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VIRUS EXTREMÓFILOS

• ATV

Morfológicamente hablando, los virus de bacterias moderadamente mesófilas y termófilas  son un grupo aburrido. De unos 5.100 analizados, el 97% presentan las morfologías típicas de: cabeza y cola, fagos-icosaédricos y  cabezas con colas helicoidales. El resto eran icosaedros sin cola o filamentos, a excepción de dos rarezas en forma de huso. Si os gustan las emociones fuertes de carácter más estructural, la mejor manera es la  de ir a la caza del virus en los ambientes acuáticos geotermales calentados por encima de 80 º C.

Aquí sólo el 12% presentan esas morfologías típicas y el resto son verdaderamente únicas. Los más raros son los virus de Crenarchaeota hyperthermophilic de los géneros Acidianus ,Sulfolobus, Pyrobaculum y Thermoproteus . Alrededor de dos docenas de ellos han sido aislados y caracterizados, pidiendo la creación de siete nuevas familias virales para albergarlos. Todos tienen genomas dsDNA, algunos lineales y otros circulares. Casi todos evitan la lisis del huésped, optando en su lugar por un ciclo lisogénico.

El caso sorprendente del virus que infecta  Acidianus convivator

También conocido como ATV (Acidianus two-tailed virus) o virus de dos colas de Acidianus, pertenece a la familia Bicaudaviridae.

Se encuentran en aguas termales ácidas y a elevadas temperaturas (pH 1,5, 85-93 º C), se descubrieron por primera vez en una fuente hidrotermal en Italia, y su característica inusual a la vez que sorprendente es el hecho de que crece fuera del huésped literalmente, es decir que empieza a desarrollar dos colas a cada uno de los extremos de su cuerpo una vez se ha independizado del huésped. Entonces nos surge la pregunta, ¿cómo ha podido sintetizar esas dos colas si los virus no tienen un metabolismo propio? La pregunta aún sigue sin resolverse pero se han dado explicaciones que a continuación comentaré.

Características a destacar:

• La longitud media de extremo a extremo para las partículas con las colas de la plena madurez es 744 nm.
• Clasificados como acelulares porque no pueden replicarse sin infectar, aunque tengan esta actividad característica fuera de la célula.
• Se encuentra en las mismas aguas hidrotermales donde habita Acidianus.
• Material genético: DNA circular de doble cadena de 64 Kb
• Codifica para 9 proteínas conocidas aunque tras la secuenciación del genoma se descubrieron  que hay unos 72 ORFs.
• Transcripción del material genético por la RNA polimerasa del huésped.

Proceso de infección:

1. El virus se adhiere a la célula huésped y hace entrar su ADN en el citoplasma.
2. Integración del ADN viral en el genoma del huésped.
3. Transcripción de los genes virales por una ARN polimerasa.
4. Replicación del genoma.
5. Ensamblaje y liberación de las partículas virales.

El misterio de este virus está en saber como puede formar esas colas fuera del huésped, ya que esto implica una polimerización de unas proteínas que tras ser analizadas presentan mucha homología con los filamentos intermedios de eucariotas. Claro, lo primero que pensamos es que para que fuera posible necesitaríamos un metabolismo más o menos complejo que permitiera este fenómeno, pero los investigadores mediante experimentos demostraron que para que se de esa polimerización es necesario que se encuentren a temperaturas muy elevadas, porque en ausencia de elevadas temperaturas el virus no podía polimerizar sus colas, con lo que los investigadores han llegado a la conclusión de que seguramente son las elevadas temperaturas las que aportan la energía necesaria para que se ensamblen los monómeros que forman las colas de Bicaudaviridae, es decir que la polimerización está mediada por factores ambientales externos y no internos.

