Interacciones virus-célula y patogénesis viral

Indice

• Interacción entre Virus y Células Hospederas
• Patogénesis de las Infecciones Virales
• Glosario

Para el entendimiento de la interacción entre el virus y la célula hospedera es necesario tener conocimiento de la replicación y la genética viral. La interacción a nivel celular y la progresión de una infección viral particular determinan la patogénesis de la enfermedad y sus manifestaciones clínicas. La respuesta inmune del hospedero a la presencia de los virus será examinada en el capítulo 5.

Interacción entre virus y células hospederas

La interacción entre los virus y sus células hospederas está íntimamente ligada al ciclo de replicación viral. Más aún: la interacción del virus con los componentes y las estructuras celulares durante el proceso de replicación influye en cómo el virus causa la enfermedad. En total hay cuatro posibles efectos primarios de la infección viral a una célula hospedera. La mayoría de las infecciones no cusan patología celular o alteración morfológica aparente, sin embargo la replicación puede causar citopatología (redondeamiento celular, desprendimiento, formación de sinsicios, etc.), transformación maligna o lisis celular (muerte).

Muerte celular

La muerte celular durante la replicación viral puede ser causada por diversos factores. El factor más probable es la inhibición de la síntesis celular basal de biomoléculas tales como proteínas. Durante el ciclo de replicación, el virus induce a la maquinaria celular a fabricar principalmente productos virales, más que aquellos que la célula fabricaría normalmente. Como resultado de esto, la célula sintetiza predominantemente productos virales, y los productos celulares necesarios para la supervivencia de la célula no están presentes, o lo están pero en cantidades demasiado bajas como para mantener su viablildad. Además de la carencia de productos celulares esenciales, este evento resulta en la acumulación excesiva de productos virales (ARN, ADN, proteínas), que pueden ser tóxicos para las células.

En la fase de liberación del ciclo de replicación de algunos virus se estimula la apoptosis de la célula hospedera. En otras instancias la inhibición de la síntesis de macromoléculas celulares causa daños a las membranas de los lisosomas, y por consecuencia la liberación de enzimas hidrolíticas, provocando la muerte celular.

Efectos celulares

Los efectos citopáticos (CPE por sus siglas en inglés) son todos aquellos cambios morfológicos en las células provocados por la infección viral. Las células infectadas algunas veces tienen alterada su membrana celular. Como resultado de esto, la membrana de la célula infectada es capaz de fusionarse con su célula vecina. Se piensa que esta alteración es el resultado de la inserción, durante el ciclo de replicación, de proteínas virales. El resultado de la fusión es la generación de una célula multinucleada o sinsicios. La formación de sinsicios es una característica de numerosos virus envueltos, como los herpesvirus y paramyxovirus. La membrana celular alterada también está alterada en lo que se refiere a su permeabilidad, permitiendo la entrada de varios iones, toxinas, antibióticos, etc. Estas células multinucleadas son grandes, por lo que algunas veces son llamadas "células multinucleadas gigantes".

Otro aspecto del efecto citopático es la alteración del citoesqueleto, que da lugar al aspecto "redondeado" de las células infectadas. En estos casos la célula va a sufrir lisis o va a formar sinsicios. La presencia de CPE en especímenes clínicos puede indicar infección viral, y el CPE es usado como base para el ensayo de formación de placas usado para cuantificación viral (ver Capítulo 2). La infección de células por algunos virus (por ejemplo virus de viruela y rabia) se caracteriza por la formación de cuerpos de inclusión en el citoplasma. Los cuerpos de inclusión son áreas discretas que contienen proteínas o partículas virales. Frecuentemente tiene una apariencia y localización características en la célula infectada, dependiendo del tipo de virus.

Transformación maligna

En este proceso la infección viral da como resultado células hospederas que se caracterizan por tener alteraciones en su morfología, en su control de crecimiento, en sus propiedades celulares y/o bioquímicas. La transformación maligna y la neoplasia resultante puede ocurrir cuando el genoma viral (o una porción de éste) se incorpora en el genoma del hospedero, o cuando los productos virales son, por sí mismos, oncogénicos. Los virus que causan transformación maligna se conocen como virus tumorales. Se ha demostrado que virus de diferentes familias poseen la habilidad de transformar células hospederas. Los virus tumorales no tienen propiedades comunes (forma, tamaño, composición química) más que provocar el desarrollo de malignidad en las células que infectan.

La transformación maligna frecuentemente se caracteriza por alterar la morfología celular. Esto incluye la pérdida de su forma característica, y la adopción de la apariencia redondeada y refráctil descrita para el CPE. Esto es el resultado de la disgregación de filamentos de actina y la disminución de la adhesión de la superficie.

El crecimiento celular alterado, la característica distintiva de la transformación maligna, se muestra en células infectadas que han perdido la inhibición por contacto de su crecimiento o movimiento, que tienen disminuidos sus requerimientos de factores de crecimiento de suero, y/o ya no responden a las señales de ciclo celular asociadas con crecimiento y maduración celular (inmortalidad).

Algunas de las alteraciones en las propiedades celulares que exhiben las células con transformación maligna incluyen la inducción continua de la síntesis de ADN, cambios cromosomales, aparición de antígenos de superficie nuevos o embrionarios, e incremento de aglutinación por lectinas. Las características bioquímicas que frecuentemente se ven alteradas en células con transformación maligna incluyen la reducción de los niveles de AMP cíclico. El AMP cíclico es una señal química asociada con el ciclo celular y al mantener los niveles reducidos, la célula se divide continuamente. También está involucrado en el incremento de la secreción del activador plasminógeno (formación de coágulo), fermentación para la producción de ácido láctico (conocido como efecto Warburg), pérdida de fibronectina, y cambios en los azúcares de las glicoproteínas y los glicolípidos.

Oncogénesis

Aunque ha sido difícil comprobar la causa-efecto, varios virus de ADN y de ARN se han asociado con transformación neoplásica. Los virus implicados en la oncogénesis o llevan consigo una copia del gen asociado con el crecimiento y la proliferación celular, o alteran la expresión de la copia del gen que tiene la célula hospedera. Los genes afectados incluyen aquellos que estimulan y aquellos que inhiben el crecimiento celular.

Los genes virales que transforman a las células infectadas se conocen como oncogenes (genes v-onc), los cuáles estimulan el crecimiento y la proliferación descontrolada de la célula. El descubrimiento de los oncogenes llevó a descubrir que todas las células poseen genes análogos, llamados proto-oncogenes (genes c-onc), que normalmente están quiescentes en las células y se activan en algún momento del desarrollo. Los proto-oncogenes incluyen productos celulares como factores de crecimiento, factores de transcripción y receptores de factores de crecimiento.

Los virus de ADN asociados con la oncogénesis incluyen virus de la enfermedad de Marek (Herpesviridae) y los papillomavirus bovinos, equinos, y orales caninos (Papillomaviridae). Estos virus son típicamente de ácidos nucleicos episómicos circulares (independientes de los cromosomas del hospedero, más que integrados). Los oncogenes (v-onc) codifican para proteínas asociadas con el ciclo de replicación viral.

Los virus ARN asociados con oncogénesis incluyen miembros de la familia Retroviridae (por ejemplo virus de leucosis aviar y de leucemia felina). Estos virus integran sus genomas (o una copia de sus genomas) en el cromosoma del hospedero: se conocen como provirus o ADN proviral. La integración viral es mediada por los extremos terminales del genoma, conocidos como LTRs (repeticiones terminales largas, por sus siglas en inglés). Los LTR’s contienen regiones promotoras/ potenciadoras, además de las secuencias involucradas en la integración del provirus en el genoma del hospedero. Los Retrovirus pueden causar oncogénesis porque codifican oncogenes por sí mismos o por alterar la expresión de los oncogenes celulares o proto-oncogenes a través de la inserción de sus genomas en el cromosoma del hospedero, en un sitio cercano a estos genes.

Sin cambios morfológicos o funcionales

En algunos casos, la infección con producción viral puede ocurrir sin que puedan detectarse cambios en la célula hospedera. Esto se conoce como infección endosimbiótica. Probablemente depende de las necesidades de replicación del virus. Es muy probable que el virus requiera que los procesos celulares estén activos para que la replicación viral se lleve a cabo, y por lo tanto no altera las características de la célula.

Patogénesis de las infecciones virales

La patogénesis se define como la generación y desarrollo de una enfermedad. Las infecciones virales pueden ser agudas, crónicas, latentes o persistentes. El primer paso en el proceso de una enfermedad es la exposición.

Exposición y transmisión

La exposición pude ocurrir por contacto directo con un animal infectado, por contacto indirecto con secreciones / excreciones de un animal infectado, o por vectores mecánicos o biológicos. La transmisión del virus desde la madre a la descendencia (transplacentaria, perinatal o por el calostro) se conoce como transmisión vertical. La transmisión vía cualquier otro mecanismo que no sea de la madre a la descendencia es transmisión horizontal. Puede ocurrir activación de un virus latente no replicante dentro de un individuo, sin que el agente infeccioso se adquiera de una fuente externa.

Vía de entrada

Los virus penetran al hospedero a través del tracto respiratorio (aerosoles), el tracto digestivo (contaminación oral-fecal), el tracto genitourinario (reproducción, inseminación artificial), la conjuntiva (aerosoles), y a través de aberturas en la piel (abrasiones, agujas, picaduras de insectos, etc.). Si después de la entrada del virus prosigue o no la infección, depende de la habilidad del virus para enfrentarse e iniciar infección en células susceptibles. La susceptibilidad de las células a un virus dado depende principalmente de sus receptores de superficie, que permiten el anclaje y la posterior penetración del virus.

Infecciones localizadas y diseminadas

Siguiendo la infección, el virus se replica en el sitio o cerca del sitio de entrada (replicación primaria). Algunos virus permanecen confinados a este sitio inicial de replicación, produciendo infecciones localizadas. Un ejemplo de esto es el resfriado común y las infecciones similares de animales domésticos causadas por rhinovirus.

Otros virus causan infecciones diseminadas (sistémicas) por su difusión a órganos adicionales vía torrente sanguíneo, linfático o quiescente a través de los nervios. La propagación inicial del virus a otros órganos por el torrente sanguíneo se conoce como viremia primaria. La viremia puede darse ya sea por presencia de virus libres en el plasma o por virus asociados con células sanguíneas. Después de la multiplicación viral en esos órganos puede darse una viremia secundaria con propagación a (otros) órganos blanco.

Un buen ejemplo de virus que causan infecciones sistémicas es el teschnovirus porcino 1 (género Teschnovirus). El virus se transmite de forma fecal-oral. Se replica inicialmente en las células de las amígdalas, migra a los intestinos y a los nódulos linfáticos mesentéricos. De estos nódulos linfáticos, el virus entra al sistema nervioso central. Una vez en el sistema nervioso central se observan los signos neurológicos de ataxia, temblores, pérdida de coordinación, entumecimiento de los miembros, convulsiones, parálisis y coma. La preferencia de un virus particular por un tejido o tipo celular específico se conoce como tropismo.

Mecanismos de infecciones virales

La replicación viral ocurre en los órganos blanco causando daño celular. El número de células infectadas y/o la extensión del daño pueden tener como consecuencia la disfunción del órgano o tejido y la manifestación clínica de la enfermedad. El intervalo entre la infección inicial y la aparición de signos clínicos es el periodo de incubación. Los periodos de incubación son cortos en enfermedades en las que el virus crece rápidamente en el sitio de entrada (por ejemplo influenza) y son más largos si las infecciones son generalizadas (por ejemplo moquillo canino). Algunos virus infectan animales pero no producen manifestación de signos de la enfermedad. Estas infecciones se conocen como subclínicas (asintomáticas o inaparentes).

Hay numerosos factores que pueden influir en el resultado de las infecciones virales. Estos incluyen: inmunidad preexistente, genética del animal, edad del animal y factores relacionados a estrés como estado nutricional, condiciones ambientales etc.

Los mecanismos por los que los virus causan enfermedad son complejos. La enfermedad puede ser resultado de efectos directos de los virus en las células hospederas, como muerte celular, efecto citopático y transformación maligna. De manera alternativa, la enfermedad puede ser resultado de efectos indirectos causados por la respuesta inmunológica y fisiológica del hospedero.

Un ejemplo de respuesta fisiológica indirecta es la infección por rotavirus, que causa diarrea en animales jóvenes y humanos. La diarrea puede ser causada por los eritrocitos infectados por el rotavirus, que están estimulados a producir citocinas, excitando las neuronas entéricas e induciendo la secreción de exceso de fluidos y electrolitos en el intestino grueso.

Un ejemplo de patogénesis de la enfermedad mediada por la respuesta inmunológica ocurre en la enfermedad de Borna en caballos. El virus se distribuye desde el sistema nervioso central a los nervios periféricos a través de los axones. El hospedero responde a la presencia de neuronas infectadas por el virus induciendo una respuesta inmune mediada por células. Los macrófagos, neutrófilos y linfocitos T citotóxicos específicos son activados para destruir a las neuronas infectadas por el bornavirus. El resultado es una inflamación crónica del SNC que corresponde a los signos neurológicos asociados con la enfermedad.

Dos términos muy importantes usados para hablar de enfermedades microbianas son patogenicidad y virulencia. Patogenicidad es la habilidad del virus u otro agente microbiano o parasitario para causar enfermedad. Virulencia es el grado de patogenicidad. Un virus avirulento es aquel que no tiene la capacidad para causar enfermedad. Un virus atenuado es aquel cuya capacidad para causar enfermedad ha sido debilitada, frecuentemente por múltiples pases en cultivo celular, huevos embrionados o animales.

