CLASE 26

VIRUS Y ELEMENTOS GENETICOS MOVILES

VIRUS: son paracitos intracelulares, son incapaces de multiplicarse en forma externa a una célula, por eso tiene que entrar a la célula, porque estos les proveen, las condiciones necesarios para multiplicarse, le replica su ADN, les sintetiza sus proteínas, es un parasito.

Todos los virus son perjudiciales, nunca hay un provecho por tener una infección viral.

Todos los virus tienen que tener un acido nucleico, pudiendo ser RNA o DNA, donde están los genes virales, que dependiendo del tamaño del virus, es su material genético; también todos los virus están cubiertos por una cubierta proteica, que tiene una estructura particular, esta tiene dos funciones:

a) proteger al acido nucleico, por que ahí están los genes.

b) es la encargada de que el virus ingrese a la célula.

Los virus existen en todos los reinos, en plantas, bacterias, hongos, animales, etc. El estudio de los virus ha permitido descifrar mecanismos moleculares, por ejemplo: el mecanismo de replicación del ADN, se descubrió estudiando la polimerasa del virus; también ha ayudado a entender las bases moleculares del cáncer, hace años se sospechaba que el cáncer tenia una base genética, y el descubrimiento de algunos virus que causan cáncer, ayudo a descifrar cuales son los genes, que provocan cáncer, son los ONCOGENES.

Hay distintos tipos de formarse del virus, depende de la forma que tenga la cubierta proteica, que se llama CÁPSIDE, hay distintos tipos de ésta, las simples están compuestas por una sola proteína; están en los virus elicoidales (explicación de la diapo, virus color verde que produce la rabia). Los más complejos, su cápside proteica conforma una estructura llamada icosaedro, tiene 20 caras perfectas, el de la diapo es un adenovirus, cada una de sus caras están formadas por varias proteínas, hay algunas caras que están formadas por 6 subunidades, formando una cara plana, parecida a un balón de futbol, es una manera de generara una figura esférica usando caras planas.

Pregunta: ¿cada cara esta formada por 6 subunidades?

Respuesta: unas por 6 y otras por 5.

Algunos virus además del acido nucleico y la cubierta proteica, tiene una envoltura lipidica, una bicapa de fosfolipidos, casi igual a la membrana plasmática, que rodea a la cápside por fuera. Para que les sirve la envoltura? Para su mecanismo de replicación, el virus cuando sale de la célula, se lleva un pedacito de membrana plasmática, y ese pedacito lo rodea.

Explicación de una diapo: los virus siempre tienen que tener una proteína en su superficie, porque con esa proteína, el virus reconoce a los receptores de la célula, así se una y puede infectar ala célula, por eso los virus que tiene una envoltura lipidica, tiene que tener una lipoproteína, que se llama GLICOPORTEINA DE SUPERFICIE, que tapiza a todo el virus por fuera.

Pregunta: ¿los receptores que ocupa el virus, en la célula, sirven para otra cosa; porque no creo que sean receptores para el virus?

Respuesta: claro, los virus se aprovechan de moléculas que hay en la superficie de la célula, pueden ser proteínas, carbohidratos, aprovechándose de esa para infectar a la célula.

Los virus rompen casi todas las reglas de la biología molecular (ADN, ARN, simple doble hebra etc.), porque hay virus que su genoma que esta en un DNA, que puede ser doble o simple hebra, también hay virus que su genoma esta en RNA, y hay RNA doble y simple hebra. Algunos virus transforman el RNA en DNA simple hebra, después en doble hebra, lo utilizan para hacer la transcripción de genes virales, esos son los RETROVIRUS.

Acá ven unos signos positivos y negativos, lo que quiere decir es que cuando es positivo, este RNA puede ser usado directamente para ser traducido y sintetizar la proteína, es un RNAm, el virus entra a la célula y este RNA lo toman los ribosomas y empiezan a producir proteínas virales. Para que un virus se replique tiene que producirse un RNA negativo y a partir de este, sintetiza mas copias de RNA positivo.

Positivo es la hebra codificante, ahí están codificadas las proteínas virales.

Los virus tienen mas enzimas que nuestras células no tienen, los virus son capaces de sintetizar RNA, tomando como molde otro RNA.

