VIRUS DE L'MOSAIC DE EL TABAC: CARACTERÍSTIQUES, ESTRUCTURA, REPLICACIÓ - BIOLOGIA - 2025

El virus de l'mosaic de l'tabac (TMV, de l'anglès Tobacco Mosaic Virus) és un virus vegetal d'ARN que provoca l'aparició de taques marrons en les fulles de les plantes de tabac i d'altres cultius d'interès econòmic com el tomàquet i altres solanàcies.

El seu nom deriva de el patró de taques que ocasiona en les plantes infectades, el qual és descrit com un "mosaic". Es tracta del primer virus que va ser identificat i descrit en la naturalesa, fets que van tenir lloc entre finals dels anys 1800 i principis de 1900, és a dir, fa més d'un segle.

Micrografia electrònica de virus de l'mosaic de l'tabac (Font: No machine-readable Autor provided. CHB assumed (based on copyright claims). / Public domain, via Wikimedia Commons)

S'estima que les pèrdues de tabac ocasionades pel virus de l'mosaic de el tabac estan al voltant de 1%, ja que cada vegada es conreen més plantes resistents. No obstant això, altres cultius com el tomàquet, per exemple, pateixen pèrdues superiors a l'20% a causa de la malaltia causada pel TMV.

Un dels principals problemes agronòmics relacionats amb aquest virus té a veure amb que el mateix pot viure tot i que la planta que l'allotja mor i, a més, amb que suporta altes temperatures, pel que la seva eliminació d'un cultiu o de les instal·lacions de un hivernacle és bastant desafiant.

No obstant això, el virus de l'mosaic de l'tabac ha provat ser molt útil com:

- Model simbòlic i didàctic per exposar les característiques essencials que defineixen els virus

- Prototip per investigar la biologia de les plantes hostes de paràsits, especialment tabac

- Eina per a l'estudi de les interaccions patogen-hoste i el trànsit cel·lular

- Eina biotecnològica per a l'expressió de proteïnes d'interès farmacèutic en tabac.

descobriment

Des de la seva identificació, el virus de l'mosaic de el tabac va tenir un paper transcendental en l'establiment de el camp de la virologia, doncs va ser el primer virus identificat i descrit en la història.

Tot va començar en 1879, quan el químic agrícola alemany Adolf Meyer es va dedicar a l'estudi d'algunes malalties que afectaven el tabac.

Aquest científic va demostrar que una malaltia que causava l'aparició de taques a les fulles de tabac podia ser transmesa d'una planta malalta a una altra sana, tan sols amb fregar les fulles de l'última amb un extracte de la primera.

Meyer va cridar a aquesta la "malaltia mosaic de el tabac" i va suggerir, inicialment, que l'agent etiològic (aquell que la produïa) era d'origen bacterià, tot i que no va poder aïllar ni conrear-experimentalment in vitro.

Estructura de virus de l'mosaic de l'tabac. 1) ARN monocatenari, 2) Capsómero o protómero, subunitat de la proteïna CP de la càpside i 3) Estructura de la càpside (Font: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) via Wikimedia Commons)

Descobriment del primer virus

El crèdit pel descobriment de les partícules virals ho mereix Dmitry Ivanovsky, 1 microbiòleg rus que va investigar la malaltia de l'mosaic de l'tabac entre 1887 i 1890, trobant que l'agent causal de la malaltia era tan petit que podia passar a través dels petits porus d'un filtre de porcellana, per on els bacteris no podien passar.

Amb aquest succés, Ivanovsky va determinar que la malaltia es devia a un "virus filtrable", prenent el terme "virus" de la paraula llatina per a "verí".

Els treballs de Ivanovsky van ser confirmats més tard, el 1895, per l'holandès Willem Beijerinck, qui va demostrar la transmissió serial de virus (de planta a planta) utilitzant la saba filtrada de plantes malaltes.

Els treballs de Beijerinck van servir, a més, per provar que no es tractava simplement d'una toxina química, sinó que era més aviat un agent viu capaç d'autoreplicar.

Entre 1927 i 1931 dos científics de l'institut Boyce Thompson a Filadèlfia, Vinson i Petri, van concentrar el virus per precipitació emprant els mètodes utilitzats per a la purificació de proteïnes.

Més endavant, el 1935, Stanley va purificar el virus i va aconseguir cristal·litzar unes partícules amb forma d'agulla summament actives i infeccioses, marcant un esdeveniment sense precedents en el qual una entitat "viva" podia ocórrer en estat cristal·lí.

Anys més tard, amb la col·laboració i el treball de nombrosos científics, es va determinar que el virus de l'mosaic de l'tabac era un virus d'ARN simple banda, amb una aparença o morfologia filamentosa.

Característiques

- És un virus d'ARN simple banda els virions o partícules virals tenen forma de vareta

- El seu genoma, així com la major part dels virus, està protegit per una coberta proteica

- Pertany a la família Virgaviridae i a l'gènere Tobamovirus

- Infecta plantes de tabac i també algunes plantes relacionades, especialment solanàcies (patata, tomàquet, albergínia, etc.), sumant més de 200 possibles hostes

- És summament estable i pot romandre en diferents superfícies per molt temps

- A les plantes infectades, aquest virus s'acumula en títols considerablement alts

- Els símptomes que ocasiona en les plantes malaltes són notoris i fàcils d'identificar

estructura

El virus de l'mosaic de el tabac, com s'ha comentat, és un virus d'ARN simple banda (monocatenari) les partícules virals tenen forma de vareta.

