Microbiología - Los virus

La palabra virus significa veneno. Antiguamente se utilizaba para designar a todo aquello que producía enfermedad. Actualmente, se utiliza para referirse a estructuras microscópicas que no son retenidas por filtros para bacterias y que son patógenos para todo tipo de seres vivos.
La observación de los virus sólo puede hacerse mediante el uso del microscopio electrónico, debido a su pequeño tamaño.
Los virus son estructuras acelulares que no son activos fuera de las células. Si se encuentran en el exterior celular reciben el nombre de viriones. En el interior celular son capaces de controlar la maquinaria metabólica, utilizándola para su replicación. Por ello, los virus no se consideran aún seres vivos, asunto que en mi opinión, los científicos revisarán para poder incluirlos.

1. ESTRUCTURA

Un virus, fuera de una célula, presenta las siguientes partes:
Ácido nucleico enrollado: puede ser ADN o ARN. Cualquiera de estos ácidos puede presentarse en forma monocatenaria o bicatenaria.
Cápsida: cubierta proteica que protege y aísla el ácido nucleico. Recibe también el nombre de cápsula vírica y presenta distintas formas.  Esta estructura está formada por una única proteína que se repite. Cada una de estas unidades proteicas se denomina capsómero.
Otras proteínas: Además de los capsómeros (proteínas estructurales) algunos virus puede llevar  proteínas enzimáticas  como las implicadas en la transcripción de su material genético, y proteínas aglutinantes, que interactúan con los receptores celulares y capacitan al virión para infectar a la célula hospedadora. 
Algunos virus presentan una  envoltura membranosa, perteneciente a la célula que ha infectado.  Dicha capa posee una serie de  glucoproteínas integrales de membrana propias del  virus. Esta envoltura facilita la infección  de otras células de la misma estirpe celular que la célula infectada.  A menudo estas proteínas presentan nuevas variantes indetectables para el sistema inmunológico del huésped, como las hemaglutininas (Hn) y neuraminidadas (Nn) del virus de la gripe.  

II.  CLASIFICACIÓN DE LOS VIRUS
Los virus se pueden clasificar, atendiendo a distintos criterios:

A.  Atendiendo al tipo de ácido nucleico: 

• Tipo I: ADN bicatenario, es decir, de dos hebras de ADN. (Adenovirus, Herpesvirus, bacteriófagos T4 y λ.
• Tipo II: ADN monocatenario, es decir, de una hebra de ADN. Muchos bacteriófagos presentan este tipo de material genético. 
• Tipo III: ARN binatenario. Se transcribe de ARN a ARN mensajero. Ejemplo Reovirus 
• Tipo IV: ARN monocatenario (+). No es necesaria su transcripción. Se lee directamente como ARN mensajero. Ejemplo: Poliovirus.
• Tipo V: ARN monocatenario (-). Se transcribe a ARN mensajero. Ejemplo: Rhabdovirus, Influenzavirus (gripe etc.)
• Tipo VI: ARN monocatenario (+). El ARN es transcrito a ADN utilizando una enzima llamada transcriptasa inversa. Posteriormente, el ADN sintetizado es transcrito a ARN. Se denominan retrovirus. Ejemplo VIH.

B.  Atendiendo a la forma de la cápsida del virus: 

Virus  helicoidales: cápsidas alargadas, donde los capsómeros se disponen de forma helicoidal en torno al ácido nucleico. Estos virus infectan células vegetales.

• Virus (poliédricos) icosaédricos: cápsidas redondeadas con capsómeros triangulares. Estos virus infectan células animales.
• Virus mixtos, o complejos: cápsidas con una zona icosaédrica, seguida de  vaina contráctil  helicoidal  que acaba en una base hexagonal, de la que emergen cortas espinas de anclaje.

C.   Atendiendo a la célula que infectan:

• Virus vegetales: atacan células vegetales. Cápsidas de forma helicoidal.
• Virus animales: atacan células animales. Cápsidas de forma icosaédrica.
• Virus bacterianos, bacteriófagos o fagos: atacan bacterias. Cápsidas de forma mixta.

D.  Atendiendo a la envoltura lipídica:

• Virus desnudos: sin envoltura
• Virus con envoltura: La mayoría de los virus animales poseen una doble capa lipídica recubriendo a la cápsida. Ejemplos característicos son el VIH y El virus de la gripe. 