BACTERIOFAGOS:

Son virus que están en las bacterias, fago es comer, estos virus se “comen” a las bacterias, también se conocen como fagos, son importantes para la biología molecular , porque se usan como vectores de clonamiento, se pueden manipular muy fácilmente. El mas conocido se llama fago lambda, que infecta a la echericha colli, y lo que hace es unirse a la superficie de la bacteria, y no entra, tiene una estructura en su cápside, que es como una jeringa que atraviesa la perded bacteriana y le inyecta su DNA. Fíjense que las

proteínas son productos de desecho, lo que importa es du DNA, porque cuando entra, la bacteria esta obligada a sintetizar proteínas virales, y va a duplicar el DNA y formar nuevos virus. Un virus para multiplicarse lo hace por parte; entra el AADN viral a la célula bacteria, se producen miles de copias de ADN viral, a partir de los genes que producen grandes cantidades de proteínas virales, se arman los virus al interior de la célula, y después ésta revienta, y los virus salen. Esa es la explicación de porque los virus no enferman, sino que matan nuestras células.

Algunas bacterias tienen unas enzimas adentro que se llaman enzimas de restricción, que se encargan de destruir el DNA viral , al entrar a la bacteria lo destruyen, no todas las bacterias tiene esas enzimas. Por ejemplo la echericha colli, tiene enzimas de restricción, pero ninguna de esas reconoce al DNA fago lambda.

Normalmente el virus hace esto: se llama el camino lítico porque termina lisando a la célula y la mata, y termina saliendo miles de copias del mismo virus. ´pero el virus es tan inteligente, que si la bacteria no esta bien metabólicamente, al virus no le conviene tratar de multiplicarse dentro de esa bacteria, porque le va a ir mal, porque necesita energía para producir ADN, proteínas, etc., entonces cuando el virus no esta bien donde esta, no hace la vía lítica, elije, en cambio el camino litogenico, y lo que hace el virus es: ingresar el ADN a la bacteria y este ADN se integra al cromosoma de la bacteria y se silencia, hasta que las condiciones metabólicas de la bacteria sean las optimas, ahí el virus se vuelve a activar y produce nuevamente la vía lítica.

Esto es muy inteligente, porque el virus aunque no se este multiplicando, le inyecta su genoma al cromosoma de la bacteria, y se asegura que cuando la bacteria de divida, ambas células hijas reciban el material genético del virus, porque se van a multiplicar el cromosoma. Eso es algo parecido a lo que hace el virus del sida, cuando esta silenciado.

Esto de la fase mitogenica, se descubrió cuando se intento infectar la achericha colli con fago lambda, y no se infectaban, lo que paso, es que el virus cuando esta integrado, bloquea la reproducción de otro virus que entre, es egoísta, no se puede tener dos virus en una bacteria, aunque este silenciado.

Los virus son parásitos que viven dentro de la célula, no pueden reproducirse fuera de una célula, puede mantenerse en el ambiente, pero no se puede multiplicar.

Hay una discusión sobre el origen de los virus, se plantea de que los virus son restos evolutivos que quedaron de cuando fue el rigen de la vida, cuando se empezaron a armar los primeros ácidos nucleicos; los primeros genes, no se sabe si son restos de ese momento, o si los virus aparecieron después.

Veamos de forma muy rápida la trascripción reversa, lo que hacen los retrovirus. Para hacer eso, los retrovirus tienen una enzima, que se llama transcriptaza reversa y es una enzima que tiene muchas funciones, que esta en la misma proteína, como enzima es muy interesante estudiar, por que la misma enzima realiza toda la acción.

A partir de RNA viral sintetiza un DNA, vamos a tener un molécula de doble hebra, que será un hibrido entre RNA y DNA, después a enzima tiene una actividad de RNAasa, y destruye al RNA viral quedando solo el DNA de una hebra, el que se copio a partir de RNA. Y después la misma transcriptaza reversa cumple la función de DNA polimerasa y sintetizara la otra hebra de DNA a partir del DNA formado inicialmente. Así el virus transforma su RNA simple hebra en DNA doble hebra. Después hay otra enzima que es la integraza que toma este DNA formado por el RNA viral y lo integra dentro de cualquier gen de la célula.