Esquema generalitzat de l'estructura de virus de l'mosaic de l'tabac, TMV (Font: TMV_Structure.png: Graham Colm TalkThe original uploader was GrahamColm at English Wikipedia.derivative work: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

coberta proteica

L'estructura característica de cada partícula viral està donada per una coberta proteica formada per una hèlix dextrogira de subunitats d'una proteïna coneguda com "proteïna de coberta".

Aquesta coberta té aproximadament 2.130 subunitats proteiques, el que es tradueix en una partícula viral d'una grandària mitjana de 300 nm de longitud, un diàmetre de 18 nm i un centre buit de 2 nm de ràdio, on el genoma ocupa un radi proper als 4 nm.

Vista superior de la coberta proteica de l'TMV (Font: Deposition authors: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; visualization Autor: User: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) via Wikimedia Commons)

genoma

L'ARN genòmic s'intercala entre els girs successius de l'hèlix que conforma la coberta, unint tres dels seus nucleòtids a cada subunitat proteica i quedant així completament cobert de proteïna.

Dit genoma té 6.395 nucleòtids de longitud i posseeix una "caputxa" invertida de 7-metil-guanosinas unida al seu extrem 5 'a través d'un enllaç trifosfat.

La informació codificada en el genoma d'el TMV correspon a 4 gens que codifiquen 4 productes diferents:

- Dues proteïnes associades amb la replicació, una de 126 kDa i una altra de 183 kDa, directament traduïdes a partir de l'ARN de virus

- Una proteïna de moviment (MP, de l'anglès Movement Protein) i una proteïna estructural o de coberta (CP, de l'anglès Coat Protein), les quals són traduïdes a partir de ARNs "subgenómicos"

Una infecció reeixida de TMV implica la cooperació d'aquests quatre productes multifuncionals amb molts dels components cel·lulars de la planta hoste, especialment amb la membrana cel·lular i el citosquelet.

replicació

Per entendre el mecanisme de replicació de l'TMV cal comprendre alguns aspectes de la infecció amb aquest virus.

infecció inicial

El TMV només entra a una planta a través de ferides mecàniques que "obren" transitòriament la membrana plasmàtica o provoquen esdeveniments de pinocitosi.

La infecció pot ocórrer per ferides provocades per manipulació amb mans infectades ia través d'instruments de poda infectats, etc., però poques vegades és transmesa per insectes.

Un cop al citosol, les partícules virals es desensamblan i alliberen la seva ARN genòmic, el qual és reconegut per la cèl·lula com si fos el seu propi ARN i és traduït per enzims citosólicas especialitzades per a tal fi.

La "caputxa" de metil-guanosinas de l'ARN genòmic de l'TMV és de summa importància per a aquest procés, ja que aconsegueix "esquivar" el sistema de "vigilància" de la cèl·lula i propiciar la interacció d'aquest amb altres components cel·lulars.

El nombre de partícules virals acoblades augmenta ràpidament i aquestes poden abandonar la cèl·lula infectada i infectar altres cèl·lules veïnes a través dels plasmodesmes, que són "canals" que connecten el citosol d'una cèl·lula amb el de les cèl·lules que l'envolten.

Eventualment, les partícules virals arriben al sistema de translocació de la planta, és a dir, el xilema i el floema, de manera que es dispersen per tota la planta.

Com és el procés de replicació?

El virus de l'mosaic de l'tabac utilitza el seu genoma com a patró per sintetitzar filaments complementaris negatives que serveixen de motlle per a la síntesi d'un gran nombre de fils positives.

Aquests motlles es fan servir, a més, per a la síntesi d'ARN missatgers "subgenómicos" que contenen els marcs de lectura oberts per les proteïnes MP i CP.

Les dues proteïnes associades amb la replicació que estan codificades en l'ARN genòmic de l'TMV tenen dominis metil-transferasa, helicasa i ARN-polimerasa ARN-dependent.

La replicació sembla ocórrer en un complex associat amb la membrana de l'reticle endoplasmàtic que conté a aquestes proteïnes, a la proteïna de moviment (MP), a l'ARN viral ia altres proteïnes de la planta hoste.

símptomes

Els símptomes de virus de l'mosaic de l'tabac varien molt d'una espècie vegetal a una altra. En altres paraules, depenen considerablement de el tipus de planta hoste i, a més, de la soca de virus, dels "antecedents" genètics de la planta i de les condicions mediambientals on aquesta es trobi.

Fotografia de la fulla d'una planta de tabac infectada amb el TMV (Font: RJ Reynolds Tobacco Company Slide setembre / Public domain, via Wikimedia Commons)

Els símptomes solen aparèixer al voltant de 10 dies després de la infecció inicial i aquests són:

- Aparició de taques marrons o groguenques amb un llevador tipus mosaic a les làmines foliars

- Necrosi

- Retard en el creixement

- Plegament de les fulles

- groc dels teixits

- Baix rendiment en la producció de fruits i fins i tot aparició de fruits danyats i deformats

- Retard en la maduració dels fruits

- Color dels fruits poc uniforme (especialment en tomàquet)

referències

1. Butler, PJG (1999). Self-assembly of tobacco mosaic virus: the role of an intermediate Aggregate in generating both specificity and speed. Transaccions filosòfiques de la Royal Society of London. Sèries B: Biological Sciences, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., & Nelson, RS (2013). The cell biology of Tobacco mosaic virus replication and movement. Frontiers in plant science, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Tobacco Mosaic Virus symptoms, transmission and management. Farmer 's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). The Nobel Prize winning discoveries in Infectious Diseases. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Lessons in plant pathology: tobacco mosaic virus. Plant Health Instr.
6. Scholthof, KBG (2004). Tobacco mosaic virus: a model system for plant biology. Annu. Rev. Phytopathol., 42, 13-34.