viernes, 15 de marzo de 2013

Mutacions en virus amb RNA




MUTACIONS EN VIRUS AMB RNA
Irene Garcia, Carola Grau, Aina Borràs, Eva Irene Ibars


Introducció
Els virus són agents biològics que no disposen de metabolisme propi i depenen de la cèl·lula hoste per a la seva replicació. Són capaços de reconèixer a la cèl·lula i d’entrar en ella, utilitzant els sistemes de transport intracel·lular, de traducció i modificació de proteïnes.
Contenen un material genètic basat en DNA o RNA  presentat en forma de cadena simple o doble i està envoltat per una càpsida proteïca.
Tots els virus de DNA són bicatenaris (ds), excepte els parvovirus, que són monocatenaris (ss); pel contrari tots els virus de RNA són monocatenaris (ss) excepte els reovirus, que són bicatenaris (ds).


Els virus RNA
Els virus d'RNA són aquells que utilitzen l'àcid ribonucleic (RNA) com material genètic, o bé que en el seu procés de replicació necessiten l'RNA. L’àcid ribonucleic està constituït per la unió de nucleòtids formats per una pentosa, una ribosa i bases nitrogenades (Adenina, Guanina, Citosina i Uracil).

Generalment els virus es classifiquen en funció de les característiques morfològiques, les propietats estructurals, físiques, antigèniques i biològiques del virió, així com la transmissió i la patogenicitat.
La classificació de Baltimore és la més utilitzada, però aquesta es basa en el mecanisme de producció d'RNAm. Els virus han de generar ARNm del seu genoma per produir proteïnes i replicar-se. I cada família de virus utilitza  diferents mecanismes.
Així doncs els virus d'RNA pertanyen als grups del III-VI de la Classificació de Baltimore (Figura 1):



Figura 1. Classificació de Baltimore dels virus amb RNA.
- Grup III: Virus RNA bicatenari. Porten com a part del virió una transcriptasa viral que es una RNA polimerasa que utilitza per, a partir de la hebra negativa del RNA bicatenari, fabricar el RNAm. A més de ser un enzim es una proteina estructural, ja que forma part de la càpside, per això unicament es replica si a la cèl·lula entra la càpisde juntament al genoma víric. Famílies principals: Reoviridae: infecten les vies respiratòries i el tub digestiu (gastrointeritis comuna en nens petits) i Birnaviridae: afecten a animals.

- Grup IV: Virus RNA monocatenari positiu. Són virus simples. Famílies principals: Caliciviridae (causants de gastrointeritis en humans), Picornaviridae (refredat comú), Flaviviridae: són virus que es propaguen per vectors artròpodes (febre groga, refredat comú, dengue i hepatitis C)  i Togaviridae.

- Grup V: Virus RNA monocatenari negatiu. Contenen una RNA polimerasa dependent d'RNA d'una cadena. Dins de la cèl·lula infectada formen l'RNA complementari al seu genoma i que actua d'RNAm. És un grup amb varies famílies causants de malalties com: l'èvola, el sarampió, la rabia i la grip. 

- Grup VI: Virus RNA monocatenari retrotranscrit. Tenen una transcriptasa inversa que d'un genoma RNA transcriu una molècula de DNA, primer d'una sola cadena i després de dos. Posteriorment, i utilitzant els enzims cel·lulars forma un missatger. Aquests virus són capaços de penetrar en el núcli de les cèl·lules, insertant-se en els cromosomes de les cèl·lules. Famílies principals: Retroviridae.


Mecanismes de variabilitat genètica
Els virus poden patir variacions genotípiques que poden ser produïdes per dos mecanismes fonamentals: mutacions o recombinacions

- Recombinació genètica: és una interacció donada entre els genomes de dos virus actius relacionats. Aquests procés és més freqüent en virus amb genomes no segmentats i és la principal causa de la variabilitat genètica rápida.

- Les mutacions: són modificacions del genoma produïdes per l’alteració de la seqüència de bases. 