III.  CICLOS DE INFECCIÓN DE VIRUS
 Los  viriones  o partículas víricas  (virus en fase extracelular) no realizan ninguna actividad fisiológica, por lo que no requieren sintetizar proteínas ni utilizan energía; son estructuras inertes. Así, el ácido nucleico viral se replica a expensas de la maquinaria y la energía de la célula infectada.
Existen dos sistemas de replicación de virus, el ciclo lítico y el ciclo lisogénico. La explicación de estos ciclos viene referida a la que se da en virus bacteriófagos como el fago λ cuyo genoma es una molécula de ADN de cadena doble.

A.  Ciclo lítico

Se denomina así porque la célula infectada muere por rotura al liberarse las nuevas copias virales. Consta de las siguientes fases:
1.  Fase de adsorción o fijación: El virus se une a la célula hospedadora de forma estable. La unión es específica ya que el virus reconoce complejos moleculares de tipo proteico, lipoproteico o glucoproteico, presentes en las membranas celulares.
2.  Fase de penetración o inyección: el ácido nucleico viral entra en la célula mediante una perforación que el virus realiza en la pared bacteriana.
3.  Fase de eclipse: en esta fase no se observan copias del virus en la célula, pero se está produciendo la síntesis de ARN, necesario para generar las copias de proteínas de la cápsida. También se produce la continua formación de ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del ADN bacteriano.
4.  Fase de ensamblaje: en esta fase se produce la unión de los capsómeros para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido nucleico viral dentro de ella.
5.  Fase de lisis o ruptura: conlleva la muerte celular. Los viriones salen de la célula, mediante la rotura enzimática de la pared bacteriana. Estos nuevos virus se encuentran en situación de infectar una nueva célula.
Este ciclo se da también en virus animales con envoltura. En este caso las glucoproteínas víricas de la envoltura son sintetizadas en los ribosomas del RER y se integran en la membrana plasmática celular.  Quedarán incorporadas a la envuelta lipídica cuando se produce la exocitosis de los nuevos virus.

B.  Ciclo lisogénico

Las dos primeras fases de este ciclo son iguales a las descritas en el ciclo anterior. En la fase de eclipse el ácido nucleico viral en forma de ADN bicatenario recombina con el ADN bacteriano, introduciéndose en éste como un gen más. Esta forma viral se denomina profago, o virus atenuado, mientras que la célula infectada se denomina célula lisogénica.
En este estado el profago puede mantenerse durante un tiempo indeterminado, pudiendo incluso, reproducirse la célula, generando nuevas células hijas lisogénicas. El profago  se mantendrá latente hasta producirse un cambio en el medio ambiente  celular que provoque un cambio celular, por ejemplo, por variaciones bruscas de temperatura, o desecación, o disminución en la concentración de oxígeno. Este cambio induce a la liberación del profago, transformándose en un virus activo que continúa el ciclo de infección hasta producir la muerte celular y la liberación de nuevos virus.


IV.  VIRUS Y CÁNCER
Algunos  virus tienen la capacidad de producir transformaciones tumorales (benignas o malignas) en las células: son los virus oncogénicos. Varias familias de  virus ADN son cancerígenos, pero entre los virus ARN solo los retrovirus presentan esta capacidad.
Existen dos mecanismos:
-Inserción del ADN del virus en el genoma de la célula huésped si se inactiva un gen represor tumoral. En otras ocasiones se ve involucrado un gen regulador del ciclo celular.
- La transformación oncogénica puede deberse también a una proteína codificada por un gen propio del virus (oncogen).

En esta presentación tienes un resumen de todo lo que acabamos de ver:


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Problemas de genética. Mecanismos de resolución.

Recopilación de Problemas de genética:

1. 15 problemas (enunciados)
1'. 15 problemas resueltos

2. 28 problemas (enunciados)
2'. 28 problemas resueltos

3. 18 problemas resueltos

4. 16 problemas resueltos

5. 15 problemas de genealogías (enunciados)

Para comprender la Genética es necesario hacer abstracciones y utilizar esas abstracciones en situaciones nuevas. Solo se puede dominar esta habilidad mediante la práctica. Leer textos y revisar apuntes proveerá informacion factual pero no te enseñará a formar y manipular las abstracciones inherentes al analisis genético. La mejor forma que se conoce para realmente "aprender" Genética es la resoluciónde problemas. Probablemente es la unica forma de llegar a apreciar la exquisita lógica de la Genética; una vez que conectes con ella, te convertiras en un adicto.

