REPLICACIÓ VIRAL: CARACTERÍSTIQUES, CICLE DE REPLICACIÓ VIRAL, EXEMPLE (VIH) - BIOLOGIA - 2025

La replicació viral és la forma en què els diferents tipus de virus es multipliquen a l'interior de les cèl·lules que envaeixen. Aquestes entitats d'ADN o ARN posseeixen moltes estratègies diferents per reclutar les estructures de l'interior cel·lular i utilitzar-les per produir còpies de si mateixos.

La "funció" biològica de qualsevol tipus de replicació viral és generar nous genomes i proteïnes virals en les quantitats suficients per garantir la propagació de l'genoma viral que va envair la cèl·lula.

Passos de la replicació viral (Font: Alejandro Porto via Wikimedia Commons)

Tots els virus coneguts fins a la data necessiten dels enzims de les cèl·lules per a la seva multiplicació, ja que aquests no posseeixen enzims propis que els permetin replicar-se i reproduir-se per si sols.

Les molècules virals són capaços d'envair virtualment a qualsevol tipus de cèl·lula sobre la biosfera.

A causa d'això, la humanitat ha dirigit gran quantitat de recursos i esforços per comprendre no només el funcionament dels virus, sinó la replicació viral, ja que aquest procés és clau per al control adequat de totes les malalties que són producte d'una infecció de origen viral.

Els virus necessiten arribar a l'interior de les cèl·lules i, per això, han de posar en marxa mecanismes especialitzats per "burlar" les defenses endògenes dels seus hostes. Un cop dins dels individus que "colonitzen", aquests han de poder entrar a les seves cèl·lules i replicar el seu genoma i les seves proteïnes.

Característiques

La replicació viral presenta importants variacions en cada espècie de virus; a més, una mateixa espècie pot albergar serotips diferents, "quasiespècies" i virus amb grans modificacions en la seva seqüència genòmica.

El genoma dels virus pot estar compost per àcids nucleics com l'ADN, l'ARN o tots dos, simple o doble banda. Aquestes molècules també poden trobar-se en forma circular, lineal, com "ganxos de cabell" (hairpin), entre d'altres.

Producte de la gran variació en l'estructura dels virus ha una gran diversitat d'estratègies i mecanismes per dur a terme la replicació. No obstant això, alguns passos més o menys generals són compartits entre totes les espècies.

Cicle de replicació viral

Font imatge: No machine-readable Autor provided. Guaguaguagua assumed (based on copyright claims).

Generalment el cicle de replicació viral general comprèn 6 o 7 passos, que són:

1- Adsorció o unió a la cèl·lula, 2- Penetració o ingrés a la cèl·lula

3- Alliberament de l'genoma

4- Replicació de l'genoma

5- Assemblatge

6- Madurat

7- Lisis o alliberament per gemmació

Adsorció o unió a la cèl·lula

Els virus correntment posseeixen en la seva estructura una proteïna o molècula coneguda com antirreceptor, la qual s'uneix a una oa diverses macromolècules en la membrana externa de la cèl·lula en la qual desitgen internar. Aquestes molècules, generalment, són glucoproteïnes o lípids.

Les glicoproteïnes o els lípids de la membrana externa de la cèl·lula "blanc" són conegudes com a receptors i els virus s'adhereixen o es fixen mitjançant interaccions covalents a aquests receptors utilitzant la seva proteïna o molècula antirreceptora.

Penetració o ingrés a la cèl·lula

Quan un virus s'uneix a la membrana externa de la cèl·lula a través de la unió receptor-antirreceptor, aquest pot ingressar a la cèl·lula a través de tres mecanismes: endocitosi, fusió amb la membrana cel·lular o translocació.

Quan l'entrada passa per endocitosi, la cèl·lula crea una petita esquerda en una regió específica de la membrana, just on es troba unit el virus. La cèl·lula forma, llavors, una mena de vesícula al voltant de la partícula viral, la qual és internalitzada i, un cop dins, desintegrada, alliberant el virus en el citosol.

La endocitosis és potser el mecanisme més freqüent d'entrada per als virus, ja que les cèl·lules s'internalitzen vesícules constantment en resposta a diferents estímuls interns i externs i amb diferents propòsits funcionals.

La fusió amb la membrana cel·lular és un mecanisme que només poden realitzar els virus que estan embolicats per una coberta protectora anomenada càpsida. Durant aquest procés, els components de la càpside es fusionen amb la membrana cel·lular i l'interior de la càpsida és alliberat al citosol.

La translocació en rares ocasions ha estat documentada i no s'entén del tot. No obstant això, se sap que el virus s'adhereix a una macromolècula receptora en la superfície de la membrana i s'internalitza intercalant entre els components de la membrana cel·lular.

Alliberament de l'genoma

Aquest procés és el que menys s'entén i potser el menys estudiat en la replicació viral. Durant el mateix la càpside és remoguda, deixant exposat el genoma del virus amb les seves nucleoproteïnes associades.

S'ha hipotetitzat que l'embolcall de el genoma del virus queda fusionada amb la vesícula endocitada. A més, es pensa que aquest pas de la replicació és disparat per algun factor intern de la cèl·lula com el pH o el canvi en la concentració d'electròlits, etc.

