VIRUS Y VIDA - Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas

EN EL LIMITE DE LA VIDA
Un siglo de virus
V. PALLAS
Hans Boulenger 1600-1672;
Rijkmuseum
1898: INICIO DE LA VIROLOGIA
Maine
Rough
Riders
Rooselvet
ENFERMEDAD DEL MOSAICO DEL TABACO
1886 Adolf MAYER,
reproduce la enfermedad
conocida con el nombre
del mosaico del tabaco y
concluye que es una
bacteria.
1892 Dimitri IVANOWWSKI, el agente causal
podía pasar a través de un filtro que retiene
las bacterias: toxina.
1898 Martinus W. BEIJERINCK,
‘microorganism contagium vivum
fluidum’: VIRUS.
1898-9 Friedrich LOEFFER,
Demuestra la naturaleza
corpuscular de los virus
trabajando con la enfermedad
de la fiebre aftosa.
1910-14 Felix d’Herelle, (y Frederic Twort) descubre
los bacteriófagos, (del griego ‘phagein’: devorar).
“La mañana siguiente, tras abrir el incubador, experimenté uno de esos momentos de intensa
emoción que compensan al investigador de todas sus penas: de repente vi que el cultivo que la
noche anterior estaba completamente turbio aparecía ahora perfectamente claro: todas las
bacterias habían desaparecido, se habían disuelto como el azúcar en agua. Al tiempo que se
extendía el agar, no se observaba ningún crecimiento bacteriano y fue tal mi emoción que de
repente lo comprendí: lo que causaba las manchas claras era de hecho un microbio, un virus
filtrable, pero un virus que era parásito de las bacterias” (d’Herelle, 1949).
1929 H.H. McKINNEY,
introduce el concepto y el término de
mutacion.
1927 Expedición ‘Allison V. Armour’
1929 Francis O. HOLMES, demuestra la producción de lesiones locales:
cuantificación de los virus.
Los trabajos de McKinney habían demostrado que además de autorreproducirse, los virus
podrían mutar, y aunque no se podía demostrar que poseyeran actividad metabólica, existía
una tendencia a considerarlos como organismos vivos filtrables que causaban enfermedades.
Pero filtrables ¿hasta qué punto?.
1930-33 William J. ELFORD
Los virus presentan un tamaño mil
veces más pequeño que las células
Solapamiento con los organismos de
los biólogos en un extremo y con las
moléculas de los químicos en el otro:
No se podia trazar una clara línea que
dividiese las formas inanimadas de las
formas con vida.
1935-37 Wendell STANLEY
Los virus reducidos a objetos químicos.
. La pepsina inactivaba el virus solo en condiciones en las que la
enzima era activa como agente proteolçitico. “El virus del mosaico
del tabaco es una proteina, o algo muy estrechamente asociado a una
proteina, que puede ser hidrolizado por pepsina”
. Precipita una proteína cristalina infecciosa con sulfato de
amonio: proteína autocatalítica; con las propiedades del TMV.
. Cristales en forma de aguja: 20% nitogeno, pero no
carbohidratos; altamente infectivo y perdçia la infectividad a pH 1
o 11.8, o tras calentarlo a 94’C.
‘El virus del mosaico del tabaco puede considerarse
por tanto como una proteína autocatalítica que,
por el momento, debe asumirse requiere de la
presencia de células vivas para su multiplicación’
(Stanley, 1935).
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CRYSTALS ISOLATED AT PRINCETON BELIEVED UNSEEN DISEASE VIRUS; PLANT ORGANISMS SO TINY THEY SEEP
THROUGH PORCELAIN AND DEFY MICROSCOPE PRODUCED AS INFECTION-DUPLICATING PROTEIN BY DR. W. M.
STANLEY OF ROCKEFELLER INSTITUTE.
June 28, 1935, Friday
THE WEEK IN SCIENCE: INFLUENZA VIRUS IDENTIFIED; Disease Is Caused by Filtrable Organisms -- Soviet Inventors Are
Encouraged.