Acá esta el ciclo de vida completo de un retrovirus, ahí esta el virus con su capa de envoltura lipidica y sus proteína de envoltura de superficie. El virus entra a la célula, esta el núcleo celular. Se produce la trascripción reversa, o sea a partir del RNA que esta en el virus se forma DNA doble hebra. Después se produce la integración, la doble hebra se integra al DNA de la célula y quedar latente muchos años (como el virus del SIDA). Al pedazo integrado al DNA se le conoce como pro-virus, no se le puede decir virus porque no tiene la capside ni la estructura completa del virus.

El virus prefiere integrarse a zonas de eucromatina, lo cual es un riesgo porque ahí están los genes activos, y esto puede inactivar a estos genes, y a

veces estos genes inactivados son genes supresores de tumores. Por eso al SIDA se pueden relacionarse ciertos tumores, además es así como se descubrieron estos virus, estudiando células tumorales de ratones. En los años 70 cuando se descubrieron estos virus, un señor Baltimore tomo tumores de ratones, los molió, hizo un homogenizado, los filtro y el “jugo” que obtuvo de ese filtrado se lo inyecto a un ratón sano, el cual tiempo después presento cáncer.

Una vez que esta integrado el pro-virus al DNA, por trascripción se producen muchas copias del RNA viral, se traduce con los ribosomas produciendo proteínas virales. Luego los RNA y proteínas virales se arman, formando nuevos virus que salen de la célula por hiemación, sin matar a la célula. Sacando un poco de membrana la cual cubre al virus.

Cuando esta el pro-virus en el gen de la célula, este se transcribe en mayor cantidad, esto se explica porque los promotores virales son miles de veces mas potentes que los de la célula. Casi obligando al RNApolimerasa a transcribir los genes virales.

Los virus cuentan con muy pocos genes, no necesitan muchos genes para hacer todas las funciones que tienen. Por ejemplo los retrovirus tienen 3 genes solamente. Se llaman “gag”, “pol” y “env”. Con esos 3 genes hacen todo esto que les conté recién.

A partir de estos genes se producen 2 poliproteinas, o sea se transcriben, se traducen y se producen 2 poliproteinas (A y B), después se produce por un maderamiento proteolitico, una proteasa, la poliproteina va siendo cortada, y de ahí van saliendo las proteínas maduras que son la integraza, proteasa y la transcriptaza reversa, a partir del gen pol. A partir del gen gag salen las proteínas de la capside, y a partir del gen env salen las proteínas de la envoltura.

Este gen se asemeja a un operon en el sentido de que tiene un solo promotor (zona LTR), pero la diferencias es que se traducen juntos, en una sola piloproteina, los operones traducirían los genes por separado. Pero tiene bastante semejanza con un operon.

Hay otro tipo de DNA. Que son móviles y se llaman transposones. Los transposones fueron una rareza cuando fueron descubiertos, durante muchos años no se les presto atención, hasta que se descifro el genoma humano (2001). En esa época se comenzó a ver más a los transposones, por que la mitad de genoma humano son transposones. La mitad de DNA que esta en nuestras células son transposones que han ido quedando ahí luego de millones de años de evolución. Ahora se entiende a los tansposones como agentes muy importantes en la evolución de las especies, por que estos producen cambios importantes en el genoma de

una especie.

El transposon consiste en sacar un gen de una parte del genoma y ponerlo en otra parte del genoma, producido por simples mutaciones. Pero los transposones son mucho más drásticos que mutaciones específicas de alguna base, los transposones mueven un gen de una parte a otra. Pueden quedar cerca de

otros genes e interactuar con estos, también pueden duplicar el gen y esta copia se pega en otra parte, un solo gen se duplica y eso es un paso muy grande en la evolución.

Transposones hay en todas partes, pero se descubrieron por primera vez en plantas. Y tenemos tantos tranposones en todo el genoma que se considera a los transposones como DNA moderadamente repetitivo. La longitud de los transposones es muy variable, el proceso se llama transposición (cuando este gen sale de una parte y se integra en otra parte del genoma). La frase “Los transposones no parecen tener una función útil para la célula” para la célula no tiene una función útil, de hecho para la célula son perjudiciales por que le puede mutar genes los altera, pero para la especie serian muy importantes en el ámbito de la evolución. Son parásitos genéticos, incluso algunos transposones son muy parecidos a los virus, que han perdido su capside.

