¿Son diferentes los virus de los viroides?

Los virus son pequeños agentes infecciosos que no pueden replicarse por sí mismos. Infectan a casi todos los organismos vivos, como animales, plantas y microorganismos. Los viroides son solo una molécula de ARN que infecta principalmente a las células vegetales. Se diferencian de los virus en estructura y en cómo se replican.

A principios de la década de 1880, Louis Pasteur propuso que un patógeno que era demasiado pequeño para ser visto a través de un microscopio era la causa de la rabia. Más tarde, en 1892, Dmitri Iosifocivh Ivanovsky describió un patógeno que infectaba las plantas de tabaco y que no se parecía a ninguna bacteria encontrada en la naturaleza. En 1898, Martinus Beijerinck llamó a esta sustancia no bacteriana “Virus” y dio origen al apasionante campo de la virología.

Desde la identificación del primer virus, se han identificado y estudiado más de 9000 especies virales.

Los virus formaron la segunda mayor extensión de agentes infecciosos después de las bacterias. Aunque las infecciones bacterianas son comunes, los virus son más abundantes ya que superan en número a las bacterias por un factor de 10 a 1. Las infecciones virales como el resfriado y la gripe son las más discutidas. Las infecciones virales pueden transmitirse por contacto, gotitas o pueden transmitirse por el aire. Muchas infecciones animales tienen un agente viral causante.

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(Crédito de la foto: Artemida-psy / Shutterstock)

Los viroides fueron descubiertos por primera vez en la década de 1970 por Theodor Otto Diener. Identificó un agente patógeno que no era de naturaleza viral, ya que era mucho más pequeño que un virus y estaba compuesto solo de ARN monocatenario corto sin una cápside proteica que tienen los virus. Los llamó viroides, y este descubrimiento desencadenó la tercera extensión importante de agentes infecciosos después de las bacterias y los virus.

El viroide responsable de la enfermedad del tubérculo fusiforme de la papa se denominó PSTVd ​​y su secuencia completa se determinó en 1978. Desde entonces se han identificado 30-40 viroides que causan varias infecciones en plantas.

Viroide moteado amarillo vid

Infección por viroide moteado amarillo de la hoja de la vid (Crédito de la foto: Parichate Tangkanchanapas / Wikimedia commons)

¿Qué son los virus y los viroides?

Los virus y viroides son pequeños agentes infecciosos que solo pueden replicarse en las células huésped vivas. Son diferentes, aunque comparten ciertas características.

Los virus están compuestos por una cápsula de proteína (y a veces una envoltura lipídica externa) que encierra su material genético. Los genomas virales comprenden ADN o ARN que pueden ser monocatenarios o bicatenarios. Los virus pueden infectar bacterias, arqueas, plantas y animales, y causar enfermedades como la rabia en los animales, la viruela, el VIH y el SIDA en los seres humanos y la mancha anular del tabaco en las plantas de tabaco.

Los viroides, por otro lado, tienen un genoma de ARN exclusivamente monocatenario y se ha demostrado que solo causan infección en plantas. Los viroides causan la infección de las plantas por exocortis del tubérculo fusiforme de la papa y de los cítricos.

Como los viroides son más pequeños que los virus, también se conocen como “agentes subvirales” y han reemplazado a los virus como el agente infeccioso más pequeño conocido.

Células de virus azul o bacterias sobre fondo blanco (SkyPics Studio) s

Estructura general de un virus. El ácido nucleico está encerrado por una cápside de proteína que puede tener o no una envoltura. (Crédito de la foto: SkyPics Studio / Shutterstock)

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Estructura general del viroide del tubérculo fusiforme de la papa (Crédito de la foto: Jakub Friedl / Wikimedia commons)

Estructura de virus y viroides.

Los virus presentan diferentes formas y tamaños. Pueden ser de forma esférica, helicoidal, poliédrica o compleja con un tamaño que varía entre 20 y 300 nm.