October 20, 1935, Sunday. By WALDEMAR KAEMPFFERT
SCIENTISTS HONOR ISOLATOR OF VIRUS; Chemist, 32, Gets Award for Discovering the Nature of Protein Causing Disease.
January 2, 1937, Saturday. By WILLIAM L. LAURENCE
THE WEEK IN SCIENCE: ANIMAL VIRUS CRYSTALLIZED; Experiments With Warts Another Step Toward Fathoming Mystery-Earliest Known Man
March 7, 1937, Sunday. By WALDEMAR KAEMPFFERT
- TWO years ago Dr. W. M. Stanley of the Rockefeller Institute made the sensational discovery that the mosaic virus of the tobacco plant can be
crystallized. and the crystals can induce the mosaic disease in healthy tobacco plants.
VIRUS ISOLATIONS AID DISEASE STUDY; New Fields Open in Paralysis, Cancer Research, Stanley Tells Medical Parley.
April 23, 1937, Friday
- A new scientific approach to the study of virus diseases, such as infantile paralysis and the common cold, has been opened up, Dr. W. M. Stanley of
the Rockefeller Institute for Medical Research said today, in the isolation of a virus which is both living and non-living.
DISEASE CLUE FOUND IN GIANT MOLECULE; Dr. W. M. Stanley Traces Horse Encephalitis to Protein Unit, Opening a New Field.
November 6, 1937, Saturday. By WILLIAM L. LAURENCE
VIRUSES AND LIFE. November 7, 1937, Sunday
- At Philadelphia last week Dr. W. M. Stanley of the Rockefeller Institute's Princeton station reviewed the present state of our knowledge of the
mysterious viruses which cause some plant diseases as well as infantile paralysis, yellow fever, rabies and encephalitis.
NEW DISEASE CLUE STIRS SCIENTISTS; Dr. W. M. Stanley's Talk Dealing With Giant Molecule Has Far-Reaching Implications.
November 7, 1937, Sunday
‘En 1935 Dr. W.M. Stanley del Instituto Rockefeller hizo un descubrimiento
que marca una época en la ciencia comparable con el descubrimiento de
Pasteur sobre el origen bacteriano de las enfermedades o del de Schleiden y
Schwann de que los animales y las plantas están hechos de células…Aquí….es
una sustancia química que se puede mantener en una botella sin mostrar
signos de vida. Pero si se le proporciona el alimento adecuado puede autoreproducirse. Claramente, se ha estrechado muchísimo la distancia entre la
química y la vida’
John B. S. Haldane (Sunday Chronicle)
Herman J. Muller
“….Stanley y Loring demostraron el pasado año
que la sustancia (u ‘organismo’) que causa la
enfermedad conocida como el mosaico del tabaco y
también la de del tomate (y sin duda la de tantos
otros organismos superiores) puede ser obtenida en
forma cristalina, aparentemente, como una proteína
pura. Entendemos que este material tiene las
propiedades de un gen, en tanto que puede
autorreproducrirse, esto es, sufrir autosíntesis
cuando está presente en una célula y es
probablemente mutable, puesto que se conocen
diferentes ‘especies’ del mismo. Podemos
provisionalmente asumir, por tanto, que representa
un cierto tipo de gen”.
1936 F.C. (Fred) BAWDEN y N.W. (Bill) PIRIE,
La preparaciçon cristalizada tenia menos nitrogeno
(16,7% frente al 20% de Stanley) PERO
presentaba trazas de elementos que Stanley no habia
detectado: azufre (0.2 a 0.7%); fosfor (0.5%) y
carbohidratos (2.5%).
Precipitaron un cristal constituido de proteína y
ACIDO NUCLEICO:
NUCLEOPROTEÍNA DE TIPO RIBOSA.
En contra de la hipótesis del tetranucleótido.
