epidemiologia molecular del virus herpes simplex

Rev. Méd. Hosp. Nat. Niños Costa Rica 1 y 2 (25): 37-46, 1990.
Epidemiología molecular del
virus Herpes Simplex
Dra. Teresita Somogyi*
La biología molecular ha tenido un desarrollo vertiginoso en los últimos años,
permitiendo avances importantes en el campo de las enfermedades infecciosas en
aspectos diversos que van desde el descubrimiento de nuevos agentes infecciosos y su
participación en las diversas patologías hasta el desarrollo de nuevas técnicas de
diagnóstico de laboratorio. Así mismo ha sido una herramienta importante para
elucidar conceptos básicos sobre la patogénesis de las enfermedades infecciosas y
aspectos relacionados con su tratamiento, prevención y epidemiología.
La presente revisión pretende facilitar el análisis de las publicaciones científicas
relacionadas con la epidemiología de los virus Herpes Simplex (HSV), ampliando
algunos de los conceptos básicos de la biología molecular empleados en ellos,
permitiendo así una mejor accesibilidad y comprensión del tema.
Los HSV infectan al hombre y son de distribución mundial. La infección por
HSV es importante en términos de morbilidad y mortalidad en las diferentes
poblaciones (1). No se asocian por lo general con enfermedad clínica aparente: sin
embargo, en ciertos casos, la destrucción de tejido puede ser extensa y la infección
puede ser fatal. En la mayoría de los casos en que se presentan manifestaciones
clínicas, éstas se localizan en el sitio primario de inoculación (5, 14). Es importante
señalar que además de la enfermedad aguda asociada con las infecciones iniciales, el
virus persiste de una forma latente y periódicamente produce enfermedad recurrente
mediante reactivación (7, 12, 13, 23). Además, se posee evidencia que sugiere una
asociación de estos virus con ciertas enfermedades crónicas, en particular con el
cáncer de cérvix (9, 19).
Existen dos serotipos del HSV (HSV - 1 Y HSV - 2) con base en diferencias
antigénicas de las partículas virales detectadas mediante la utilización de anticuerpos
• Laboratorio de ViroJogfa, Facultad de Microbiologla, Universidad de Costa Rica. San José - Costa Rica
Programa Financiero de Apoyo a Investigadores del Consejo Nacional de Investigación en Ciencia y
Tecnologla (CONCIT).
37
38
REVISTA MEDICA HOSPITAL NACIONAL DE ~OS "DR CARLOS SAENZ HERRERA"
especiales (16). Hoy en día, la utilización de anticuerpos monoclonales no ha
permitido ampliar esta clasificación ni detectar diferencias antigénicas dentro de estos
dos serotipos (6. 18).
Los beneficios que se derivarían del control de las enfermedades causadas por el
HSV son cada día más evidentes, y con este propósito se han realizado grandes
esfuerzos en la década pasada para obtener información en este semido. Muchos
aspectos de la infección no han sido aún esclarecidos, a pesar de la posibilidad de
aislamiento e identificación del HSV desde hace más de 60 años. El control de estas
enfermedades necesita del estudio de la organización genórnica de este virus y de su
epidemiología; y en particular de la comprensión de aspectos sobre su biología como
lo es el fenómeno de latencia.
El estudio de la epidemiología molecular de los HSV, y en particular la
posibilidad de evidenciar la presencia de cepas con características genómicas y
biológicas especiales, ha despertado gran interés en los investigadores (11, 21). La
asociación de un tipo de HSV con una variedad de desórdenes clínicos ha sido
reconocida desde hace tiempo (12, 13, 23), siendo el HSV - 1, por ejemplo, el
serotipo predominantemente asociado con las lesiones faciales comunes recurrentes y
en algunas ocasiones con encefalitis herpética, mientras que el HSV - 2 se asocia
más frecuentemente con infecciones genitales del adulto y con infección generalizada
del neonato de madres infectadas (4, 5). Se propone la posibilidad de que existan
dentro de cada serotipo de HSV cepas especiales o variantes genéticas caracterizadas
por la frecuencia de asociación con un desorden clínico particular (4, 17). Estas
variantes genéticas pueden ser evidenciadas mediante estudios de epidemiología
molecular.
.Para entender mejor este tipo de estudios es necesario recordar aspectos básicos
de la biología molecular de estos virus. El HSV pertenece a la familia Herpesviridae,
la que se caracteriza por tener un genoma constituído de ADN lineal de doble banda
(22, 28). Mediante estudios de hibridación de ácidos nucleicos se ha detenninado que
el genoma de los HSV - 1 Y HSV - 2 tiene aproximadamente 50% de homología
(20). La hibridación molecular es una técnica que permite comparar dos moléculas
entre sí para establecer si se trata de moléculas idénticas o diferentes (Figura lA).
Este tipo de experimentos se basan en la separación de las 2 bandas de un ADN
(desnaturalización, por lo general por tratamiento térmico) (Figura lB) y luego
ponerlas en contacto con un segundo ADN (tratado en la misma forma) y ver si
ocurre o no una reasociación entre el primer y el segundo ADN (Figura le), proceso
llamado hibridación (15).
Somogyi T.: EPIDEMIOLOGIA MOLECULAR DEL VIRUS HERPES SIMPLEX.
39
Figura 1
Principio de la hibridación molecular.
ADN1'
ADN2
A-T
T-A
C-G
G-C
G-C
G-C
C-G
T-A
A-T
C-G
fl-T
AONa
A.:r
A-
T-A
G-C
G-C
C-G
TCGe G-
-c
CTAC-
-A
-T
lilO
A-T~G-
T-A
C-G
G-C
.Ol,.f(ULAS QRIG[HALU
.~~% HOHO,OGIA
A
AONl
-T
-A
-G
-C
-C
-G
-G
AAT-
AON! nONa
-T
!lff]
TT
-T
CA
'~-Cl
-C
G- -A
G- -C
C-
GG
C
T
A- -G--7
T- -T
IT-AI
c- -A
A G
e- -G IC-GI
-G
HO,ECU,Ai OESHA1URAUZAOAS
-C
60
e
HIIRIDACIOH
,~% ~OHO,OGIA
e
Es un proceso en 3 etapas: (A) dos moléculas de ADN están asociadas (l()()q'o de homología), (B)
cuando se separan por calor se obtienen 2 moléculas dematuralizadas, (e) las cuales puestas de
nuevo en oontacto a menor temperaUIr8 asocian las bases oomunes u homólogas de ambas
moléculas.
r
: bases comunes (reasociadas) entre las moléculas de ADN 1 Y ADN 2.
De esta manera se puede determinar el porcentaje de homología (porcentaje de
similitud) entre dos moléculas de ADN. El término homología se refiere entonces al
número de bases que se asocian entre sí por ser complementarias.
Este tipo de estudio no permitió, sin embargo, evidenciar diferencias
intratípicas, es decir dentro de cada serotipo, siendo la homología de las diferentes
cepas dentro de un mismo serotipo superior al 90%, lo que equivale a considerarlas
como idénticas. Es así como se desarrolla la epidemiología molecular y mediante el
análisis de perfiles de restricción se detectan variaciones muy pequeñas dentro del
genoma de los virus (20). Entonces otra forma para determinar similitud genómica
entre serotipos es comparar fragmentos de ADN en ciertos puntos. Esta reacción no
40
REVISTA MEDICA HOSPITAL NACIONAL DE NmOS "DR. CARLOS SAENZ HERRERA"
la realizan al azar, por el contrario, cada enzima de restricción tiene una secuencia de
6 a 8 bases que reconoce y que corta dentro de un ADN. El Cuadro 1 muestra
algunos ejemplos de secuencia y la enzima que la reconoce (15).
Cuadro 1
Bacterias y sus enzimas de restricción.
Bacteria
Enzima restricción
Bacillus amyloliquefaciens H
Escherichia coli RY13
Eschericlúa coli R245
Haemoplúlus influenzae Rd
Klebsiella pnewnoniae
Providencia stuartii
Secuencia
GGATCC
G AATTC
CCAGG
AAGCTT
GGTAC C
CTGCAG
BarnHI
Eco RI
Eco RII
Hind III
Kpn 1
Pst 1
(Modificado de Old & Prírnrose, 1980).
De esta manera, cuando un ADN se somete a la acción de una enzima de
restricción será cortado en una cantidad dada de fragmentos de tamaño variable en
función del número y posición de la secuencia reconocida (Figura 2).
Figura 2
Localización de sitios de restricción en un ADN.
•
y
B
I
A
...I
e
•
...I
..
D
...I
•
A
.I
Después de la acción de la enznna de restricción se obtienen 4 fragmentos de restricción de
diferente tamaño.
•
: sitio de restricción. A: fragmento de restricción de mayor tamaño. D: fragmento de
restricción de menor tamaño.
Somogyi T.: EPIDEMIOLOOIA MOLECULAR DEL VIRUS HERPES SIMPLEX.
41
Una vez que el ADN ha sido cortado, los fragmentos se separan mediante
electroforesis, es decir, son desplazados en un campo eléctrico siendo la distancia
recorrida proporcional al tamaño del fragmento (los fragmentos más pequeños
migrarán más lejos). Se obtiene así el perfil de restricción del ADN para una enzima
de restricción dada.
Esta técnica se emplea para comparar dos moléculas de ADN. Si son idénticas
tendrán el mismo perfil de restricción y si difieren, la migración de uno o más
fragmentos será diferente dependiendo del número y la posición de los sitios de
restricción que varíen. Esta variación se origina en el hecho de que el cambio de una
base en la secuencia reconocida por la enzima de restricción hace que la misma ya no
sea funcional. La modificación de una o más bases puede ocasionar la pérdida de un
sitio de restricción pero también puede crear un sitio de restricción nuevo. La
comparación de perfiles refleja la variación entre las moléculas de ADN por la
aparición y desaparición de sitios de restricción.
La utilización de enzimas de restricción ha reflejado en el caso del HSV la
existencia de cepas virales diferentes (variantes genéticas) dentro de un mismo
serotipo (3). Esto ha permitido que, últimamente, se desarrollen técnicas basadas en
el análisis de los perfiles de restricción para estudiar la epidemiología molecular del
HSV (2, 11, 12).
Desde 1975 se describen diferencias en la localización de los sitios de restricción
del ADN aislado del HSV (2, 5, 8). El análisis del ADN obtenido a partir de
diferentes aislamientos y tratados con enzimas seleccionadas, indica que los perfiles
de restricción son únicos para cada aislamiento no epidemiológicamente relacionado,
no existiendo dos perftles estrictamente idénticos (27). Se ha demostrado que los
perfiles para cada aislamiento o cepa en particular son estables a través de los pasajes
seriados del virus en cultivo celular (2, 11). La variación ocurre durante el pasaje de
las cepas en la naturaleza (in vivo) o sea de persona a persona y no ocurren
modificaciones de la organización genómica del virus en el laboratorio (in vitro) (3).
Los aislamientos múltiples obtenidos de las lesiones recurrentes de un mismo
paciente presentan igualmente un perfil de restricción único y estable (22).
Estas observaciones sugieren que el virus es genéticamente muy estable y esta
característica ha permitido la demostración inequívoca de la vía de transmisión del
virus, la identificación de focos infecciosos y la determinación de si un paciente está
sufriendo recurrencia o reinfección (10,21).
42
REVISTA MEDICA HOSPITAL NAOONAL DE NmOS "DR. CARLOS SAENZ HERRERA"
Los siguientes puntos resumen algunos de los aspectos más importantes y
relcvantes que se han obtenido recientemente del análisis de los perfiles de restricción
del HSV con fines epidemiológicos. Todos estos estudios se basan en la comparación de perfiles de restricción entre las diferentes cepas para detectar la aparición y/o
desaparición dc sitios de restricción, usando como referencia los mapas de restricción
de cepas de referencia (2, 3, 11, 12, 27).
L- Se ha demostrado que el HSV - 1 varía genéticamente más que el HSV - 2
(27).
2.- Se han reportado diferencias geográficas de los perfiles de restricción, tanto
dentro de diferentes regiones de un mismo país como de diferentes países entre sí
(25, 26, 27).
3.- Hay una correlación entre la estructura del genoma y su área de localización
en un país o áreas cercanas geográficamente (25, 24).
4.- Las variantes genéticas similares podrían tender a acumularse ya perpetuarse
en cada país; esto podría estar asociado a que el HSV puede permanecer latente y ser
transmitido a nuevos contactos por la reactivación. Además se podría considerar que
variaciones genéticas similares en cada país podrían originarse de uno o de pocos
antecesores comunes y que graduales divergencias evolutivas del genoma de HSV
podrían haberse generado independientemente (25).
5.- Trabajos recientes han permitido una clasificación provisional de las cepas de
HSV - 1 YHSV - 2 en varios subgrupos (8 y 12, respectivamente) (24, 27).
Las implicaciones de este tipo de estudios son enormes desde el punto de vista
de elaboración de una vacuna, al permitir la escogencia de la cepa más apropiada para
su producción. Se podría determinar, además, si el tipo de vacuna debe ser escogido
individualmente en cada país en función de las características de las cepas prevalentes
en cada región, si las diferencias son constantes y significativas. En nuestro país se
están realizando estudios para establecer la epidemiología del HSV (9). Recientemente hemos iniciado un estudio para determinar los perfiles de restricción de las
cepas de HSV aisladas en Costa Rica lo que permitirá incorporar esta información a
la obtenida por otros investigadores para determinar si están presentes los mismos
patrones de variación genética establecidos para países desarrollados.
Somogyi T.: EPIDEMIOLOGIA MOLECULAR DEL VIRUS HERPES SIMPLEX.
43
Bibliografía
1.
Baker D. A.: New management of perinatal herpes simplex infection. En:
Transplacental disorders: perinatal detection, treatment and management
(inc1uding pediatrieAIDS), págs. 133 - 139. Alan R. Liss, Ine, 1990.
2.
Buchman T. G., Roizman B., Adams G. et al.: Restriction endonuclease
fingerprinting of herpes simplex virus DNA: a novel epidemiological tool
applied to a nosocomial outbreak. 1. Infect. Dis. 138: 488, 1978.
3.
Buehman T. G., Simpson T., Nosal C. et al.: The structure of herpes
simplex virus DNA and its applieation to molecular biology. Ann. New
Aead. Sci. págs. 279 - 290, 1980.
4.
Chaney J. M., Warren K. G., Kettylas J. et al.: A comparative analysis of
resuiction enzyme digests of the DNA of herpes simplex virus isolated from
genital and faciallesions. J. Gen. Virol. 64: 357, 1983.
5.
Corey L., Adamma H. G., Brawns Z. A. et al.: Genital herpes simplex virus
infeetion: clinical manifestations, course and complieations. Ann. Inter. Med.
98: 958, 1983.
6.
Goldstein L.
Corey L., MeDougall T. K. el al.: Monoclonal antibodies
lo herpes simplex viruses: use in antigenie typing and rapid diagnosis. J.
Infect. Dis. 147: 829, 1983.
7.
Gunn C. S. & Goldwater P. M.: An in vitro reactivated system for
investigaeion of herpes simplex lateney. J. Med. Virol. 18: 247, 1986.
8.
Hayward G. S., Frenkel N. & Roizman B.: Anatomy of herpes simplex virus
DNA: suain differenees and heterogeneity in the locations of restriclion
endonuclease clcavage siles. Proc. Nat!, Aead. Sci. USA. 72: 1768, 1975.
9.
Hun L. & Fuentes L.: Diagnóstico de laboratorio del virus herpes simplex en
Costa Rica. Rev. Cost. Cienc. Med. 8: 143, 1987.
10.
Lonsdale D. M., Moira Brown S., Subak-Sharpe J. H. et al.: The polypeptide
and the DNA restrietion enzyme profiles of spontaneous isolates of herpes
simplex virus type 1 from explants of human trigcminal, superior cervical
and vagus ganglia. 1. Gen. Virol. 43: 151, 1979.
c.,
NIÑos "DR.
44
REVISTA MEDICA HOSPITAL NACIONAL DE
11.
Maitland J. N., Smith 1. W., Peutherer J. F. et al.: Restriction endonuclease
analysis of DNA from genital isolates of herpes simplex virus type 2. Infect.
Immurl. 38: 834, 1982.
12.
