La existencia virus con la capacidad de infectar bacterias (bacteriófagos) fue descrita por Frederick Twort en 1911, y por Félix d'Herelle en 1917. Debido a que las bacterias pueden reproducirse fácilmente en cultivo in vitro, este hecho condujo a un crecimiento importante de la virología.

La causa de la pandemia de influenza española en 1918 fue reconocida solamente al final de 1918, cuando científicos franceses demostraron que un "virus capaz de atravesar filtros clásicos de retención de ciertos microorganismos patógenos podía transmitir la enfermedad a humanos y animales, cumpliendo con los postulados de Koch.[8]

En 1926 se demostró que la fiebre escarlata era causada por una bacteria hospedera de un bacteriófago.

Mientras que los virus vegetales los y bacteriófagos pueden cultivarse in vitro de manera relativamente simple, los virus animales normalmente requieren un hospedero animal viviente, haciendo mucho más complejo el estudio de sus características biológicas e infecciosas. En 1931 se demostró que el virus de la influenza podía multiplicarse en huevos aviares, un método que todavía es utilizado para la producción de ciertas vacunas. En 1937, Max Theiler obtuvo un cultivo del virus de la fiebre amarilla en huevos aviares, y produjo una vacuna a partir de una cepa atenuada del virus; esta vacuna salvó millones de vidas y aún es utilizada actualmente.

Max Delbrück, especialista de bacteriófagos, describió su ciclo de vida (1937) como sigue: la partícula viral es ensamblada a partir de las estructuras que la componen en una sola etapa; eventualmente, deja la célula anfitriona para infectar otras células. El experimento de Hershey –Chaseen 1952 demostró que solo el ADN y no las proteínas, entra a la célula bacteriana luego de una infección con el bacteriófago T2. La transduction de bacterias por bacteriófagos fue descrita el mismo año.

En 1949 John F. Enders, Thomas Weller y Frederick Robbins reportaron la multiplicación del poliovirus en un cultivo de células embrionarias humanas, siendo el primer ejemplo significativo de un virus animal obtenido fuera de un hospedero viviente o de huevos aviares. Este trabajo permitió a Jonas Salk la producción de una vacuna contra la polio utilizando el virus desactivado. Esta vacuna demostró su efectividad en 1955.

El primer virus que fue cristalizado y cuya estructura fue dilucidada en detalle fue el virus del mosaico del tabaco (TMV), virus que había sido estudiado previamente por Ivanovski y Beijerink. En 1935, Wendell Stanley obtuvo su cristalización por microscopía electrónica, demostrando a su vez que el virus permanece activo incluso después de la cristalización. Imágenes obtenidas por difracción de rayos X del virus fueron obtenidas por Bernal y Fankuchen en 1941. Basado en dichas imágenes, Rosalind Franklin propuso la estructura completa del virus del mosaico del tabaco en 1955. El mismo año, Heinz Fraenkel-Conrat y Robley Williams demostraron que el ARN purificado del TMV y la proteína de la cápside (coat) podían autoensamblarse en un virión funcional, sugiriendo que este mecanismo de ensamblaje es utilizado también dentro de la célula hospedera, como Delbrück había propuesto anteriormente.

En 1963, el virus de la Hepatitis B fue descubierto por Baruch Blumberg, quien desarrolló una vacuna contra la hepatitis B.

En 1965, Howard Temin describió el primer retrovirus: un virus cuyo genoma de ARN es transcrito a ADN complementario (cDNA), integrándose al genoma del hospedero y expresando sus componentes a partir del mismo. La transcriptasa inversa viral, la cual junto con la integrasa viral son una característica distintiva de los retrovirus, fueron descritas independientemente en 1970, por Howard Temin y David Baltimore. El primer retrovirus infeccioso para los humanos fue identificado por Robert Gallo en 1974. Posteriormente se determinó que la primera transcriptasa inversa descrita no es específica a los retrovirus, ya que los retrotransposones que codifican dicha enzima son abundantes en los genomas de todos los eukaryotes. Aproximadamente 10-40% del genoma humano deriva de tales entidades.

En 1975 fue descrito el funcionamiento de los oncovirus. Hasta ese momento se creía que estos virus portaban ciertos genes llamados oncogenes los cuales, al insertarse al genoma del hospedero, podían causar un cáncer. Michael Bichopy Harold Varmus demostraron que el oncogén del virus del sarcoma de Rous no es específico de dicho virus, sino que está presente en el genoma de animales sanos de varias especies. El oncovirus puede cambiar el oncogén benigno preexistente, convirtiéndolo en un oncogén cancerígeno.

En 1976 se registró la primera epidemia de Ebola, enfermedad producida por un virus altamente letal y fácilmente transmisible.

En 1977, Frederick Sanger secuenció por primera vez el genomacompleto de un organismo, el bacteriófago Phi X 174. El mismo año, Richard Roberts y Phillip Sharp mostraron en trabajos independientes que los genes del adenovirus contienen intrones y por tanto, deben utilizar un mecanismo de recombinación genética (o gene splicing). Más tarde fue demostrado que casi todos los genes de los organismos eucariotas poseen intrones.

En 1979, una campaña mundial por la erradicación de la virueladirigida por la Organización Mundial de la Salud de ONU permitió su erradicación completa.

