Organización Acelular: Los Virus

Los virus son organismos dotados de extraordinaria simplicidad, pertenecientes a un nivel de organización subcelular, y marcan la barrera entre lo vivo y lo inerte.

• No se nutren, no se relacionan y carecen de metabolismo propio. Para reproducirse, utilizan la maquinaria metabólica de las células que parasitan.
• Su simplicidad estructural y funcional los convierte en parásitos intracelulares obligados, tanto de bacterias (bacteriófagos o fagos) como de células animales y vegetales.
• Los virus se propagan de una célula a otra en forma de partículas infecciosas llamadas viriones.
• La mayoría de los virus son mucho más pequeños que las bacterias; los más grandes apenas alcanzan los 100 nm de diámetro.

Composición del Virión

Un virión se compone de:

1. Ácido Nucleico (ADN o ARN): Nunca poseen los dos juntos. El ácido nucleico de los virus consta de una sola molécula, ya sea abierta o circular, la cual a su vez puede ser monocatenaria o bicatenaria.
2. Cápside: Es la cubierta de naturaleza proteica que rodea al ácido nucleico. Está formada por muchas subunidades llamadas capsómeros. La cápside puede ser poliédrica, helicoidal o, a veces, formar una estructura más compleja (como en los bacteriófagos).

Tipos de Cápsides Virales

• Poliédricos: Los más frecuentes son los icosaedros (poliedro de 20 caras en forma de triángulos equiláteros). Ejemplos: virus de las verrugas y el de la polio.
• Helicoidales: Los capsómeros están dispuestos en hélice, formando una especie de cilindro en cuyo interior está el ácido nucleico. Ejemplos: virus de la rabia o el virus del mosaico del tabaco.
• Complejos o Mixtos: Son el resultado de combinar las estructuras anteriores. Por ejemplo, los bacteriófagos (virus que parasitan bacterias) constan de una cabeza icosaédrica con el ácido nucleico, una cola helicoidal y una placa basal con espinas basales y fibras caudales por las que se fijan a la bacteria.
• Envoltura Membranosa: Algunos virus, como el de la gripe, poseen por fuera de la cápside una envoltura membranosa, que es un fragmento de la membrana de la célula en la que se reprodujo.

Ciclos de Reproducción de Bacteriófagos

Ciclo Lítico

El ciclo lítico culmina con la destrucción (lisis) de la célula huésped.

1. Fijación (Adsorción): El bacteriófago fija su cola a receptores específicos de la pared de la bacteria. Una enzima, localizada en la cola del virus, debilita los enlaces de las moléculas de la pared.
2. Penetración (Inyección): El fago contrae la vaina helicoidal, lo que provoca la inyección del material genético (ADN del virus) a través del eje tubular de la cola, quedando la cápside fuera.
3. Replicación del Material Genético: El ácido nucleico vírico comienza a desarrollar su programa genético a expensas de la célula huésped. Transcribe su ADN a ARNm y dirige la síntesis de enzimas necesarias para su duplicación, utilizando nucleótidos, aminoácidos, ribosomas y energía de la bacteria. Se forman numerosas copias del ácido nucleico vírico, y el ADN de la bacteria se rompe por la acción de una enzima vírica.
4. Síntesis de Proteínas de la Cápside: A partir del ARNm se fabrican las proteínas que formarán la cápside, la cabeza y la cola.
5. Ensamblaje: Se unen los capsómeros para formar la cápside y el ácido nucleico penetra en ella, dando lugar a nuevos virus (de 50 a 200 fagos por célula infectada).
6. Lisis y Liberación: Los nuevos viriones provocan la rotura enzimática de la pared bacteriana y la muerte de la bacteria. Los virus liberados inician la infección de otras bacterias.

Ciclo Lisogénico

La infección se inicia como en el caso del ciclo lítico, pero el virus no destruye inmediatamente a la célula.

• Una vez que el ácido nucleico del virus penetra en la bacteria, se integra en el cromosoma bacteriano. A este fago integrado se le llama profago.
• El profago se replica pasivamente con el ADN de la bacteria.
• El ADN del profago puede permanecer en forma latente durante varias generaciones de la bacteria, hasta que un estímulo (rayos UV, aumento de temperatura, etc.) induzca la separación del profago, que iniciará un ciclo lítico típico.
• Mientras la célula posea el ADN profago, será inmune frente a infecciones de este mismo virus.
• Los fagos capaces de actuar como fuente de variabilidad genética se llaman fagos atenuados o atemperados, y a las bacterias que poseen ADN aportado por el fago se denominan bacterias lisogénicas.

