REPRODUCCIÓ DELS VIRUS: FASES I CARACTERÍSTIQUES - BIOLOGIA - 2025

La reproducció dels virus o replicació viral és l'esdeveniment pel qual una partícula vírica es multiplica en diversos ordres de magnitud, mitjançant el segrest de la maquinària enzimàtica de la cèl·lula hoste. Com els virus no estan compostos per cèl·lules, no poden reproduir-se de manera independent, necessitant estrictament d'un hoste cel·lular per fer-ho.

Hi ha dues alternatives generals per les quals un virus pot reproduir-se: el cicle lític o el cicle lisogènic. Tots dos processos han estat àmpliament estudiats en els virus que infecten als bacteris o bacteriòfags.

Cicle reproductiu dels virus.

1-Fixació

2-Penetració

3-Desenvolvimiento

4-Síntesi (4a-Transcripció, 4b-Traducció, 4c-Replicació de l'genoma)

5-Assemblatge

6-Alliberament

Font: Franciscosp2

El cicle lític culmina amb la ruptura de la cèl·lula de l'hoste, mentre que en el lisogènic la cèl·lula continua viva amb el material genètic de virus al seu interior.

En el cas de la via lítica, el virus troba a la cèl·lula potencial que infectarà i es fixa a ella per mitjà de receptors que reconeix en la superfície cel·lular. Després injecta el seu ADN al citoplasma, on començarà la producció dels components estructurals. Aquestes peces d'àcids nucleics i proteïnes són ensamblades i alliberades, després del que podran infectar nous hostes.

El cicle lisogènic comença de manera similar, amb l'excepció que l'ADN de virus patirà un procés de recombinació i s'integrarà a l'cromosoma del seu hoste. El virus es manté de manera latent en l'interior de la cèl·lula, fins que l'acció d'algun químic o llum UV desencadena el cicle lític.

Què és un virus?

Abans d'explicar en què consisteix la reproducció dels virus, hem de tenir clars diversos aspectes relacionats amb la biologia d'aquests ens. Els virus no són cèl·lules, sinó que són estructures simples formades d'àcids nucleics i algunes proteïnes.

A el conjunt complet i desenvolupat de la partícula infecciosa viral se li coneix com virió.

A diferència dels éssers orgànics compostos per cèl·lules, els virus no posseeixen metabolisme ni intercanvien substàncies de manera controlada amb el medi extern. Però el que sí que poden fer és reproduir-se en l'interior de sistemes biològics que sí presenten aquestes funcions: és a dir, en les cèl·lules vives.

Per aquesta raó, es considera que els virus són paràsits cel·lulars obligats, ja que no poden completar la seva reproducció sense la cèl·lula viva. Els seus clients poden ser de vertebrats, invertebrats, plantes, protists, bacteris, etc., en funció de virus estudiat.

Per a la reproducció, els virus han de segrestar la maquinària enzimàtica del seu hoste. Aquest aspecte té conseqüències a l'hora de desenvolupar drogues per aturar la infecció viral, ja que afectar la reproducció de virus pot interferir amb la reproducció de les cèl·lules de l'hoste. A continuació explorarem com ocorre aquest procés.

Com es multipliquen els virus?

Com esmentem, els virus són partícules biològiques de naturalesa molt simple. Per això, l'àcid nucleic (ja sigui de ADN o d'ARN) que posseeixen conté la informació per a la producció d'unes poques proteïnes i enzims per construir el virió.

En una sola cèl·lula hoste, 1 virió pot originar milers de partícules víriques similars a la inicial, valent-se de la maquinària metabòlica del seu hoste.

Tot i que els virus i els hostes dels mateixos són molt variables, el cicle de reproducció és similar en tots. A continuació generalitzarem el procés i descriurem pas a pas la reproducció dels bacteriòfags, virus que infecten bacteris. Després esmentarem algunes de les peculiaritats en els virus que infecten animals.

Multiplicació de virus de bacteris (bacteriòfags)

Els bacteriòfags es poden reproduir seguint dues vies alternatives: el cicle lític o el cicle lisogènic. Com el seu nom indica, l'últim pas de l'lític involucra la lisi (i amb això la mort) de la cèl·lula hoste. En contrast, el cicle lisogènic involucra la reproducció vírica amb la cèl·lula viva.

-Cicle lític

Es coneix amb alts detalls el procés lític en els bacteriòfags T (T2, T4 i T6) a la famosa bacteri E. coli. Els processos que descriurem a continuació estan basats en aquests models d'estudi.

Ocorre en cinc etapes ben diferenciades: fixació, penetració, biosíntesi, maduració i alliberament.

fixació

A aquest pas també se li coneix com adsorció de virus. El primer que ha de passar perquè un virus es multipliqui, és la trobada entre la partícula vírica i la cèl·lula hoste. Aquesta col·lisió ocorre de manera atzarosa.

El virus es fixa a algun receptor complementari que reconegui en la superfície de la cèl·lula; en aquest cas, a la paret cel·lular bacteriana. Aquesta fixació és una interacció química on ocorren enllaços febles entre el virus i el receptor.

penetració

Una vegada que el virus reconeix el receptor, procedeix a injectar el seu material genètic. El bacteriòfag allibera un enzim que danya una porció de la paret cel·lular. En aquest context, la partícula vírica funciona com una xeringa hipodèrmica encarregada d'injectar ADN.

biosíntesi

Quan l'ADN ha arribat al citoplasma cel·lular de l'hoste, comença la biosíntesi de l'material genètic i de les proteïnes de l'organisme en qüestió. La síntesi de proteïnes de l'hoste es deté per una sèrie de passos orquestrats pel virus.