Además de las plantas y los animales, los virus también pueden infectar bacterias. El tipo de virus más común que infecta a las bacterias se llama bacteriófagos. La estructura de un bacteriófago tiene una cápside de proteína externa que está formada por pequeñas subunidades de proteínas llamadas protómeros y encierra el material genético viral (ADN o ARN). También tiene un tubo de cola conectado que está conectado a la cápside por un collar, una placa base, fibras de cola y picos. Una partícula de virus con el material genético y la cápside es un virión.

Para la mayoría de los virus, la cápside forma la capa más externa. Sin embargo, para algunos virus, la cápside viral está encerrada dentro de una envoltura lipídica. Estos virus son virus envueltos. El virus de la influenza, el virus de la hepatitis y el coronavirus altamente discutible son virus envueltos. Los rotavirus y los poliovirus carecen de la envoltura lipídica y se denominan virus sin envoltura.

Los viroides son patógenos vegetales inusualmente pequeños sin envoltura lipídica ni cápside proteica. Son moléculas de ARN monocatenarias de aproximadamente 360 ​​residuos.

Diagrama que muestra diferentes tipos de virus (GraphicsRF) s

Estructura de virus helicoidales, poliédricos, esféricos y complejos. (Crédito de la foto: GraphicsRF / Shutterstock)

Hipótesis de coevolución e hipótesis del mundo de ARN

Desde su descubrimiento, los investigadores se han preguntado cómo han evolucionado los virus y los viroides.

Tres hipótesis diferentes pueden explicar el origen del virus. Son la hipótesis progresiva, la hipótesis regresiva y la hipótesis de coevolución o hipótesis del virus primero.

La “hipótesis progresiva” establece que el origen de los virus se basa en la capacidad de los elementos genéticos móviles (como partes de ADN o ARN) para moverse de una célula a otra. Tal elemento genético puede replicarse con el uso de maquinaria de la célula huésped para formar nuevos elementos genéticos que pueden ingresar nuevamente a una nueva célula y comenzar a replicarse nuevamente.

La “hipótesis regresiva” establece que los virus pueden haberse originado a partir de un antepasado más complejo que perdió su información genética con el tiempo. Esta información genética perdida luego adoptó un enfoque parasitario para replicarse, lo que condujo al origen del virus.

La “hipótesis del virus primero”, también conocida como la “hipótesis de la coevolución”, propuso que los virus y las células evolucionaron al mismo tiempo, ya que ambos tienen proteínas y ácido nucleico en su composición.

El origen de los viroides se puede explicar mediante la “hipótesis del mundo del ARN”. Implica que la existencia de viroides con un genoma de ARN y su incapacidad para producir proteínas resalta la existencia de un mundo de ARN libre de ribosomas. También puede significar que los ARN precedieron al ADN y las proteínas durante el curso de la evolución.

Transmisión de virus y viroides

Los virus tienen una capacidad excepcional para propagarse de un huésped a otro; el anfitrión puede pertenecer a cualquiera de los tres dominios; arqueas, bacterias y eukarya.

La transmisión viral es el mecanismo de transferencia de virus de un huésped a otro huésped (que puede ser de la misma especie o de especies diferentes). Para que un virus se transmita, primero debe ingresar a un anfitrión, sobrevivir y replicarse. Los nuevos virus luego se liberan en el medio ambiente para infectar otras células huésped.

Esta transmisión viral puede ser horizontal o vertical. La transmisión vertical es la transferencia vertical de virus de madre a hijo, mientras que la transmisión horizontal es la transmisión de persona a persona. Los brotes virales siguen el modo horizontal de transmisión viral.

La transmisión del viroide es a través del contacto directo de hoja a hoja con las plantas infectadas. También se pueden transmitir a través de la propagación vegetativa o con el uso de herramientas e instrumentos contaminados mientras se siguen prácticas agrícolas u hortícolas. Algunos viroides se transmiten a través del polen y las semillas, mientras que los pulgones transmiten un viroide.

No todos los virus y viroides pueden causar síntomas al interactuar con la célula huésped. Estos virus y viroides latentes o asintomáticos representan el 7% y el 4% de los virus y viroides clasificados.