Existen 2 tipos de transposones, funcionan siempre como DNA, veámoslo en la figura, la parte (a) el transposon seria la parte amarilla y el genoma normal seria la parte azul, y lo q hace es salir de ahí e integrarse en otra parte. Estos transposones de DNA se van moviendo por el genoma. Pero hay otros, que se llaman retrotransposones, funciona casi igual a los retrovirus. De hecho se cree que son restos de retrovirus que han quedado durante millones de años y quedaron como retrotransposones.

Estos retrotransposones están integrados al DNA, y desde el genoma por trascripción se forma un RNA, y el retrotransposon tiene una transcriptaza reversa que toma este RNA y los transforma en DNA, y este DNA se integra en otra parte del genoma, lo cual ha pasado por muchos millones de años y por eso nuestro DNA esta lleno de transposones. Todo esto dentro de la misma célula, y en una célula germinal para que pueda multiplicarse este cambio que ocurrió. Al final son retrovirus que no tienen capside.

Aquí se muestra como se integra un transposon a una parte del gen. Acá esta el DNA donde el transposon se va a integrar, entonces la transposasa (enzima encargada de la transposición) produce 2 cortes a la molécula de DNA, 2 cortes asimétricos, no rompe las 2 hebras de forma lineal. EL DNA se separa y al medio se introduce el transposon, despues viene la DNA polimerasa y rellena los espacios del DNA que no tienen nucleótidos, y se completa así el transposon dentro de un nuevo sitio del genoma.

Como hacen los transposones para estar activos?

No se si es un proceso que se active o se inactive, pero si es muy raro. Si bien en nuestro genoma tenemos millones de transposones, la mayoría esta inactivo. Se cree que son poquitos los que se están moviendo (5 o 6).

El transposon iría alargando la cadena de DNA?

Claro, el DNA iría creciendo todo el tiempo, y eso es lo que pasa nuestro genoma es mucho mas grande de lo que debería ser. Hay muchos genes q no codifican para nada, y ahora se sabe que esas secuencias son restos de transposones que han quedado ahí. Esto ocurre con los que transcriben a RNA, los que salen y se mueven no alargan la cadena.

Cual es la importancia evolutiva?

Hay muchos genes que comparten exones, genes distintos que tienen exactamente los mismos exones. Por ejemplo las tirosina quinaza, q conducen señales y verán mas adelantes, todas esas comparten una misma parte de la proteína. Entonces como distintas proteína de distintos genes, pudieron tener las mismas secuencias de aminoácidos. Entonces se dieron cuenta de que las secuencias compartidas eran exones. Vieron que había un exon que estaba compartido con un montón de genes distintos. Y cuando fueron a ver que había al lado de los genes se dieron cuenta de que había lo mismo, y se dieron cuenta de que eran transposones. Entonces vieron de que en vez de salir los transposones solos, salieron todos juntos formando un gran transposon, y se integro en el intron de otro gen, integrando a la vez un intron que viajo con el transposon. Entonces el gen recibe un intron nuevo, pudiendo darle nuevas funciones a esa proteína.

Fueron a ver que era lo que había en los intrones de al lado y cuando vieron la sorpresa fue grande pues, habían transposones. Entonces que es lo que se creía que pasó, de estos dos transposones en vez de moverse en forma independiente uno del otro, en algún momento salieron como un gran transposon (****) se la llevaron con él. Salió de acá y se integró en otra parte y fue a integrarse justo dentro de un intrón de otro gen. Entonces ahora ese otro gen recibe un exón nuevo. Y al recibir exones nuevos quizá le dio propiedades nuevas a esa proteína y a lo mejor esa proteína nos favoreció evolutivamente.

En las bacterias, los transposones tienen una importancia médica, porque casi todos los transposones bacterianos llevan un gen de resistencia a cualquier antibiótico. Entonces los transposones en combinación con los plasmidios son los culpables de que los genes de resistencia a antibióticos se diseminen entre las distintas especies de bacterias.

Entonces el transposon puede salir de acá y puede integrarse a otra parte llevándose el gen de resistencia del antibiótico en cuestión. Los retrotransposones se comportan como retrovirus que se diseminan en el genoma, son = a los retrovirus pero le faltan los genes de las proteínas de la cápside, entonces tienen los genes de la transmutasa reversa, integrasa, etc. Son muy pequeños, entre 5 y 8 kD.