L'invasor aconsegueix segrestar tant els nucleòtids lliures de l'hoste, ribosomes i aminoàcids, com els enzims necessaris per copiar l'ADN de virus.

maduració

A l'estar sintetitzats tots els blocs estructurals dels virus, comença el procés d'acoblament o maduració. L'acoblament dels components les partícules víriques ocorre de manera espontània, eliminant la necessitat que hi hagi altres gens que assisteixin el procés.

alliberament

A l'acabar el procés d'acoblament, els virus han de ser alliberats a l'ambient extracel·lular. Com estem explicant el cicle lític, aquest pas final involucra la lisi de la cèl·lula que va assistir tot el procés.

La lisi involucra la ruptura de la membrana plasmàtica i de la paret cel·lular. La degradació d'aquest últim component passa per acció de l'enzim lisozima, la qual és sintetitzada dins de la cèl·lula durant el procés descrit.

D'aquesta manera, les noves partícules víriques acabades de sintetitzar són alliberades. Aquestes poden infectar cèl·lules veïnes i repetir novament el cicle.

-Cicle lisogènic

No tots els virus penetren les cèl·lules hostes i les destrueixen a costa de la seva pròpia reproducció. Una modalitat alternativa de multiplicació és denominada cicle lisogènic. Als virus capaços de reproduir-se d'aquesta manera se'ls coneix com temperats.

Tot i que alguns virus pot reproduir-se mitjançant la via lítica descrita en l'apartat anterior, també poden reproduir-se sense destruir la cèl·lula i mantenir-se de manera latent o inactiva a l'interior de la mateixa.

Per ne una descripció, farem servir com a organisme model a l'bacteriòfag lambda (λ), un bacteriòfag lisogènic que ha estat estudiat minuciosament.

Les etapes per les quals passa el cicle lisogènic són: penetració en l'hoste, formació d'un ADN circular a partir de la molècula d'ADN lineal, i recombinació amb l'ADN de l'hoste.

Integració de l'ADN viral a l'ADN de l'hoste

Les etapes inicials ocorren de manera molt similar a el cicle anterior, amb l'excepció que l'ADN de virus s'integra a l'ADN de la cèl·lula hoste, per un procés de recombinació.

En aquest estat, el virus es troba de manera latent en la cèl·lula, i l'ADN viral es replica juntament amb l'ADN de l'hoste.

Alternança entre cicle lític i lisogènic

D'altra banda, una varietat d'esdeveniments estocàstics pot portar a el canvi de cicle lisogènic a l'lític. Dins d'aquests esdeveniments estan l'exposició a radiació UV oa certs químics que porten a l'escissió de l'ADN de el fag i a l'inici de la lisi.

Conseqüències la lisogènia

Hi conseqüències importants de la lisogènia, a saber: (i) les cèl·lules lisogènics són immunes a infeccions posteriors de la mateixa bacteriòfag, però no a un virus diferent; (Ii) les cèl·lules poden adquirir noves característiques a l'integrar el material genètic de el fag, com la producció d'algunes toxines i (iii) es permet el procés de transducció especialitzada.

Multiplicació de virus d'animals

A grans trets, els virus d'animals segueixen un patró de multiplicació bastant similar a què descrivim en els virus que infecten bacteris. No obstant això, hi ha algunes diferències resaltantes en ambdós processos.

El més obvi és el mecanisme d'entrada a la cèl·lula, a causa de les diferències que hi ha a nivell estructural entre les cèl·lules eucariotes i procariotes. En les cèl·lules animals, els receptors estan formats per proteïnes i glicoproteïnes ancorades a la membrana plasmàtica.

Un exemple d'això és el virus de VIH. Per aconseguir ingressar a la cèl·lula, el virus reconeix a un receptor anomenat CCR5. Certs individus posseeixen una deleció (és a dir, falten porcions d'ADN) de 32 parells de bases en el gen que codifica per al receptor cel·lular que destrueix la proteïna i confereix al seu posseïdor resistència a l'temut virus.

Molts invasors treuen profit dels receptors que intervenen el procés de l'endocitosi per aconseguir entrar a la cèl·lula, mitjançant la formació de vesícules. Els virus que estan recoberts per una membrana poden entrar a la cèl·lula mitjançant la fusió de les membranes lipídiques.

Una vegada que el virus ha penetrat, la síntesi de les partícules víriques és una mica variable. Les cèl·lules animals tenen una maquinària enzimàtica diferent a la que trobem en els bacteris.

referències

1. Forbes, BA, Sahm, DF, & Weissfeld, AS (2007). Diagnostic microbiology. Mosby.
2. Freeman, S. (2017). Biological science. Pearson Education.
3. Murray, PR, Rosenthal, KS, & Pfaller, MA (2015). Medical microbiology. Elsevier Health Sciences.
4. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV, & Jackson, RB (2014). Campbell biology. Pearson education.
5. Tortora, GJ, Funke, BR, & Casi, CL (2016). Microbiology. An introduction. Pearson.