“Hay pocas dudas acerca de la negativa (se refiere a Stanley y sus partidarios) a
asignar un papel al ácido nucleico. Tras una fase en la que se había pensado en los
polisacáridos como los principales vehículos de la especificidad, las proteínas estaban
ganando importancia. Ello fue debido fundamentalmente al progreso realizado en la
inmunología y en la purificación de los enzimas por Northrop y sus colegas en el
Instituto en el cual trabajaba Stanley. Aquellos que asumían que la naturaleza debe ser
simple no estaban dispuestos a admitir que la especificidad estuviera contemplada en
dos componentes cuando lo podía hacer uno solo. Además, muchos pensaban que la
hipótesis del tetranucleótido era un hecho. Cuando estuve trabajando en el Rockefeller
en 1936 solía encontrarme a Levene con frecuencia en su oficina…Cuando le bromeé
acerca de ‘La hipótesis’, que yo solía ridiculizar en mis clases de Cambridge, el sonrió y
me dijo: después de todo, yo sólo lo llamé una hipótesis” (Pirie, 1984).
1939 G.A. KAUSCHE y Helmut RUSKA
observaron partículas víricas por primera vez al microscopio electrónico.
1941 Mejoras posteriores al incluir
sustancias fijadoras como el tetróxido de
osmio: 15nm de ancho por 280 nm de largo.
1941 Se observaron
también por primera
vez los bacteriófagos al
m.e.
En el ADN esta la información de la herencia
1951, Alfred HERSHEY y Marta Chase
El código genético residía en el ADN y no en las proteínas
ESTUDIOS SOBRE LA ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
1941, J.D. BERNAL Y FANKUCHEN
Patrones de difracción sugerían cierta regularidad en la
estructura y dedujeron la existencia de virus con forma
alargada (TMV) y otros que parecían tener una forma esférica.
1954 WATSON y CRICK , el
TMV presenta una estructura
helicoidal, aunque no pudieron
determinar el número de
subunidades por vuelta.
1956 CRICK y WATSON,
proponen que la proteína
de cubierta de los virus
esféricos más simples
estaba basada en el diseño
de poliedros regulares.
1956 Rosalind FRANKLIN, determina lo localización exacta del ARN
en la partícula viral: no ocupaba el agujero central dejado por la
envuelta proteica sino que se situaba embebido en ésta acompañando su
naturaeza helicoidal.
1956, Donald CASPAR y Aaron KLUG
Deciden trabajar con virus esféricos, que
forman cristales verdaderos.
Reunión Internacional de Cristalografía
celebrada en Madrid: consideran a la
partícula viral como un tipo de cristal hecho
de idénticas subunidades unidas de idéntica
forma.
El número máximo de subunidades idénticas
que se pueden disponer en un cristal de
simetría icosaédrica es de 60.
Este tipo de estructura representa una de las
pocas formas en que objetos asimétricos se
pueden acomodar en forma simétrica sobre
la superficie de una esfera.
Estructuras geodésicas del arquitecto Buckminster Fuller: domos de Fuller
Concepto de quasi-equivalencia: La superficie de una esfera es subdividida en
pequeños triangulos que se disponen en una simetría icosaédrica.
EL ARN COMO MATERIAL PORTADOR DE
INFORMACION GENETICA
1955 Heinz FRAENKEL-CONRAT y
WILLIAMS y
1956 GIERER y Gerhad SCHRAMM,
demostraron por primera vez que el RNA
desnudo era el agente infeccioso
(Experimentos de reconstitución;
posteriormente de virus híbridos).
“La evidencia más convincente de que el ARN es el responsable de la
construcción específica de las proteínas proviene del reciente trabajo realizado
en el virus del mosaico del tabaco por Fraenkel-Conrat y sus colegas en la
Universidad de California y por Gerhard Schramm y colegas en la Universidad
de Tübingen. Han separado el ARN de las proteínas y usado el ARN,
separadamente y en combinación con diferentes proteínas, para generar una
progenie viral. Han demostrado que el ARN solo, inoculado en plantas de
tabaco, es capaz de reproducir el virus. La progenie resultante en la planta
infectada tiene la proteína correspondiente a la cepa del virus de la cual se
obtuvo el ARN, aunque la planta jamás había ‘visto’ esta proteína
anteriormente.”
Francis Crick, 1957 en Scientific American
EL TMV Y EL CODIGO GENETICO
- 1960-62.El ARN del TMV como herramienta para el análisis y función de
los ácidos nucleicos. Karl W. Mundry, colaborador de A. Gierer.