Cómo resolver problemas de Genética

De la manera más fácil, por supuesto. La resolución de problemas de Genética desconcierta mucho a los estudiantes pues creemos (inclúyete tú también) que Biología y Genética no tienen nada que ver con problemas matemáticos. Pensar así es un tremendo error, ya que las Ciencias Biológicas se apoyan en las leyes de la Física y la Química, las cuales tienen una fuerte base matemática. Asimismo, al trabajar con poblaciones de organismos, la Microbiología, la Genética y, sobre todo, la Ecología hacen uso de la Estadística, que es una ciencia matemática.

Antes de nada, relájate, los nervios son malos compañeros para resolver problemas (sobre todo si estás en un examen). De igual manera, nunca te subestimes pensando que eres incapaz de hacerlo pues ese pensamiento bloquea tu capacidad de razonamiento.

1. Lee detenidamente el enunciado. Es fundamental que comprendas plenamente el enunciado: que entiendas el significado de todas las palabras que aparecen en él. Si no entiendes alguna, consúltala en tu libro o en tus apuntes, incluso puedes preguntar al profesor, si es posible, en ese mismo momento. Debe quedarte claro qué se te pide calcular.
2. Extrae los datos del enunciado y pásalos esquemáticamente al papel: es muy importante que obtengas los datos del enunciado separando la información que es accesoria (algunos enunciados en Genética pueden ser especialmente complicados). Recuerda que, en todo tipo de problemas, los datos son esenciales para su resolución. Coloca de manera esquemática y clara los datos; para saber si están bien extraídos, debes recomponer básicamente el enunciado leyendo el esquema de los datos.
3. ¿De qué trata el problema? Para resolver esta pregunta fundamental, puedes plantearte varias cuestiones: ¿Se trata de un caso de herencia autosómica o ligada al sexo? ¿Cuántos caracteres y cuántos genes están implicados? El tipo de herencia, ¿es dominante, recesiva, codominante o intermedia? ¿Hay alelos letales?
4. No te precipites: nunca des nada por supuesto, parte siempre de los datos precisos que te presenta el enunciado. Si el problema es de tipo árbol genealógico (pedigrí) o de adjudicación de paternidades, coloca sólo y escrupulosamente los alelos que sepas con seguridad. Si el problema es de cálculo de frecuencia de fenotipos y/o genotipos, ten cuidado al formular la composición de alelos de los gametos. Recuerda siempre que debe ir un alelo por cada gen implicado ya que los gametos son haploides.
5. Resolución: ahora sólo resta trabajar con los datos obtenidos. 

• Si es un árbol genealógico (o adjudicación de paternidades): Intenta obtener los genotipos de padres a partir de los datos de sus hijos o viceversa; en este caso, es fundamental que te fijes en los homocigotos recesivos, pues son los únicos cuyo fenotipo conoces con seguridad. Un homocigoto recesivo recibe cada uno de sus alelos de sus padres, por lo que cada homocigoto tendrá, forzosamente, un alelo recesivo. De la misma forma, los hijos del homocigoto recesivo llevan obligadamente un alelo recesivo.
• En el caso de herencia ligada al sexo, los machos tienen la clave, ya que sólo llevan un alelo (o bien en la X o en la Y).
• Si se trata del cálculo de frecuencias de genotipos y/o fenotipos: La secuencia siempre es la misma; obtén los gametos y posteriormente los cruzas, ya sea en el caso de uno o dos genes. En el caso de un sólo gen, el cuadrado máximo tiene 4 casillas, cada cual con una probabilidad de 1/4. En el caso de dos genes, el cuadrado máximo tiene 16 casillas, cada cual con una probabilidad de 1/16. Recuerda que el orden de los alelos no influye en el fenotipo ni en el genotipo. Presenta siempre los resultados de las frecuencias en forma de fracciones simplificadas.