Ciclo infectivo

http://www.youtube.com/watch?v=2IGKv8kiMqY

MÁS INFORMACIÓN SOBRE ATV, UN VIRUS REALMENTE ESPECIAL

Para este organismo la temperatura es una de las variables ambientales que más influye en su ciclo vital, tanto es así que su ciclo vital depende de esta variable, es decir, en condiciones óptimas (85ºC) el virus sigue su ciclo de vida “normal” (lisogénico), pero si está sometido a condiciones estresantes de temperatura (70ºC) el virus entra en el otro ciclo típico de los virus (lítico). Una de las características más importantes y exclusivas de estos virus es la de generar dos colas una vez el virus se ha independizado de la arquea, la explicación de qué función puede tener estas colas está siendo actualmente discutida, pero parece ser que al encontrarse en un ambiente externo hostil y con pocas probabilidades de encontrarse con el huésped, estas estructuras facilitarían la adhesión del virus al huésped (conforme más desarrolladas estén las colas, más probabilidades de adhesión), con lo que se facilitaría también la infección, que proveería al virus de un ambiente óptimo para crecer (célula huésped).

Analizando el genoma y las proteínas de este virus se puede observar que hay unas cortas  secuencias en el DNA muy parecidas a las de eucariotas que codifican para proteínas estructurales, concretamente proteínas  muy similares a los filamentos intermedios de eucariotas. Esto quiere decir que sorprendentemente en estos virus hay unas proteínas similares a las que forman parte del citoesqueleto de eucariotas en estos virus, lo que nos hace preguntarnos sobre los orígenes de los virus. Además se ha comprobado que una de las proteínas encargadas de la formación de la cola forma filamentos “in vitro”.

Pero lo más sorprendente no es eso, el virus contiene una proteína con un dominio AAA ATPasa que típicamente se encuentra en proteínas motoras como por ejemplo las proteínas de eucariotas dineina y kinesina, que se encargan del movimiento de vesículas a través de los microtúbulos con el gasto asociado de ATP. La pregunta que se hacen los investigadores es, ¿qué hacen unos virus inertes con una proteína motora con función ATPasa?, ¿es que acaso antes de salir del huésped se van cargados con parte de su ATP?

Todas estas son preguntas que a día de hoy no tienen respuesta y que su descubrimiento probablemente sería de vital importancia a la hora de saber de dónde vienen los virus y su relación con los seres vivos.

Referencias:

Häring H, G Vestergaard, Raquel I, Chen L, Garrett AR + D Prangishvili (2005). Virología: el desarrollo de virus independientes fuera de un huésped. Naturaleza, 436 (7,054), 1101-2 PMID: 16121167

Prangishvili D, Vestergaard G, H Häring, R Aramayo, T Basta, R Rachel, y Garrett RA (2006). Propiedades estructurales y genómica de virus de la ATV Arqueales hyperthermophilic con una fase extracelular del ciclo reproductivo. Journal of Molecular Biology, 359 (5), 1203-1216 PMID: 16677670

• VIRUS STIV



INTRODUCCIÓN:

El virus que infecta a la arquea Sulfolobus o STIV (Sulfolobus turreted icosahedral virus) fue encontrado originalmente en las fuentes hidrotermales ácidas del parque nacional de Yellowstone, se extrajo una muestra de agua y se aislaron diferentes microrganismos, entre ellos estaba Sulfolobus , del que se hizo un cultivo de enriquecimiento puro para posteriormente ser analizado, cuando fueron a analizar estas arqueas al microscopio elctrónico de transmisión se dieron cuenta de que tenían asociadas una especie de partículas víricas, entonces fueron aisladas y observadas más detenidamente, finalmente se pudo determinar que efectivamente era un virus.

STIV infecta unos cuantos huéspedes del género Sulfolobus, entre estos: S.islandicus, S.acidocaldarus, S.tokodaii y el más común S.solfataricus del que se conocen dos razas P1 y P2.

STIV fue el primer virus conocido que infectaba a Sulfolobus, además la capacidad infectiva del virus es muy elevada ya que en un experimento se comprobó que el 90% de las arqueas habían estado infectadas, para obtener estos datos utilizaron el MET. Analizando con el MET a tiempo real el proceso de infección podían observar la lisis de las células infectadas. La lisis es un proceso activo dirigido por la expresión de genes que producen proteínas que destruyen la capa S de arqueas con lo que consiguen la ruptura de la membrana y con ello la lisis celular.

Es uno de los virus de arqueas más conocidos, tienen bastantes características en común con los virus que infectan a eucariotas y procariotas. Considerado como miembro fundador de una familia de virus, carece de homologías obvias con otros virus aunque mucha similitud en el contenido de genes, estrategias de replicación y forma de la cápsula.

GENOMA DE STIV:

Como material genético tiene DNA de doble cadena con un tamaño de 17663 Pb, en el ciclo infectivo que es de tipo lítico no hay integración del DNA en el huésped.

Se han descubierto 37 ORF ’s, es decir fragmentos de DNA que seguramente codifiquen para proteínas. 33 de estos no se sabe para que codifican ni que función tienen, pero los restantes 4 se parecen mucho en secuencia a genes de otros virus y por ello se puede intuir que función deben de tener. Uno de estos ORF presenta una homología de secuencia clarísima con la ATPasa.

ESTRUCTURA:

El virus tiene un diámetro de 74nm, con una simetría única en los virus y muy peculiar:

La forma geométrica básica es un icosaedro, que es típico en los virus, pero lo que le hace único y le da nombre (turreted) es la presencia de unas proteínas con forma de torreón que decoran su superficie. Estos torreones están formados por 5 proteínas que forman un cilindro cuyo extremo recuerda a una corona. 12 de estos torreones envuelven la cara externa de la cápsida.

La función de estos torreones no está del todo clara aunque se piensa que pueden estar relacionados con:

• La unión a receptores de superficie celular de Sulfolobus.
• Ensamblaje del DNA dentro de la cápsula.
• La inyección de DNA a través de éstos.

En la partícula viral se han encontrado proteínas procedentes del huésped, pero ninguna de estas se encuentra en la cápsula sino que:

• Una de ellas es una pequeña proteína de unión al DNA que parece estar relacionada con el ensamblaje del DNA en la cápsula.
• Otra de ellas es muy parecida a las proteínas que se encuentran en las membranas de las vacuolas de las levaduras y los mamíferos, cuya función es seleccionar que moléculas entran y salen de estas. Comparten estructuralmente 24 dominios proteicos.

Otra de las características más chulas de este virus es que tienen una capa interna de lípidos procedentes del huésped rodeando la nucleocápsula. Pero la pregunta clave es ¿cómo puede incorporar esa capa de lípidos dentro?, nadie sabe la respuesta. Respecto a su función no hay nada claro, aunque se ha propuesto que puede servir para proteger el DNA, ya sea de las hidrolasas cuando infecte al huésped, o como mecanismo para estabilizar el DNA debido a las elevadas temperaturas de su medio ambiente.

Estudios comparativos de la cápsula muestran que se parece mucho a los adenovirus (infectan eucariotas) y los virus que infectan bacterias. Esta es una de las pocas veces que se encuentra una estructura tan parecida en los virus que infectan a los 3 dominios de la vida.

Curiosamente aunque la estructura primaria de las proteínas que forman la cápsula es muy distintas de virus que infectan otros dominios, la estructura en 3D (estructura terciaria/cuaternaria) es muy parecida.

También se han encontrado proteínas de unión cuya función parece ser regular la expresión de genes suyos o del huésped además de unas glicosiltransferasas que actuarían sobre la cápsula y servirían como un kit de cambio de identidad del virus.

SISTEMA GENÉTICO:

En un experimento se vio que el 94% de los genes del huésped no muestran regulación diferencial ya sean infectados o no por virus, sugiriendo que el virus STIV intenta evitar que la arquea actúe como lo haría cuando la infecta otro virus, es decir evita que responda al estrés que la infección vírica supone.

Para conocer la función de los genes los investigadores clonan su DNA introduciendo mutaciones puntuales localizadas sobre aquellos genes que quieren conocer su función.

Referencias:

• Genetics, biochemistry and structure of the archaeal virus STIV

Jennifer Fulton*, Brian Bothner†, Martin Lawrence†, John E. Johnson‡, Trevor Douglas†1 and Mark Young*§1

*Department of Microbiology, Montana State University, Bozeman, MT 59715, U.S.A., †Department of Chemistry and Biochemistry, Montana State University,

Bozeman, MT 59715, U.S.A., ‡Department of Molecular Biology, The Scripps Research Institute, La Jolla, CA 92037, U.S.A., and §Department of Plant Sciences,

Montana State University, Bozeman, MT 59715, U.S.A.



His1 virus que infecta a Haloarcula hispanica

Este virus es relativamente nuevo, fue descubierto en 1998 en el sud-este de Australia, vive en unas aguas hipersalinas. Presenta un ciclo de vida lítico y se caracteriza porque sólo infecta a Haloarcula hispanica. Presenta la morfología típica de limón con cola previamente vista en otros virus de vida hipertermófila como ATV o más concretamente SSV1. La densidad  que hay en el agua estudiada es de 1.24g/ml, esta es muy similar a la de SSV1. También se ha encontrado que las partículas víricas aisladas son resistentes a bajas concentraciones de sal, a la que no están habituados por el ambiente en el que viven.

En cuanto a la genética se sabe que tiene un genoma linear de DNA de doble cadena de un tamaño 14.9Kb, muy similar también al de SSV1. Por su morfología se ha incluido en la familia Fusellaviridae, aunque es el primer virus de tipo halófilo que se incluye en esta familia, ya que típicamente en ella se incluyen hipertermófilos.

Los virus halófilos son muy desconocidos en todo el mundo se conocen 20 de los cuales hasta hace unos años solo se habían estudiado 2, el estudio de His1 ha aportado información valiosa a este grupo de virus.

His1 fue aislado de aguas hipersalinas que se encuentran en el sud-este de Australia, aunque también se ha encontrado en salinas de España, de ahí el nombre de la arquea y del virus.

De este aislado de bacterias infectadas se hicieron varias réplicas en placa y este hecho es importante porque es el primer virus hipersalino que ha podido ser aislado y por tanto ser mejor analizado.

Se sabe que la única arquea a la que infecta es a Haloarcula hispanica porque se hicieron varios cultivos de arqueas hipersalinas del lugar y se vio que la única que era capaz de infectar era a ésta.

Se probaron a qué factores eran sensibles este virus, entre ellos, disolventes orgánicos, bajas concentraciones de sal y cambios de temperatura. Se vio que eran sensibles a algunos disolventes que reducían su crecimiento como el cloroformo, mientras que eran resistentes a bajas concentraciones de sal y a variaciones de la temperatura dentro de los límites biológicos. Los halovirus suelen ser bastante sensibles a variaciones pequeñas de la concentración de sales, mientras que estos no.

Con el microscopio electrónico fueron capaces de ver su morfología, usando la técnica de tinción negativa pudieron ver que tenía una forma muy parecida a SSV1 (forma de limón y con una cola), por eso han sido clasificados en la familia  Fusellaviridae. Estas partículas víricas se caracterizan por tener una gran flexibilidad y una cola de 7nm, lo que supone una décima parte de su longitud corporal.

Respecto al genoma como ya he dicho es lineal, de doble cadena y de 14.9Kb. Es el genoma de virus halófilos más pequeño que se conoce, recordando al de SSV1. La abundancia de enzimas de restricción capaces de digerir el genoma de His1 nos indica que no hubo selección en contra de las secuencias palindrómicas, que es uno de los mecanismos más utilizados por fagos para resistir los ataques de las enzimas de restricción del huésped.

Aunque el ciclo de vida es típicamente lítico, se observó que habían algunas arqueas que no acababan muriendo sino que presentaban síntomas de estar continuamente infectadas por estos virus, parece como si hubieran desarrollado resistencia a estos virus o más exacto como si los dos hubieran llegado a un estado estable. Se demostró mediante técnicas de biología molecular, que no se había integrado en este tipos de arqueas resistentes ningún plásmido en el cromosoma,. Por lo visto las pruebas indican que la infección persistente no se debe a un  tipo de ciclo vital lisogénico sino que sería una modificación del lítico, en el que se pasa por una fase de portador. Este tipo de ciclo lítico no es exclusivo de His1, también lo encontramos en otros virus halofílicos.

En resumen:

• His1 es un virus halofílico relativamente nuevo
• Presenta la morfología típica de limón con protuberancias a modo de cola en cada extremo.
• Se clasifica dentro de Fusellaviridae (Como por ejemplo SSV1).
• El morfotipo del virus es exclusivo del dominio Archaea.
• Es el primer virus halofílico con esta morfología tan característica.

Referencias:

His1, an archaeal virus of the Fuselloviridae family that infects Haloarcula hispanica.

Bath C, Dyall-Smith ML.

J Virol. 1998 Nov;72(11):9392-5.

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