Es produeixen en general per un aparellament incorrecte durant el procés de replicació i poden afectar un sol nucleòtid (mutacions puntuals) o a un gran nombre d’aquests (Pumarola 1987 [1])
Es produeixen per errors de les RNA-polimerases que careixen d'activitat correctora exonucleasa 3'-5'. Les taxes de mutació fan referència a la freqüència en la que es dónen les mutacions durant la replicació del genoma i és un excel·lent paràmetre per a mesurar el grau de mutabilitat dels diferents tipus de virus.

Tipus de mutacions
- Mutacions puntuals: és el tipus de mutació més freqüent. Suposa el canvi d’una base

nitrogenada per una altre, o bé la inserció o la deleció d’una base nitrogenada. Els efectes d’una mutació puntual poden ser molt diversos:

o  Transicions: canvi d’una base púrica per una altre púrica, o una pirimidínica per una altre pirimidínica.

o Transversions: canvi d’una base púrica per una pirimidínica o viceversa.

- Insercions o delecions: inclusió o pèrdua d’una base amb la consecuent pèrdua de lectura del codi genètic.

- Amplificació genètica: increment del nombre de còpies d’un gen dins el genoma. Implica alteracions cromosòmiques incrementant l’expressió del gen i un increment de la proliferació cel·lular.
- Translocacions: implica ruptures cromosòmiques i la seva posterior unió a cromosomes diferents. Aquest mecanisme produeix proteïnes quimèriques que poden activar la síntesi de productes anormals.


 - Sobreexpressió: existeix un augment de la transcripció d’un gen i de la posterior producción de proteïnes.



Mutacions en virus d'RNA 
Els virus han estat tradicionalment apartats en l’investigació de la biologia de la evolució, però poc a poc i a mesura que la ciència ha anat avançant, han anat guanyant importància.  En concret i aprofundint en el nostre tema els virus d’RNA, sota condicions experimentals apropiades, estan sent utilitzats per examinar molts principis de la teoria evolutiva. La seva ràpida velocitat de mutació, el seu temps de generació curt i les seves grans dimensions de permeten anar esbrinant el fenomen evolutiu.
Els virus d’RNA  són els més abundants en la biosfera, estan associats a un important i gran número de malalties de l’home, dels animals i de les plantes. La seva complexitat es mesura per la longitud del seu genoma, i està compresa entre 3 i 30 kilobases (kb). 
Com ja hem comentat amb anterioritat i remarcant-ho, les taxes de mutació dels virus de DNA són de 10–8 - 10–6  μs/n/c i dels virus d’RNA són de 10–6 - 10–4 μs/n/c. Hi ha una relació inversa entre la taxa de mutació i la mida del genoma dels RNA. També cal esmentar que la taxa de mutació dels retrovirus no és menor a la d’altres virus d’RNA, ja que hi han hagut confusions.

Els canvis en el genoma produïts per substitucions de nucleòtids són, per promig, quatre cops més comuns que les insercions i que les deleccions.


La taxa de mutació és un paràmetre que serveix per comprendre l’evolució viral i té una gran importància. Per exemple, l’estimació de la taxa de mutació del virus de l’VIH-1 va demostrar que una sola mutació pot proporcionar resistència a un fàrmac. A més a més els virus amb grans taxes de mutació es poden combatre mitjançant l’injecció de mutàgens, aquesta estratègia es coneix com: Mutagenesi letal, i ha estat eficaç contra varis virus d’RNA (enterovirus, aphtovirus, vesiculovirus, hantavirus, arenavirus i lentivirus) (Sanjuán, Nebot, Chirico 2010 [2]).

La taxa de mutació dels virus també té un important paper en l’avaluació de les estratègies de vacunació possibles i per tant, estan implicats en la determinació del risc d’una malaltia infecciosa.
La replicació dels virus composats per RNA monocatenari segueixen un esquema ben simple (Figura 2). Quan una cèl·lula és infectada amb una o més partícules del virus, cada genoma infectat és copiat iterativament acumulant-se. Posteriorment, les cadenes complementaries formen filaments amb la mateixa polaritat que la cadena inicial, sent empaquetats i alliberats.
Figura 2. Acumulació de les mutacions durant una infecció. O: Genomes no mutats. ①:Genomes amb una sola mutació. ②: Genomes amb dues mutacions.