Trata de resolver cada problema como si fuera una pregunta de examen.Trabaja solo, sin ayuda de amigos y sin anticipar las respuestas. No es bueno obtener las respuestas de otros sitios (u otros compañeros) y trabajar hacia atrás para ver cómo fue obtenida. Debes pasar mucho tiempo jugando con cada problema para aprender el proceso del pensamiento genético. Busca ayuda sólo como último resorte porque tener a alguien que te explique cómo resolver un problema te roba la oportunidad de aprender algo de él. 

La Genética debe hacerse con lápiz, goma y mucho papel borrador.

Leyes de Mendel. Herencia genética.

Introducción.

Gregor Mendel nació el 22 de julio de 1822 en Heizendorf (hoy Hyncice, República Checa), en el seno de una familia campesina. Dificultades familiares y económicas le obligaron a retrasar sus estudios. Fue un hombre de contextura enfermiza y carácter humilde y retraído. El entorno sociocultural influyó en su personalidad científica, principalmente el contacto directo con la naturaleza, las enseñanzas de su padre sobre los cultivos de frutales y la relación con. diferentes profesores a lo largo de su vida, en especial el profesor J. Scheider, experto en pomología.

El 9 de octubre de 1843 ingresó como novicio en el convento de Brünn, conocido en la época por su gran reputación como centro de estudios y de trabajos científicos. Después de tres años, al finalizar su formación en teología, fue ordenado sacerdote, el 6 de agosto de 1847. En un principio fue inducido por su superior a dedicarse al campo de la pedagogía, pero él eligió un camino bien distinto. En 1851 ingresó en la Universidad de Viena, donde estudió historia, botánica, física, química y matemáticas, para graduarse y ejercer como profesor de biología y matemáticas. Durante su estancia allí llegó a dar numerosas clases como suplente, en las materias de matemáticas, ciencias naturales y ciencias generales, con excelente aprobación entre los estudiantes. Sin embargo, una vez finalizados sus estudios, no logró graduarse, por lo que decidió regresar al monasterio de Abbot en 1854. De naturaleza sosegada y mentalidad matemática, llevó una vida aislada, consagrado a su trabajo. Más adelante fue nombrado profesor de la Escuela Técnica de Brünn, donde dedicó la mayor parte de su tiempo a investigar la variedad, herencia y evolución de las plantas, especialmente de los guisantes, en un jardín del monasterio destinado a los experimentos. Sus aportaciones al mundo de la ciencia son consideradas hoy como fundamentales para el desarrollo de la genética.

Hacia el final de su vida, en 1868, Mendel fue nombrado abad de su monasterio, donde murió el 6 de enero de 1884 a causa de una afección renal y cardiaca.

Mendel tuvo la fortuna de contar, en su propio monasterio, con el material necesario para sus experimentos. Comenzó sus trabajos estudiando las abejas, coleccionando reinas de todas las razas, con las que llevaba a cabo distintos tipos de cruces. Entre 1856 y 1863 realizó experimentos sobre la hibridación de plantas. Trabajó con más de 28.000 plantas de distintas variantes del guisante oloroso o chícharo, analizando con detalle siete pares de características de la semilla y la planta: la forma de la semilla, el color de los cotiledones, la forma de la vaina, el color de la vaina inmadura, la posición de las flores, el color de las flores y la longitud del tallo.

Conceptos fundamentales.

Genotipo: Dotación genética del individuo para un determinado carácter o bien el conjunto total de genes que tiene el individuo. Ej.: AA, Aa, aa.

Fenotipo: Expresión observable determinada por el genotipo, es decir, lo que se expresa y podemos ver. Ej.: Amarillo, verde, liso, rugoso.

Alelo: Cada una de las variantes génicas que determinan un carácter. Genes alelos son los que transmiten el mismo carácter. Generalmente uno es dominante (A) y otro recesivo (a).

Alelo Dominante:Aquel que transmite un carácter que se manifiesta siempre. Se representa con una letra mayúscula. Ej.: A, L.

Alelo Recesivo: Aquel que transmite un carácter que solamente se manifiesta si no está presente el alelo dominante. Se le representa con una letra minúscula, correspondiente a la del dominante. Ej.: a, l.

Homocigótico o Puro: Individuo con el genotipo para un determinado carácter compuesto por dos alelos idénticos. Es decir, los gametos serán idénticos para ese carácter. Ej.: AA, aa, LL, VV. Cuando se estudian dos caracteres, diremos que es Dihomocigótico aquel que tenga los dos alelos idénticos para cada uno de los caracteres. Ej.: AALL (dihomocigótico dominante), aall (Dihomocigótico recesivo).