Eliminación (diseminación) viral

La eliminación viral es el mecanismo de excreción de la progenie viral para su diseminación hacia una nueva población de hospederos. Los virus típicamente son eliminados vía aperturas en el cuerpo o superficies. En infecciones localizadas, el virus es típicamente excretado vía el portal de entrada. En infecciones diseminadas el virus puede ser excretado por diferentes rutas.

No todos los virus son excretados de sus hospederos. Estos incluyen virus que se replican en sitios como el sistema nervioso, como en la encefalitis viral, y hospederos finales (nota del editor: último hospedero del virus).

Evasión de las defensas del hospedero

En un esfuerzo por detener la infección, el hospedero inicia una respuesta inflamatoria. Los componentes principales de esta respuesta incluyen interferón, linfocitos T citotóxicos, linfocitos B productores de anticuerpos, diversas moléculas efectoras y complemento. Estos componentes trabajan en conjunto y se potencian unos a otros en un intento de liberar al hospedero de la infección viral. En este esfuerzo por liberarse del virus infectante, la respuesta inflamatoria causa muchos de los signos clínicos y lesiones asociados con las infecciones virales. La respuesta inmune del hospedero se discute con mayor detalle en el Capítulo 5.

Los interferones (α y β) son producidos por las células infectadas por el virus. Actúan para detener replicación viral adicional en la célula infectada y en las células vecinas. Los interferones también fomentan la expresión de antígenos en la célula infectada, haciéndolas más fáciles de reconocer para las células T citotóxicas. Algunos virus como los adenovirus producen ARNs que bloquean la fosforilación de un factor inicial, reduciendo así la habilidad del interferón para bloquear la replicación viral.

Las células T citotóxicas destruyen a las células infectadas mediante la liberación de perforinas, que crean poros en las células infectadas por virus. Posteriormente son liberadas granzimas dentro de la célula infectada, las que degradan a los componentes celulares. Finalmente, las células T citotóxicas estimulan la apoptosis de la célula hospedera.

Algunos virus reducen la expresión, en la superficie de la célula hospedera, de los antígenos de superficie del CMH (complejo mayor de histocompatibilidad) clase I (por ejemplo citomegalovirus, herpesvirus bovino tipo I y adenovirus). Como las células T citotóxicas no pueden detectar antígenos virales que no estén formando complejos con los antígenos del CMH clase I, las células infectadas con estos virus no pueden ser destruidas de esta manera, permitiendo la "supervivencia" del virus dentro de la célula hospedera. Sin embargo, células con insuficientes o ningún antígeno de CMH clase I en sus superficies son reconocidas por las células asesinas naturales, que destruyen a la célula de manera similar a la descrita para las células T citotóxicas.

Los linfocitos B productores de anticuerpos secretan anticuerpos específicos para neutralizar los viriones infectantes cuando son liberados por las células. Los complejos antígeno-anticuerpo a su vez pueden activar el sistema del complemento.

El complemento ayuda a estimular la inflamación, la neutralización efectiva de virus, y la destrucción de células infectadas por virus.

Las diferentes moléculas efectoras (citocinas) que son producidas por las células del sistema inmune, desempeñan muchos papeles, incluyendo la inducción de fiebre y la atracción de otras células inflamatorias (por ejemplo neutrófilos y macrófagos) al sitio dañado.

Algunos virus poseen receptores para una variedad de citocinas (por ejemplo, el virus de la viruela bovina tiene receptores para la interleucina 1, que estimula la producción de fiebre). Cuando las células inmunes liberan la citocina, ésta se une al virus, reduciendo entonces la cantidad de citocinas disponibles para modular la respuesta inmune. Esto aumenta la "supervivencia" del virus dentro del hospedero.

Un mecanismo alternativo para evadir la respuesta inmune es tener muchos tipos antigénicos (serotipos). Una respuesta inmune hacia un serotipo no garantiza protección contra otro serotipo del mismo virus. Por ejemplo, hay más de 100 serotipos de rhinovirus y 24 serotipos de virus de lengua azul.

Infecciones virales persistentes

Algunos virus tienen la habilidad para abrogar la respuesta inflamatoria y causar infecciones persistentes. Esto lo realizan de diferentes maneras, incluyendo la destrucción de linfocitos T, causando inmunosupresión, evadiendo el reconocimiento inmunológico, alterando la expresión antigénica, y por inhibición de la producción de interferón.