En 1982, Stanley Prusiner descubrió los priones y mostró que dichas entidades eran la causa de la encefalopatía espongiforme transmisibles (EET) que afecta cabras y ovejas.

Los primeros casos de SIDA fueron reportados en 1981, y el VIH, retrovirus responsable de la enfermedad, fue identificado en 1983 por Luc Montagnier, Françoise Barré-Sinoussi y Robert Gallo.[11]​ A partir de entonces, diferentes test para detectar la presencia de anticuerpos contra VIH fueron desarrollados. Paralelamente, importantes esfuerzos de investigación en torno al VIH lo convirtieron en el virus mejor estudiado. El Virus del Herpes humano 8, causante del sarcoma de Kaposi, el cual se desarrolla a menudo en enfermos de SIDA, fue identificado en 1994. Diferentes medicamentos antiretrovirales fueron desarrollados a final de los años 90s, disminuyendo de manera sustancial la mortalidad debida al SIDA en los países desarrollados.

El virus de la hepatitis C fue identificado utilizando técnicas moleculares de clonaciónen 1987, que sirvieron de base para la elaboración de test de detección que redujeron de manera importante la incidencia de transmisión de la hepatitis durante la transfusión sanguínea.[12]

Los trabajos iniciales en terapia genética utilizando vectores virales se realizaron al inicio de los años 80s, cuando se diseñaron retrovirus capaces de insertar un gen de origen distinto al genoma del hospedero. Dichos virus portadores del gen externo no poseen un genoma viral completo, siendo incapaces de reproducirse. En 1989 se realizaron los primeros estudios utilizando el modelo murino, que fueron seguidos por estudios realizados en humanos. Dichos estudios fueron realizados en pacientes con la enfermedad genética inmunodeficiencia severa combinada (SCID), aunque el éxito de los ensayos clínicos fue limitado. Entre 1990 y 1995 la terapia génica fue aplicada en varias enfermedades, utilizando diferentes vectores virales, aunque los objetivos iniciales no fueron completamente alcanzados. En 1999, un accidente grave ocurrió cuándo Jesse Gelsinger,un paciente de 18 años, murió durante un ensayo clínico de terapia génica, debido a que desarrollo una respuesta inmune severa después de haber recibido un vector adenovirus. Un tratamiento exitoso de terapia génica en dos casos de SCID asociada al cromosoma X fueron reportados en 2000.

En 2002 se publicaron trabajos en los cuales se generó un poliovirus completamente sintetizado in vitro, que se convirtió en el primer organismo generado de esta forma. Al menos dos años fueron necesarios para obtener el genoma de 7741 bases, a partir de la secuencia de ARN (publicada previamente) del virus. En 2003, un método más rápido fue utilizado para ensamblar el genoma de 5386 bases del bacteriófago Phi X 174 en tan solo 2 semanas.

El mimivirus gigante, que se considera por algunos como un intermediario entre los procariotas más pequeños y los virus ordinarios, fue descrito en 2003 y secuenciado en 2004.

La cepa del subtipo H1N1 del virus de influenza, que causó la muerte de 50 millones de personas durante la pandemia de gripe española de 1918 fue reconstituida en 2005. Fragmentos del genoma fueron recuperados a partir de tejidos preservados de víctimas de la gripe, y luego de su ensamblaje, un virus viable fue sintetizado a partir de esa secuencia.[13]​ La pandemia de gripe de 2009 fue generada por otra cepa de Influenza A H1N1, conocida como "gripe porcina".

En 1985, Harald zur Hausen demostró que dos cepas del virus del papiloma humano (HPV papilomavirus) eran la causa del cáncer de cuello de útero. Los virus denominados oncovirus, contribuyen al desarrollo de ciertas formas de cáncer. Casi todos los casos de cáncer cervical han sido causados por el HPV que se contagia por transmisión sexual. Otro ejemplo es la asociación entre la infección del virus de la hepatitis B o C y el cáncer de hígado.

Entre 2006 y 2007 se determinó que al introducir ciertos genes de un factor de transcripción específico en células epidérmicas normales murinas o humanas, era posible transformarlas en células pluripotentes o stem cells. La técnica empleada utiliza retrovirus modificados para transformar las células; esto representa un problema para utilizarla en terapia génica debido a que estos virus integran su genoma en una posición aleatoria en el genoma del hospedero, lo cual puede interrumpir la secuencia de otros genes y potencialmente, causar un cáncer.[14]

En 2008, El Virófago Sputnikfue descrito como una entidad que utiliza la maquinaria de un virus helper para reproducirse, siendo capaz de inhibir la reproducción de dicho virus helper. Sputnik se reproduce en una ameba infectada por un mamavirus, un pariente cercano del mimivirus mencionado anteriormente, conocido como el virus de mayor tamaño descrito hasta el momento.[15]

Un retrovirus endógeno (ERV, de su nombre en inglés) es un virus cuyo genoma ha sido incorporado definitivamente al genoma de las células germinales de un organismo, lo que le permite generar nuevas partículas virales luego de cada reproducción de dicho organismo. Se ha estimado que aproximadamente el 9 por ciento del genoma humano ha sido originado a partir de ERVs. En 2015 se demostró que ciertas proteínas de un ERV se expresan activamente en embriones humanos 36 horas después de la fecundación, y que parecen jugar una función en el desarrollo embrionario, así que en la protección de los embriones contra una potencial infección debido a otros virus.[16]

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