Heterocigótico o Híbrido: Individuo que porta en el genotipo dos alelos distintos para un carácter concreto. Así pues, los gametos tendrán cada uno una variedad distinta de ese carácter. Ej.: Aa, Ll. Cuando se estudian dos caracteres, diremos que es Diheterocigótico aquel que tenga los dos alelos distintos para ambos caracteres. Ej.: AaLl.

Generación Parental (P): Son los progenitores que se cruzan para obtener las siguientes generaciones ("Padres").

Primera Generación Filial (F1): Descendientes resultado del cruce de individuos de la generación Parental ("Hijos").

Segunda Generación Filial (F2): Descendientes resultado del cruce de individuos de la primera generación filial ("Nietos").

Leyes de Mendel.
Primera ley de Mendel: Ley de la uniformidad

Si se cruzan dos líneas puras que difieren en un carácter, la primera generación filial es uniforme y está formada por individuos idénticos que presentan solo uno de los caracteres alternativos paternos.

Mendel estudió el color de los guisantes y determinó que el color amarillo era dominante sobre el verde; por lo tanto el alelo A que da el color amarillo domina sobre el alelo a que da el color verde (A>a). Mendel cruzó individuos con genotipo AA x aa y fenotipo amarillo y verde respectivamente. 



La primera ley de Mendel se cumple también para el caso en que un determinado gen dé lugar a una herencia intermedia y no dominante, como es el caso del color de las flores del "dondiego de noche". Al cruzar las plantas de la variedad de flor blanca con plantas de la variedad de flor roja, se obtienen plantas de flores rosas,  como se puede observar a continuación: 



Segunda Ley de Mendel: Ley de la segregación independiente de los caracteres.

Los factores que se transmiten de generación en generación se separan (segregan) en los parentales y se unen al azar en los descendientes para definir las características de los nuevos individuos.

Mendel autofecundó individuos que le habían aparecido en la F1 del cruce anterior con un genotipo Aa y un fenotipo Amarillo.

Retrocruzamiento o cruzamiento de prueba.

En el caso de los genes que manifiestan herencia dominante, no existe ninguna diferencia aparente entre los individuos heterocigóticos (Aa) y los homocigóticos (AA), pues ambos individuos presentarían un fenotipo amarillo.

La prueba del retrocruzamiento, o simplemente cruzamiento prueba, sirve para diferenciar el individuo homo- del heterocigótico. Consiste en cruzar el fenotipo dominante con la variedad homocigótica recesiva (aa).

- Si es homocigótico, toda la descendencia será igual, en este caso se cumple la primera Ley de Mendel.

- Si es heterocigótico, en la descendencia volverá a aparecer el carácter recesivo en una proporción del 50%.

Tercera Ley de Mendel: Ley de la distribución independiente o de la libre combinación de los caracteres hereditarios.

Si se consideran dos caracteres simultaneamente, las segregaciones de los factores genéticos no interfieren entre sí; es decir, los factores que determinan un carácter se heredan independientemente de los que determinan el otro.

Mendel estudió el color y la forma de los guisantes para llegar a sus conclusiones.Al igual que con el color, observó que la forma lisa era dominante sobre la rugosa, determinando que el alelo L (liso) domina sobre el l (rugoso) (L>l). Cruzó individuos dihomocigóticos dominantes (genotipo AALL y fenotipo Amarillo Liso) con individuos dihomocigóticos recesivos (genotipo aall y fenotipo verde rugoso). Los resultados permiten apreciar que se mezclan al azar los caracteres, de donde se deduce la tercera ley de Mendel o ley de la independencia de los caracteres: los distintos caracteres se heredan independientemente unos de otros y se combinan al azar en la descendencia.

La genética, desde los tiempos de Mendel, ha avanzado mucho. Pronto otros investigadores encontraron excepciones a sus leyes y demostraron que no siempre eran válidas. Aunque es imprescindible reconocer su importancia como pionero, los genetistas suelen decir que «tuvo mucha suerte» al elegir la especie y los caracteres.

Ahora veamos un par de presentaciones excelentes acerca de las leyes de Mendel: