LA CIENCIA AL SERVICIO DEL BIENESTAR HUMANO-CIEN AÑOS DE ESTUDIO DE LOS VIRUS
Por: Esaú Bojórquez Velázquez, José Miguel Elizalde Contreras, Eliel Ruiz May
Red de Estudios Moleculares Avanzados, Instituto de Ecología A.C.
Resumen
Se presenta una semblanza a través del tiempo de como los virus fueron descritos, se detalla su estructura y el mecanismo por el cual infectan y se replican, haciendo notar la importancia de las medidas sanitarias y la aplicación del conocimiento acumulado para responder ante la pandemia que en la actualidad nos afecta.
Palabras clave
Virus, Estructura y función de los virus, principios de virología, SARS-CoV-2
Figura 2. Cartel de propaganda del filtro Charles Chamberland. “Protege tu salud: Todo bebedor de agua necesita un filtro eficiente, en el que pueda confiar absolutamente para proporcionar agua pura potable”
Imagen: The Times of India magazine 1932
Los virus son pequeñas partículas que no llegaron a conocerse como entidades biológicas hasta el siglo XIX, sin embargo, existen registros muy antiguos de las enfermedades que provocan en humanos, por ejemplo, en Mesopotamia se conoce un texto que data alrededor del año 1800 antes de Cristo en el que se describe como la mordida de un perro mato a un hombre, suponemos que este perro estaba infectado con el virus de la rabia. A lo largo de la historia podemos encontrar la descripción de varias enfermedades causadas por virus, sin embargo, una serie de experimentos y el desarrollo de nuevas técnicas llevaron a los científicos a descubrirlos y conocerlos a detalle.
En 1884, el microbiólogo francés Charles Chamberland inventó un filtro con tamaño de poro mucho menor al tamaño de las bacterias y años más tarde Dimitri Ivanovski, un biólogo ruso, utilizó este filtro con extractos de hojas molidas de plantas de tabaco infectadas con lo que años más tarde se sabría eran “virus”, y mostró que estos extractos líquidos mantenían su capacidad infecciosa después de filtrarlos, esto les dio la idea del tamaño que tienen los virus, sin embargo, Ivanovski sugirió que la enfermedad era provocada por una toxina, pues para él, si el agente causante de enfermedad era de un tamaño menor al de una bacteria, no se trataba de una entidad biológica, ya que en ese tiempo los científicos pensaban que todos los agentes infecciosos podían ser retenidos en filtros. En 1899, el neerlandés Martinus Beijerinck, cuya pasión era el estudio de la microbiología, repitió los experimentos y observó que el agente se multiplicaba al inocular el extracto en células vivas en división, fue el mismo Beijerinck quién los nombró “virus”, que en griego significa toxina o veneno, y fue también en ese año que Friedrich Loeffler y Paul Frosch hicieron pasar otro extracto por un filtro obteniendo resultados y conclusiones similares, “este agente tóxico tiene la capacidad de multiplicarse”. Con el paso del tiempo fueron descritos más virus y sobre todo se vio que no solamente plantas y humanos eran afectados, incluso las pequeñas bacterias también podían sucumbir ante la infección de ciertos virus.
Con el desarrollo de microscopios más potentes llamados microscopios electrónicos, se lograron observar las primeras imágenes de virus, la curiosidad de los científicos más tarde se enfocaría en saber de qué estaban constituidos y descubrirían que principalmente son proteínas, sin embargo, con el paso del tiempo, se sabría que también contienen ácidos nucleicos y que si colocamos las proteínas de envoltura de un virus en un recipiente y después añadimos sus ácidos nucleicos purificados estos tienen la capacidad de ensamblarse por sí mismos, de hecho se ha propuesto que es así como los virus se ensamblan en el interior de las células.
Figura 3. Gracias a los avances científicos en microscopia electrónica podemos observar la forma y estructura de los virus, el las microfotografías se muestran en a y b. Virus que infectan bacterias también llamados bacteriófagos o fagos, en algún tiempo se pensó en usarlos como agentes para las eliminación de bacterias, sin embargo el descubrimiento de los antibióticos redujo considerablemente su uso, c. Rotavirus, un virus que infecta el recubrimiento de los intestinos causa vómitos y diarreas sobretodo en bebes y niños pequeños.
Imágenes: (a)GRAHAM BEARDS/CC-BY-3.0, (b)bacteriófago T4/ Gónzalez, C., (c)Lorena ML López Sánchez.
Ahora sabemos que los virus son unas 100 veces más pequeños que una bacteria, que están constituidos por genes rodeados de proteínas, y en algunos casos, cubiertos también por una capa de lípidos. Los genes son segmentos de unas moléculas llamadas ácidos nucleicos y que normalmente contienen la información necesaria para producir proteínas, las cuales son moléculas de gran tamaño que tienen diversas funciones en todas las células, como dar soporte, regular la concentración de otras moléculas en el organismo, transportan nutrientes a las células e incluso pueden acumular energía.
A pesar de que en sus genes los virus contienen las instrucciones para reproducirse, carecen de la maquinaria celular necesaria para ello, por lo que requieren usar la de un hospedero o anfitrión, por ejemplo, las células de nuestro cuerpo. De los millones de tipos diferentes de virus que conocemos, los más pequeños producen solo unas 4 proteínas necesarias para formar su estructura y replicarse, en tanto que los más grandes llegan codificar para más de un centenar de proteínas.
El ciclo de replicación de un virus ocurre en distintas etapas. 1-Adhesión: es la unión específica entre las proteínas que cubren al virus y receptores específicos de la superficie celular del hospedero al que infectan y es por ello por lo que los virus son específicos para ciertos hospederos; 2-Penetración: el virus se introduce en la célula hospedero; 3-Despojo: es el mecanismo por el cual se pierde la cubierta del virus, y proteínas y material genético son liberados al interior de la célula; 4-Replicación: en este proceso el virus secuestra la maquinaria celular del hospedero para replicar su material genético y producir las proteínas que lo cubren; 5-Ensamble: las proteínas forman una cubierta alrededor del material genético para generar nuevas partículas virales que infectarán a otras células; 6-Finalmente, las nuevas partículas virales son liberadas una vez que la célula hospedera es aniquilada.
Figura 4. Ciclo de replicación de un virus por el cual la maquinaria celular es secuestrada para producir nuevas partículas virales
Imagen. Esaú Bojórquez/BioRender
Si bien hace ya más de un siglo que tuvo inicio el estudio de los virus como rama establecida de la microbiología, las contribuciones constantes de conocimiento científico que hemos obtenido sobre la constitución, origen y ciclos de desarrollo y dispersión de los virus, representan una herramienta invaluable para salvaguardar la salud humana. El ejemplo más claro de esto lo encontramos en la pandemia por la que estamos pasando, a casi dos años del reporte de los primeros casos de infección, la enfermedad COVID-19 ha dejado un saldo de casi 4.5 millones de fallecimientos en el mundo, número que seguramente sería aún mayor sin las medidas de confinamiento, distanciamiento y sanidad establecidas con base científica, pero más aún, la aportación más significativa e impactante del estudio de los virus está representada por la generación de vacunas contra el SARS-CoV-2, que deja en claro cómo es que muchos años de estudio y generación de conocimiento ha permitido producir estos bienes para el ser humano en tiempos récord tan cortos que hace 50 años habrían resultado impensables. Además, la pandemia de COVID-19 es un recordatorio presente para las naciones de todo el mundo, sobre la necesidad de una inversión mayor y constante en ciencia y tecnología.