Clínicamente hay tres tipos importantes de infecciones persistentes:

Infecciones con portadores crónicos

Éstos son organismos que continuamente producen y excretan grandes cantidades de virus, por largos periodos de tiempo. Como resultado de esto, ellos están transmitiendo continuamente el virus a otros organismos. Algunos portadores crónicos son asintomáticos o exhiben la enfermedad con signos muy leves. Ejemplos de esto son las infecciones por virus de la artritis equina, virus de la panleucopenia felina y virus del polioma aviar.

Infecciones latentes

Un tipo especial de infección persistente es aquella en la que el virus permanece en el hospedero en un estado "no-productivo". Los herpesvirus son notorios causando infecciones latentes. El genoma viral se mantiene en las neuronas en forma de círculo cerrado, y se reactiva periódicamente (frecuentemente durante condiciones de estrés) resultando en infección productiva y excreción viral.

También ocurren infecciones latentes con retrovirus, en los que el ADN proviral se incorpora en el genoma de la célula hospedera. Puede resultar transformación celular y malignidad si el transcrito integrado altera la organización normal de los procesos de control celular.

Infecciones virales lentas

Se refiere a aquellas infecciones virales en las que hay un largo periodo entre la infección inicial y el inicio de la enfermedad. En estos casos el crecimiento viral no es lento, sino que la incubación y progresión de la enfermedad es extensa. Un ejemplo es la enfermedad subaguda de la panencefalitis esclerotica, que se desarrolla varios años después de la infección con el paramyxovirus de las paperas. La "encefalitis del perro viejo" debida al recrudecimiento del moquillo parece ser una condición análoga.

Glosario

Antígeno:
Una sustancia, generalmente ajena al cuerpo pero ocasionalmente producida dentro del cuerpo, que el sistema inmune reconoce como extraña o "no propia". Cuando es reconocida de esta manera, se producen anticuerpos específicos que reaccionan con ella.

Apoptosis:
Una forma de muerte celular programada caracterizada por la fragmentación del ADN nuclear.
Citocinas:

Grupo diverso de proteínas pequeñas (< 30 kilodaltones), solubles, producidas por leucocitos, que median una variedad de funciones inmunes.

Linfocitos T citotóxicos:
Células que reconocen antígenos extraños anclados en moléculas del CMH tipo I. Son eficaces destruyendo células sólo si éstas contienen antígenos extraños.

Endosimbiosis:
Forma de simbiosis en la que un organismo vive dentro de otro.

Granzimas:
Grupo de proteasas de serina: penetran a la célula blanco mediante canales transmembranales creados por perforinas, donde interactúan con varias vías intracelulares que disparan la apoptosis y la degradación del ADN.

Interferones:
Grupo formado por tres diferentes proteínas designadas como alfa, beta y gama. Todas ellas tienen una acción no específica contra los virus , pero los interferones alfa y beta son los más potentes.

Interleucinas:
Grupo de citocinas secretadas por células efectoras del sistema inmune que provocan respuesta en otras células del sistema inmune.

Lectinas:
Glicoproteínas vegetales que se unen específicamente a ciertos azúcares, parte de lo cual ocurre en la superficie de las células.

Macrófagos:
El principal fagocito de tejidos, órganos y aquellas membranas serosas como la pleura y el peritoneo.

Antígenos del CMH clase I (complejo mayor de histocompatibilidad):
Grupo de genes que codifican para las proteínas de autorreconocimiento o antígenos importantes de la incompatibilidad. Estos antígenos se presentan en la superficie de todas las células del cuerpo y sirven para identificarlas como pertenecientes al organismo, y no como extrañas. Algunos antígenos de CMH se presentan en la superficie de células del sistema inmune. La región del CMH humano se conoce como la región HLA (antígeno leucocitario humano por sus siglas en inglés) y se localiza en el cromosoma 6.

Células asesinas naturales (células NK):
Linfocitos citotóxicos que componen aproximadamente el 5 a 15% de los linfocitos circulantes, carecen de los marcadores fenotípicos de las células T y B. Tienen la capacidad de destruir ciertas células tumorales y células infectadas por virus que carecen de marcadores del complejo mayor de histocompatibilidad (CMH) en la superficie celular, y su mecanismo para destruir a las células es similar al de las células T citotóxicas.

Neutrófilos:
Células fagocíticas de vida corta que poseen gránulos que contienen varios compuestos bactericidas; son los más numerosos de los linfocitos circulantes constituyendo aproximadamente el 60 a 70% en humanos. Microscópicamente tienen una forma irregular y núcleo multilobulado; también se conocen como leucocitos polimorfonucleares.

Perforinas:
proteínas formadoras de poros que requieren de la presencia de calcio para polimerizar y formar canales transmembranales en la célula plasmática de la célula blanco.