McKendall R R: Herpes simplex En: Handbook of Clinical Neuro1ogy . Ed.
Vinken P. J., Bruyn G. W. & Klawans H. L. vol 12: 207. Elsevier Science
Publishcrs. Amsterdam, 1989.
13.
Nahmias A. J. & Roizman B.: Infeetion with herpes simplex viruses 1 and 2.
N. Engl. J. Med. 289: 719, 1973.
14.
Nahmias A. J. & Roizman B.: lnfection with herpes simplex viruses 1 and 2.
N. Engl. J. Med. 289: 781, 1973.
15.
Old R. W. & Primrose S. B.: Principies of gene manipu1ation. An
introduction to genetic engineering. Blackwell Seientific Publieations,
Second Edition, 1980.
16.
Pauls F. P. & Dowdle W. R: A serologic study of herpes hominis strains by
microneutralization tests. J. lnmunol. 98: 941, 1967.
17.
Pereira L., Cassai E., Honess R. W. et al.: Variability in the struetural
polypeptides of herpes simplex virus 1 strains: potential application in
molecular epidemio10gy. lnfec. Immun. 13: 211, 1976.
18.
Peterson E., Schmidt O. W., Golstein L. C. et al.: Typing of clinical herpes
simplex virus isolates with mouse monodonal antibodies to herpes simplex
virus types 1 and 2: comparison with type-specific rabbit antisera and
rcstriction endonuclease analysis of viral DNA. J. Clin. Mierob. 17: 92,
1983.
19.
Rawls W. E., Tompkins W. A. & Melnick J. M.: The association of herpes
virus type 1 and 2 and carcinoma of the uterln eervix. Amer. J. Epidemiol.
89: 547, 1986.
20.
Roizman B.: Structural and functional organization of herpes simplex virus
genomes. En: Oneogeníc Herpesvirus, Ed. Rapp F. págs 19 - 51, CRC
Press, lne, 1980.
21.
Roizman B. & Tognon M.: Restriction endonucIease pattems of herpes
CARLOS SAENZ HERRERA"
Sornogyi T.: EPIDEMIOLOGIA MOLECULAR DEL VIRUS HERPES SIMPLEX.
45
simplex virus DNA: applieation to diagnosis and molecular epidemiology.
En: New developments in dignostie virology, Curr. Topies Microbio!.
Immunol. No. 104, págs. 273 - 286. Ed. P. A. Baehamnn, 1983.
22.
Roizman B, Carmichael L. E., Deinhardl F. el al.: Herpesviridae. Definition,
provisional nomenclarute and taxonomy. Intervirol. 16: 201, 1981.
23.
Rooney J. F., Sever J. L., Seidlin M. et al.: Herpes simplex virus infection:
biology, treatment and prevention. En Straus S. E. modcrator, Ann. Inter.
Med. 103: 404, 1985.
24.
Sakaoka H., Aomori T., Honda O. el al.: Sublypes of herpes simplex virus
type 1 in Japan: c1assification by restriction endonuc1eases and analysis of
distribution. J. Infect. Dis. 152: 190, 1985.
25.
Sakaoka H., Aomori T., Saito H. et al.: A comparative analysis by
restriction endonucIeases of herpes simplex virus type 1 isolated in Japan and
Kenya. J. Infect. Dis. 153: 612, 1986.
26.
Sakaoka B., Saito B., Sekine K. et al.: Genomic comparison of herpes
simplex virus type 1 isolates from Japan, Sweden and Kenja. J. Gen. Virol.
68: 749, 1987.
27.
Sakaoka H., Kawana T., Grillner L. et al.: Genome variations in herpes
simplex virus type 2 strains isolated in Japan and Sweden. J. Gen. Virol. 68:
2105, 1987.
28.
Spear P. G.: Composition and organization of herpesvirus Vlf10ns and
properties of sorne of the structural protems. En: Oncogenie Herpesvirus, Ed.
F. Rapp, págs. 19 - 51, CRC Press, lne, 1980.
29.
Whitley R., Lakeman A., Nahmias A. et al.: DNA restriction - enzyme
analysis of herpes simplex virus isolates obtained from patients with
eneephalitis. N. Engl. J. Med. 307: 1060, 1982.
.