Ciclo Reproductor de Virus con Envoltura

Ejemplos: Virus de la gripe o el SIDA (VIH). Las diferencias que este ciclo presenta están ligadas, en parte, a la existencia de la membrana externa o envoltura.

1. Adsorción y Penetración: Fusión de la envoltura del virión con la membrana plasmática de la célula huésped, lo que da lugar a la penetración en dicha célula de todo el virión, y no solamente del ácido nucleico, como en el caso del bacteriófago.
2. Descapsidación: Una vez en el interior, la nucleocápside se fragmenta y el ácido nucleico vírico (ARN o ADN) se apodera del metabolismo celular del organismo hospedante, que fabrica así nuevos ácidos nucleicos y proteínas.
3. Síntesis de Proteínas: Parte de estas proteínas son constituyentes de la cápside, que protegerá al ácido nucleico, en tanto que otras formarán la envoltura del virión.
4. Ensamblaje y Liberación por Gemación: Al producirse el ensamblaje del ácido nucleico y la cápside, el virión sin envoltura emigra hacia la membrana celular. Las proteínas que van a constituir la envoltura vírica han llegado a la membrana plasmática, donde en ciertas zonas han reemplazado a las proteínas de la célula huésped. Es precisamente a estas zonas alteradas de la membrana a las que se aproximan los viriones, y donde, mediante evaginaciones de la membrana (gemación), se liberan los nuevos virus de forma progresiva y conforme se van ensamblando. De esta manera, la célula puede sobrevivir un cierto tiempo hasta que se produzca su lisis.

Caso Especial: Retrovirus (VIH)

Los Retrovirus son virus con envoltura que presentan un genoma de ARN monocatenario y se replican de manera inusual a través de una forma intermedia de ADN bicatenario.

Este proceso se lleva a cabo mediante una enzima clave: la retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, que dirige la síntesis de ADN a partir de ARN y posee una importancia extraordinaria en la manipulación genética. Una vez que se ha pasado de ARN monocatenario a ADN, este se inserta dentro del ADN propio de la célula infectada, donde se comporta como un gen más.

Ciclo Reproductor del VIH (Virus del SIDA)

1. Fijación del virus a la célula.
2. Liberación del ARN.
3. Transcripción inversa (formación de hebra mixta ARN-ADN).
4. Formación de doble hélice de ADN.
5. La doble cadena de ADN entra al núcleo.
6. Síntesis de ARNm del virus y proteínas de la cápside.
7. Ensamblaje del ácido nucleico y la cápside.
8. Fase de liberación mediante gemación, quedando recubierto por la envoltura membranosa.

Agentes Infecciosos Subvirales

Viroides

• Son partículas infectivas constituidas por una pequeña molécula de ARN monocatenario (circular o lineal).
• No están protegidas por ningún tipo de cubierta, por lo que consisten en ARN desnudo.
• Infectan solamente a las plantas, a las que causan importantes enfermedades.
• El viroide es totalmente dependiente del metabolismo del huésped para su replicación.

Priones

• Están formados únicamente por proteínas infecciosas (carecen de ácidos nucleicos).
• Son proteínas con la misma o casi la misma secuencia de aminoácidos que la proteína normal, pero con una estructura tridimensional diferente. Actúan como agentes infecciosos cambiando las proteínas normales en defectuosas.
• Normalmente son proteínas de membrana de las neuronas, por lo que suelen causar enfermedades neurodegenerativas en animales. Ejemplos: encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las “vacas locas”), enfermedad de Creutzfeldt-Jacob, el Kuru.

Organización Celular Procariota: Las Bacterias

Las bacterias son células muy sencillas; carecen de núcleo y tampoco presentan orgánulos membranosos en el citoplasma. Son organismos unicelulares y se encuentran en todos los ecosistemas.

Estructura Bacteriana

1. Cápsula: Capa gelatinosa de naturaleza glucoproteica que rodea externamente a algunas bacterias. Es una protección contra la acción de los anticuerpos y la fagocitosis, y evita la pérdida de humedad. Las bacterias con cápsula son más virulentas (patógenas).
2. Pared Bacteriana: Proporciona forma, rigidez, protección, regula el paso de iones y soporta presiones osmóticas elevadas. Según su pared celular, las bacterias se clasifican en:

• Gram Positivas (Gram +): Formada por una gruesa capa de un peptidoglucano: la mureína.
• Gram Negativas (Gram –): Con una capa de mureína más fina, pero con una membrana externa sobre ella que constituye una bicapa lipídica.

Membrana Plasmática: Delimita el citoplasma y permite el paso selectivo de sustancias. Dirige la replicación del ADN e interviene en procesos metabólicos importantes como la respiración o la fotosíntesis. Se caracteriza por la ausencia de colesterol y la formación de mesosomas (invaginaciones hacia el interior de la célula). Citoplasma: Alberga en su interior el nucleoide, los plásmidos, ribosomas, vesículas de gas, gránulos, etc. Además, es el lugar donde se producen gran cantidad de reacciones metabólicas. Ribosomas 70 S: Sintetizan las proteínas. Pueden estar libres o formando polirribosomas. Inclusiones: Son gránulos de reserva (en época de abundancia) o residuos de su metabolismo. Están formadas de polisacáridos o gotitas de grasa. ADN Circular (Nucleoide): Molécula de ADN circular y doble, no asociado a histonas. Contiene la información genética. Plásmidos: Proporcionan información genética adicional, así como alguna característica ventajosa para la bacteria (ej. resistencia a antibióticos, facilidad para la conjugación). Apéndices (Flagelos y Fimbrias): Los flagelos otorgan movilidad a la bacteria, mientras que las fimbrias proporcionan adhesión a sustratos. Vesículas de Gas: Permiten la flotabilidad y desplazamientos verticales. Cromatóforos: Se localizan en las bacterias fotosintéticas y contienen las enzimas y pigmentos necesarios para la fotosíntesis.

Clasificación y Morfología Bacteriana

Existen dos grandes grupos de Procariotas:

• Dominio Archaea (Arqueobacterias): Engloba a los organismos más antiguos del Planeta, considerados “fósiles vivientes”. Viven en hábitats que parecen corresponder con los que existieron en la Tierra primitiva (ambientes termales, aguas extremadamente salinas, medios con pH extremos). Son conocidas como “Extremófilas”. La mayoría son anaerobias.
• Dominio Bacteria (Eubacterias): Son las bacterias típicas (ej. Escherichia coli), adaptadas a vivir en cualquier ambiente, terrestre o acuático. En las diferentes estirpes bacterianas pueden observarse todas las formas de nutrición conocidas.

Formas Morfológicas Comunes

La mayor parte de las bacterias adoptan formas características. Son unicelulares, pero también aparecen agrupadas cuando se mantienen unidas tras la bipartición:

• Bacilos: Alargados y cilíndricos, en forma de bastón.
• Cocos: De aspecto redondeado. Pueden aparecer aislados o en grupos: diplococos (grupos de dos), estreptococos (cadenas arrosariadas) o estafilococos (grupos arracimados).
• Vibrios: Muy cortos y curvados, en forma de coma.
• Espirilos: Con forma de hélice o espiral.

Organización Celular Eucariota: Microorganismos

Hay tres tipos de microorganismos eucariotas:

• Protozoos: Heterótrofos y sin pared celular.
• Algas Microscópicas: Autótrofos y con pared celular de celulosa.
• Hongos Microscópicos: Heterótrofos y con pared celular de quitina.

Protozoos

Los protozoos son microorganismos eucariotas, unicelulares, heterótrofos y sin pared celular.

• La mayoría son de vida libre en medios acuáticos o húmedos. Muchos tienen cilios, flagelos o emiten pseudópodos como órganos de locomoción.
• Algunos se han adaptado al parasitismo en animales y vegetales, produciendo enfermedades, o viven en simbiosis (ej. en el estómago de herbívoros).
• Toman la materia orgánica en disolución por pinocitosis o en estado sólido por fagocitosis.
• Se reproducen asexualmente (por bipartición) y sexualmente.
• Pueden originar estructuras muy resistentes, llamadas quistes, con las que sobreviven en condiciones adversas.