Replicació de l'genoma viral

Els processos de replicació de l'genoma viral són molt variables entre cada espècie de virus; de fet, els virus es classifiquen en 7 classes diferents d'acord amb el tipus d'àcid nucleic que compon el seu genoma.

Com a regla general, la majoria dels virus d'ADN realitzen la seva replicació a l'interior de l'nucli de les cèl·lules que envaeixen, mentre que la majoria dels virus d'ARN es repliquen en el citosol.

Alguns virus d'ADN simple banda (d'una sola bri) s'internen en el nucli cel·lular i serveixen com brins "motlle" per a la síntesi i multiplicació de més molècules d'ADN simple banda.

Altres virus d'ARN doble banda sintetitzen el seu genoma a través de segments i un cop es sintetitzen tots els segments, aquests es munten al citosol de la cèl·lula hoste. Alguns genomes contenen en el seu genoma la seqüència genètica que té la informació per codificar una ARN polimerasa.

Una vegada que aquesta ARN polimerasa és traduïda, s'inicia la replicació de múltiples còpies de el genoma viral. Aquest enzim pot generar ARNs missatgers per produir les proteïnes que donaran origen a la càpside del virus ia altres dels seus components.

assemblatge

Una vegada que s'han sintetitzat múltiples còpies de el genoma del virus i tots els components de la càpside, tots aquests es dirigeixen a un lloc específic de la cèl·lula com el nucli o el citoplasma, on són acoblats com virus ja madurs.

Molts autors no reconeixen l'assemblatge, el madurat i la lisi com a processos separats en el cicle de vida dels virus, ja que moltes vegades aquests processos van passant de forma consecutiva quan la concentració de les parts i de el genoma del virus a l'interior cel·lular és molt elevada.

madurat

Durant aquesta fase el virus es converteix en "infecciós"; és a dir, maduren les proteïnes de la càpside o ocorren els canvis conformacionals que transformen l'estructura inicial en partícules capaços d'infectar a altres cèl·lules.

Alguns virus maduren les seves estructures a l'interior de les cèl·lules que infecten, altres només ho fan després que provoquen la lisi cel·lular.

Lisi o alliberament per gemmació

En la majoria dels virus, l'alliberament passa per lisi o per gemmació. A la lisi, la cèl·lula es trenca i allibera tot el seu contingut a l'entorn extracel·lular, de manera que els virus acoblats i madurs poden viatjar lliurement fins a trobar una altra cèl·lula a la qual infectar.

L'alliberament per gemmació és específica de virus que posseeixen un un embolcall lipídica i proteica. Aquests passen a través de la membrana plasmàtica formant una mena de vesícules intracel·lulars.

Exemple de replicació viral (VIH)

Cicle de replicació viral de virus de VIH. Font: Jmarchn

El Virus de la Immunodeficiència Humana, millor conegut com VIH, és un dels virus que ha causat major quantitat de morts humanes en el món. Es tracta d'un virus d'ARN que afecta de manera directa a un tipus de glòbuls blancs anomenats limfòcits CD4.

La fixació de virus es realitza a través d'el reconeixement i la unió de les proteïnes de la càpside del virus amb les proteïnes de la membrana cel·lular dels limfòcits CD4. Posteriorment es fusionen la càpside amb la membrana cel·lular i es buida el contingut de l'virus al seu interior.

En el citoplasma, l'ARN és inversament transcrit i forma dues bandes d'ADN que són complementàries. La molècula d'ADN doble banda s'integra en el genoma de la cèl·lula hoste, en aquest cas el limfòcit CD4.

A l'formar part de la informació genètica de la cèl·lula, l'ADN d'origen viral es transcriu i es tradueix com ho faria qualsevol bri d'ADN genòmica de l'limfòcit.

Un cop s'han produït tots els components de virus en el citosol, les partícules virals són ensamblades i expulsades cap al medi extracel·lular a través de gemmació. Es formen diversos centenars de milers de protuberàncies que, a l'ésser alliberades, donen origen partícules de VIH madures.

referències

1. Burrell, CJ, Howard, CR, & Murphy, FA (2016). Fenner and White 's Medical Virology. Academic Press.
2. Roses-Acosta, G. (Ed.). (2013). Viral Replication. Bod-Books on Demand.
3. Saag, MS, Holodniy, M., Kuritzkes, DR, O'Brien, WA, Coombs, R., Poscher, EM,… & Volberding, PA (1996). HIV viral load markers in clinical practice. Nature medicine, 2 (6), 625.
4. Schmid, M., Speiseder, T., Dobner, T., & González, RA (2014). DNA virus replication compartments. Journal of Virology, 88 (3), 1404-1420.
5. Wunner, BD, Macfarlan, RI, Smith, CL, Golub, E., & Wiktor, TJ (1986). NAT Advanced Study Institute: THE MOLECULAR BASIS OF VIRAL Replication. Journal of Virological Methods, 13, 87-90. Cheng, RH, & Miyamura, T. (2008). Structure-based Study of Viral Replication: With CD-ROM. World Scientific.