Después de un período de latencia, las células huésped afectadas comienzan a mostrar síntomas que son indicativos de infección por virus o viroides.

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Las infecciones virales pueden transmitirse por contacto directo o indirecto con las personas infectadas. También se puede transmitir a través de los alimentos, el aire, los insectos o un animal infectado. (Crédito de la foto: Double Brain / Shutterstock)

Replicación del genoma en virus y viroides.

Como los virus y los viroides son solo partículas y no células, necesitan las máquinas moleculares de sus anfitriones para poder replicarse. El mecanismo de replicación es análogo al proceso de fotocopiado donde se pueden crear varias copias de un mismo documento. Todos los materiales y maquinaria son suministrados por la célula huésped, mientras que los virus / viroides suministran solo el plano (el material genético). La replicación crea copias exactas del virus y los viroides en varios números.

El sitio de replicación del genoma viral y viroide difiere según el material genético presente. Los virus pueden tener un genoma de ARN o ADN, mientras que los viroides solo tienen un genoma de ARN. Los genomas de los virus de ADN se replican en el núcleo, mientras que los genomas de los virus de ARN se replican en el citoplasma de la célula huésped. Los viroides (que son exclusivamente ARN) pueden replicarse en el núcleo de la célula vegetal (viroides de replicación nuclear) o el cloroplasto (viroides de replicación de cloroplasto).

Cuando se trata del mecanismo de replicación seguido, los virus de ADN utilizan la maquinaria del huésped para la replicación, mientras que los virus de ARN tienen su propia enzima replicasa. Es una enzima capaz de sintetizar una hebra de ARN complementaria a una plantilla de ARN. Entonces, la enzima también se denomina ARN polimerasa dependiente de ARN.

Los virus de transcripción inversa replican sus genomas con el uso de una transcriptasa inversa viral. La transcripción es el proceso de síntesis de ARN a partir de una plantilla de ADN. El proceso de transcripción inversa es la síntesis de ADN a partir de una plantilla de ARN. Las enzimas capaces de catalizar esta conversión son la transcriptasa inversa o la ADN polimerasa dirigida por ARN.

Una vez que el viroide se transmite a la planta, ingresará a la célula vegetal a través de plasmodesmos y utilizará la ARN polimerasa II del hospedador para replicarse.

El modo de replicación más común en virus y viroides es la replicación en círculo rodante con notables diferencias. El mecanismo detallado puede entenderse a partir de los artículos de investigación de los virus de ADN y los virus de ARN, así como de los viroides.

Los genes virales codifican proteínas a expensas de la maquinaria del huésped, mientras que los viroides no forman proteínas.

Quizás se pregunte, si los viroides no forman proteínas, ¿cómo pueden afectar a las plantas? La respuesta es el silenciamiento de ARN. Los ARNip de los viroides comparten una similitud de secuencia con los ARN de la planta, lo que le permite degradar el ARN de la planta o inhibir su traducción, lo que da como resultado síntomas de enfermedad.

Replicación del círculo rodante

La replicación del círculo rodante es un mecanismo de replicación del ADN unidireccional. La proteína iniciadora corta una de las hebras de ADN, la región mellada actúa como cebador y la hebra mellada actúa como molde para la síntesis de la nueva hebra. El cebador se elimina después de la replicación y las mellas se unen con la ligasa. (Crédito de la foto: Tobias Vornholt / Wikimedia commons)

Conclusión

De hecho, los virus son diferentes de los viroides en varios aspectos. Desde su tamaño y forma hasta su modo de transmisión e infección, existen diferencias características entre los dos. Los virus afectan tanto a animales como a plantas, mientras que los viroides están estrictamente relacionados con las plantas. La incapacidad de los viroides para codificar proteínas y afectar al huésped a través de un mecanismo de silenciamiento del ARN es crucial e implica que llegaron a existir incluso antes que las proteínas y el ADN, y pueden tener un papel clave en la evolución.