Per al càlcul de les taxes de mutació es duen a terme diferents mètodes en funció del tipus de virus, però degut a la gran complexitat d’aquestes no hi podem aprofunditzar. Cal dir la quantificació de les taxes ha estat molt difícil per virus amb virus amb RNA per la petita dimensió del seu genoma.

La fórmula final emprada és la següent: 

f =2 c μ  


 (f = freqüènciade mutació / c= número de cicles d’infecció de la cèl·lula / μ = taxa de mutació per còpia.)

 Existeix una relació inversa entre la mida del genoma i la taxa de mutació per nucleòtid (Drake, Holland 2010 [3]). És a dir, els organismes amb un gran genoma presentaran una major mutabilitat que els organismes amb un genoma menor(Imatge 3)

Figura 3. Relació entre la taxa de mutació i la mida del genoma, amb els grups principals de virus. També estan representats els valors per viroides i bacteris. El valor de la taxa de mutació s’expressa com el número de substitucions per nucleòtid (μs/n/c).

En el gràfic es pot observar com els virus d'RNA presenten una taxa de mutació major als virus amb  DNA. 
Els virus amb una major taxa de mutació són els bacteriòfags ss(+) i amb RNA, que presenten una taxa de 1,1 x 10–3 (μs/n/c), és per aquest motiu que aquests virus s'han utilitzat per al desenvolupament de la Biologia molecular i han permès l'estudi de les mutacions.
Cal destacar l'elevada taxa de mutació que tenen els Retrovirus. Aquests integren un DNA intermediari del seu genoma d'RNA en el genoma de l'hoste, i gràcies a l'acció de les DNA polimerases de  la cèl·lula hoste tenen major possibilitats de corregir errors en el seu genoma. 
Tot i que generalment l'RNA muti ràpidament, estudis recents han demostrat que el virus del SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) i altres virus relacionats contenen un gen que muta molt a poc a poc. El gen en qüestió té una estructura tridimensional complexa que es creu que proporciona una funció química necessària per a la propagació del virus.

Els virus VIH i Influenza


Hi ha una gran varietat de virus RNA amb mutacions molt variables que donen lloc a microorganismes que poden arribar a ser extremadament nocius i perillosos pels homes o animals. Alguns d’aquests son el virus del VIH i el de la influenza, que poden donar lloc a malalties com la sida i la grip. Ambdós pertanyen a la família dels orthomyxovirus i tenen el genoma segmentat. Certes mutacions d'aquests virus poden pràcticament convertir-los en invisibles pel sistema immunitari.

Virus Influenza (Grip)

La influenza es una malaltia respiratòria greu produïda per un virus RNA  de la família dels Orthomyxoviridae, causant de greus pandèmies.Aquest virus té una alta capacitat de mutació i existeixen diferents variants (influenza A, B, C).
L’RNA polimerasa del virus està constituïda per res proteïnes: PB2,PB1 i PA. Aquesta, té una activitat endonucleasa i està unida a RNP. L’hemaglutinina és una glicoproteïna que serveix de receptor  al àcid siàlic i indueix la penetració de partícules virals. És el lloc antigènic més important del virus. Algunes de les mutacions en influenza es produeixen en el lloc antigènic d’aquesta proteïna, inhibint o reduint la unió d’anticossos. Aquest tipus de mutacions expliquen les epidèmies estacionals en climes freds.
És també possible que es produeixi un reemplaçament d’un subtipus d’hematoglutinina H1 (H,C, PS, AD) pel subtipus H5 (PS,AD); del qual en resulta la formació d’un virus mosaic. Aquesta situació es pot produir quan la cèl·lula es infectada per diferents virus al mateix temps i els seus segments genòmics son intercanviats durant la replicació. Degut a l’alta capacitat de canvi del virus les proteïnes virals de superfície mostren de manera natural notables variacions antigèniques. Això té efecte sobre el tipus d’hostes que poden ser infectats, així com en la virulència i l’evasió de la resposta immune.

Virus VIH

El virus VIH, virus del sida, que te com a material genètic una cadena simple de RNA, d’aproximadament 9000 nucleòtids i la taxa de replicació d’individus afectats ha estat aproximadament de 109 virions diaris. Això significa que cada mutació puntual apareix 105 vegades al dia en un individu infectat pel virus VIH. Com a conseqüència d’això actualment es diu que el VIH existeix com una quasiespècie.

Tant el virus del sida com el virus de la grip, són orthomyxovirus, una excepció del genoma de RNA que poden entrar al nucli a replicar-se.

La elevada mutabilitat d’aquests virus, proporciona una gran diversitat de variants.Les mutacions que ajuden al VIH a romandre ocult al sistema immunitari soscaven al mateix temps la capacitat del propi virus per a replicar-se. Quan el VIH infecta una cèl·lula, un complex de proteïnes HLA alertena a les cèl·lules T amb mostres de la coberta del virus, que en reconeixen els fragments  i es preparen per atacar-lo.
Hi ha diverses mutacions que donen lloc a varietats de proteïnes HLA en les quals el virus es muliplica menys que en d’altres variants. En aquests casos, el virus VIH muta tres aminoàcids que les cèl·lules T necessiten per reconèixer les cèl·lules infectades, provocant que aquestes resulin inadvertides pel sistema immunitari. 


 Conclusions
Els virus RNA tenen una major nombre de mutacions que els virus DNA, mitjançant la taxa de mutació podem arribar a quantificar-les.
La majoria de les mutacions puntuals són imperceptibles i no varia un gen, però d’altres poden conferir avantatges evolutius com ara la resistència als medicaments antivírics. 
Aquestes mutacions han permès la perpetuació de molts organismes al llarg de l'evolució.
Tant els virus del VIH com l'Influenza són exemples de virus RNA que provoquen greus problemes a la societat, fet que fa que estiguin en constant investigació.

Referències 
- [1] PUMAROLA, A. RODRÍGUEZ-TORRES, A. Microbiología y parasitología médica. 2ª ed. Espanya: Salvat, 1987.

 - [2] SANJUÁN, R., NEBOT, M., CHIRICO, N. (2010) Viral mutation rates. “American society for microbiology” vol. 84 nº. 19 9733-9748.

- [3] DRAKE, J., HOLLAND, J. (1999) Mutation rates among RNA viruses. "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America" vol. 26 nº24.



Bibliografia



- DAVIS, Bernard. Tratado de microbiologia. 3ª ed. México: Salvat, 1990. Consultat el 28 de febrer de 2013

- CARRASCO, Luís. ALMENDRAL DEL RÍO, José Mª. Virus patógenos. 1ª ed. Madrid: Hélice,2006.
Consultat el 28 de febrer de 2013



- PRATS, Guillem. Microbiología clínica. 1ª ed. Madrid: Medica Panamericana. 2005.
Consultat: 28 de febrer de 2013


- BROCK, Thomas. Biology of microorganisms. 5ª ed. New Jersey: Prentice Hall. 1988.
Consultat: 28 de febrer de 2013


- PRIMORSE, S. Introducción a la virología moderna. 1ª ed. Madrid: Hermann Blume Ediciones.1976
Consultat: 28 de febrer de 2013


-ROSER Y., Sanier. Microbiología. 2ªed. Reverté, S.A., 1996.
Consultat: 28 de febrer de 2013

Webgrafia
Consultat: 5 de març de 2013
Publicado por en

8 comentarios:

  1. Frederic1 de abril de 2013 a las 13:31

    El treball és molt poc precís i massa general, falta aprofundir en alguns aspectes. Hi ha un error referent als virus amb RNA. Segons la classificació de Baltimore que vam veure de manera molt introductòria a classe de grup gran, els virus RNA de doble cadena són els Reovirus i els Birnavirus, aquests darrers us els heu deixat (diapositiva 24 del power point del tema dels virus). No cal tornar a explicar el cicle viral perquè això ja s’ha vist a classe. És important aprofundir en el treball en aspectes nous que no s’hagin tractat a classe. Per exemple, com afecten els mecanismes de replicació (segons la classificació de Baltimore, grups III a VII) dels genomes de virus RNA en la taxa de mutació?. Tots aquests virus presenten taxes de mutació equivalents o hi ha alguns grup on la taxa de mutació durant la replicación del genoma és més alta?. Com afecta el fet de tenir el genoma segmentat en alguns virus RNA en la taxa de mutació i en la generació de progenies víriques?. Crec que les conclusions són massa generals i hauríeu de poder aprofundir més si reorienteu el treball. No té sentit exposar el treball per després presentar unes conclusions que són massa evidents. Les figures han de ser referenciades en el cos del text. La bibliografia ha d’estar numerada i degudament referenciada en el cos del text on es descriu aspectes del treball que s’han obtingut a partir d’una determinada font bibliogràfica.

    ResponderEliminar
  2. Unknown3 de mayo de 2013 a las 13:11

    Avaluable

    Per què la taxa de mutació és més alta en virus de RNA que en els virus de DNA? Perquè els fags ss(+) tenen una taxa més elevada? És per la seva RNA poimerasa o transcriptasa inversa? Els ambients dels virus influeix en les mutacions?

    Perdó per fer tantes preguntes.

    Ester Domene

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Unknown10 de mayo de 2013 a las 7:14

      La taxa de mutació en virus RNA és més elevada ja que no disposen de DNA-polimerasa, aquesta té activitat exonucleasa podent així corregir errors.
      Les mutacions en virus RNA es produeixen per errors de les RNA-polimerases que careixen d'activitat correctora exonucleasa 3'-5'. Per tant si es produeix una mutació aquesta no pot ser reparada.

      Eliminar
  3. Unknown6 de mayo de 2013 a las 10:22

    (Avaluable)

    Hi ha alguna diferència de virulència i infectivitat entre virus monocatenaris i dicatenaris?

    Natàlia Muñoz Garcia

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Unknown10 de mayo de 2013 a las 14:09

      Sobre la virulència i inefectivitat que provoquen les mutacions en virus monocatenaris i dicatenaris, hem trobat molt poca informació.
      Les mutacions poden ser molt diverses i poden afectar de diferent manera als virus, poden aportar beneficis adaptatius o bé perjudicar als virus disminuïnt la seva virulència.
      Sabem que els virus monocatenaris presenten un major índex de mutació però no podem afirmar que aquests siguin més o menys virulents.

      Eliminar
  4. Anónimo6 de mayo de 2013 a las 10:51

    Evaluable:

    ¿ A que se debe que la recombinación genética sea mas frecuente en virus con genomas no segmentados?

    Sara Muriel Goñi

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Unknown7 de mayo de 2013 a las 14:17

      Hem trobat un error en la informació que hem donat. La recombinació genètica és més freqüent en virus amb genomes segmentats.
      Quan infecta l'hoste el segments del genoma penetren dins.En el cas d'una segona infecció per part d'un virus diferent al mateix hoste, al formar els virions podrien encapsidar-se segments dels dos virus donant a lloc a virions amb característiques diferents als originals.

      Eliminar
  5. Anónimo10 de mayo de 2013 a las 14:01

    Carlota Aguilera Ordóñez, avaluable.

    Heu esmentat que els virus de dRNA presenten taxes de mutació més elevades que els virus de DNA, podem pensar que aquests virus de dRNA presentara, aleshores, més resistències a la vacunació/immunitat de les persones?

    D'altra banda, donat que aquests son més senzills (per tenir cadenes monocatenaries), creieu que l'indústria farmacèutica els podria utilitzar a favor seu? És a dir, induir-hi mutacions en les seves cadenes de RNA y fer-los més virulents i, així, poder fer "el negoci" amb les vacunes?

    ResponderEliminar

Suscribirse a: Enviar comentarios (Atom)