Método para inactivar el ARN del TMV con ácido nitroso
Resultados presentados en el IV Congreso Inter, de Bioquimica
En Viena 1958.
“Tan pronto como tengamos informacion definitiva relativa a la parte final de la
cadena polinucleotídica, esto es, la porción que codifica para el cambio de
prolina a leucina, tendremos la primera información de lo que podríamos
llamar el código del lenguaje de la vida” (W. Stanley).
- Marshal Nirenberg (NIH, Bethesda); sistema de
traducción libre de células en E.coli: ARN
ribosomal, ARN de TMV; poly U
poly Phe. (1961).
- Sistema genético de F. Crick y S. Brenner basado en
una colección de mutantes del bacteriófago T4.
VIRUS Y TRANSCRIPTASA REVERSA
- Años 70: dogma de la biologia molecular:
ADN
ARN
PROTEINA
La mayoría de los genes de organismos eucariotas están interrumpidos en
el cromosoma por secuencias de ADN aparentemente inútiles que
ocasionan discontinuidad del mensaje genético: INTRONES (W. Gilbert).
La información sí que aparecía de manera contínua en la molécula
intermediaria ARNm.
- Howard M. Temin, U. de Wisconsin.
- David Baltimore, I.T. M.
Virus del sarcoma de Rous:
Ciertas células de los pájaros se
vuelven cancerosas
VIRUS Y VIDA
Eckard Wimmer,
Prof U. N.Y. y Consejero del Pentágono USA.
“Replicación y Patogénesis de un compuesto químico”
C332.662H492.388N98.245O131.196P7.500S2.340.
- “Desde que me interesé por los virus hace 35 años, estuve convencido de
que eran casi un ser vivo por un lado, pero poco más que un compuesto
químico por el otro; algo muy parecido a un veneno, con la diferencia de
que los virus pueden multiplicarse. No lo ven así quienes me critican por
haber hecho esto, o por haberlo publicado”.
VIRUS Y VIDA
NASA:
“La vida es un sistema químico auto-sostenido
capaz de sufrir evolución Darwiniana”.
- Los virus no son autosostenibles; necesitan un entorno celular para iniciar
sus ciclos de reproducción y evolución: parásitos.
- Pasan de un estado inerte potencialmente vivo a un estado vivo cuando
infectan una estructura viva.
SEMILLLA
- Sí que son capaces de experimentar evolución darwiniana.
Número de genes mínimo que podrían permitir la vida tal
como la conocemos hoy:
- Organismo mínimo: Micoplasma genitalium.
Número genes mínimo para su viabilidad: 265-350.
(Craig Venter).
En B. subtilis: 217 (Dusko Ehlirch, INRA).
- En bacterias endosimbióticas de insectos: 206 (A. Moya,
A. Latorre; U. Valencia).
Clases de genes: Encargados de la replicación del ADN,
de la traducción y genes relacionados con importantes
rutas metabólicas (glucolisis, obtención de energía).
VIRUS Y VIDA
Número de genes de muchos de los virus animales que
conocemos hoy tienen alrededor de 200 genes.
Didier Raoult, U. Mediterraneo de Marsella
Mimivirus; Mimicking microbe. Secuenciado en 2004: ADN dc 1.000.000 pares
de bases: 1.000 genes.
Genoma 2.5 veces mas grande que el más pequeño de los procariotas
conocido:
-Enzimas de las rutas de reparación del ADN, síntesis de polisacáridos.
- Relacionados con componentes de la maquinaria de traducción celular
(factores de iniciación, de elongación, de liberación peptídico..).
…sin duda desafían la frontera establecida entre los virus y
los organismos parásitos celulares.
VIRUS Y VIDA (……..evolucion darwiniana.)
Mutación y Recombinación.
TASAS DE MUTACION (C. WEISMANN; U. ZURICH)
GENOMA CELULAR 10-10.
GENOMAS DE RNA 10-3: un error por cada 1.000 a 10.000 incorporaciones.
Principal fuente de variabilidad del virus del SIDA (HIV).
Fármacos dirigidos contra:
-transcriptasa inversa (AZT, ddC, ddI):
terapia triple convergente.
- proteasa.
VIRUS Y VIDA (……..evolucion darwiniana.)
Recombinación
2003 Corea del Sur confirma la detección de un tipo de
fiebre aviar altamente contagiosa:
160 personas y mas de 200 millones de aves muerto o
sacrificado.
H5N1
Mutación lenta y gradual: Deriva antigénica
Cambio brusco y rápido: Cambio antigénico
PANDEMIAS
VIRUS Y VIDA (……..evolucion darwiniana.)
- 1918 Gripe Española (H1N1): 40 millones de personas. Fue una gripe del pollo
cuyo virus se mezcló con la gripe humana vulgar y se adaptó sutilmente a nuestra especie.
- 1957 H2N2; gripe asiática.
- 1968 H3N2; la gripe de Hong Kong.
- 1976-77 reaparece H1N1.
- Jeffery Taunbenberger, 2005;
I. de Patología Fuerzas Armadas.
- Soldado muerto en 1918: 5 genes.
Johan Hultin
Brevig Mission 1918; el 85%
población joven murió de
forma fulminante.
Virus Emergentes
VIROTERAPIA
- AGRICULTURA: Biotecnología Vegetal. Expresión de proteínas.
- SALUD: .Terapia Génica como vehículos terapéuticos:
- Prevenir y tratar el cáncer.
- Cura de enfermedades degenerativas.
- Tratamiento de la adicción a la cocaína.
-NANOTECNOLOGÍA o en Ciencia de Materiales:
Nanocables con propiedades semiconductoras.
Los virus son las entidades biológicas más abundantes del planeta.
1031 virus en la Tierra.
Cada mm3 de agua de mar: millones de bacterias y 10 millones de vrius.
Los virus son las entidades biológicas más abundantes del planeta.
1031 virus en la Tierra.
Cada mm3 de agua de mar: millones de bacterias y 10 millones de vrius.
Hay virus que podrían tener una relación de simbiosis más mutualista
que parasitaria con el huésped.
Luz u.v inutiliza los sistemas funcionales de ciertas cianobacterias y algas:
Desregulación del proceso de fotosíntesis y del metabolismo celular.
Algunos cianófagos codifican versiones víricas de esta enzima más resistentes:
Se beneficia el huésped para resistir el efecto nocivo de la luz u.v.
Curtis Suttle; influencia de los virus en el ciclo de carbono en los océanos:
Virus marinos albergarían 270 millones de toneladas de carbono.
Papel relevante en el control del fito- y bacteria-plancton y por tanto en la
Producción de Oxígeno y dimetil-sulfuro atmosférico:
REGULACIÓN DEL CLIMA.
EN EL LIMITE DE LA VIDA
Un siglo de virus
V. PALLAS
Hans Boulenger 1600-1672;
Rijkmuseum
DEFINICIÓN DE VIRUS
BAWDEN (1950) ‘Un patógeno obligatoriamente parásito con dimensiones <200 µ’
LURIA (1953) ‘Entidades submicroscópicas capaces de introducirse en células específicas y
de reproducirse sólo dentro de esas células’
LWOFF y TOURNIER (1966)
1) P.V. maduras tienen sólo un tipo de ácido nucleico (DNA o RNA).
2) P.V. se forman a partir de su único A.N. mientras otros agentes crecen a partir de la
suma integrada de distintos constituyentes por división celular.
3) P.V. son incapaces de crecer o sufrir fisión binaria.
4) Carecen de la información genética necesaria para la síntesis de sistemas esenciales tales
como la producción de energía.
5) Los virus hacen uso de los ribosomas de sus células huésped.
VIRUS VEGETALES
Agentes causales de una serie de enfermedades de
plantas superiores, normalmente constituidos por un
componente de naturaleza genómica (DNA o RNA) y un
componente de naturaleza protéica.
Incapaces de perpetuarse en ausencia de un entorno celular.
Parásitos moleculares de la maquinaria traduccional
de la célula.
Hans Boulenger
1600-1672
Rijkmuseum