Los transposones como son la misma genoma, permite que haya recombinación homóloga entre transposones y esto provoca las duplicaciones o deleciones de los genes. En mamíferos causó las distintos tipos, por ejemplo de globina, alpha beta, gamma, delta, épsilon y la pregunta es por qué se duplicaron esos genes. Cuando uno estudia la secuencia de ADN que está a ambos lados de esos genes, por casualidad se encuentran transposones. Ósea esos transposones se encargaron en algún momento de la evolución de duplicar diversos genes de globulina y gracias a eso los mamíferos podemos tener distintos tipos de globina y así permitir el embarazo (porque usa un tipo de globina especial).

Esto también es importante, por ejemplo pensemos que mover un gen de un lugar a otro no tiene la mayor importancia, porque se podría pensar que el gen está y eso es suficiente, pero la posición de un gen en el genoma tiene mucho que ver con el nivel de transcripción de ese gen. Un transposon toma un gen que está en una zona de heterocromatina y se lo lleva a una zona de eucromatina probablemente ese gen comenzará a transcribirse cuando no debiera transcribirse. O el transposon toma un gen inactivo y lo lleva al lado de un gen que es muy activo, que tiene activador de transcripción, entonces este gen que viene

inactivo ahora se activa pk el otro gen lo está influenciando. Es decir el descubrimiento que hizo “esta señora” investigando plantas de maíz, cuando descubrió los transposones, recién ahora se entiende la importancia de estos elementos.

Plasmidios:

Son elementos genéticos circulares y autónomos y se replican dentro de las bacterias, es decir los encontramos sólo en las bacterias, entonces qué son las bacterias (pero yo creo que se equivocó pues debió haber dicho qué son los plasmidios): “son mini elementos de DNA circulares que se replican independiente del cromosoma bacteriano” y hay muchos plasmidios que hay una sola copia dentro de cada célula y otros plasmidios donde hay hasta 500 o más copias se llaman plasmidios multicopia y depende del origen de replicación del plasmidio. Esto es importante, pues muchos poseen gen de resistencia a antibióticos y se ha visto

que plasmidios que tenían resistencia para un antibiótico y pasado un tiempo poseen resistencia para un nuevo antibiótico (enfermedades intrahospitalarias, donde cada vez más cuesta matar a las bacterias, pues generan resistencia a lo que las elimina). Como recibe ese nuevo gen de resistencia, pues se lo trajo un transposon que estaba en el cromosoma de la bacteria, salta y se mete en el plasmidio, entonces al final estos plamidios en las bacterias de hospitales acumulan información para ser resistentes a más antibióticos, adquiriendo una batería de resistencia lo que las hace imposibles de matar. La cepa de tuberculosis es prácticamente resistente a todos los antibióticos, por el mal uso que se les dio (la gente le dolía la cabeza y tomaba antibióticos). Entonces cuando un

paciente es resistente a las cepas multirresistencia se le da VANCOMICINA, antibiótico de última generación. Hoy en día es muy difícil generar antibióticos, pues las bacterias son cada vez más resistentes. Vancomicina es lo más resistente.

Antes los antibióticos se descubrían a cada rato como la penicilina y el señor que la descubrió de ahí hubo una gran explosión de descubrimiento pero hoy en DIA descubrir un antibiótico nuevo puede tardar 5 a 10 años. Tardo 10 años en tener un antibiótico nuevo y en un par de años la bacteria ya es resistente por lo que hoy en día es muy difícil que un medico recete vancomicina ya que esta muy regulado esté es el ultimo antibiótico que queda, pero luego las bacterias que son maravillosas ya se van a hacer resistentes a la vancomisina.

Ya que estamos hablando de infecciones intra hospitalarias los plasmidios son una lata ya que estos no solo se transmiten de una bacteria en forma vertical, de una célula a sus 2 células hijas todas van a tener el plasmidio de resistencia pero también se pueden transmitir en forma horizontal, es decir, una bacteria que no tiene el plasmidio se junta con otra que si lo tiene y se lo traspasa por un fenómeno llamado conjugación y para colmo de males esta conjugación es entre bacterias de distintas especies por ejemplo en un hospital aparece un estreptococo resistente a varios antibióticos y si no se controla ese brote semanas después aparece un estafilococo con el mismo plasmideo y ahí va quedando las escobas en las UCI, esto es como la estructura general de un plasmideo es un DNA circular y tiene 2 elementos básicos un origen de replicación, esto se tiene que replicar dentro de la célula ya que no se puede

mantener y tienen por lómenos un gen de resistencia a antibióticos, en este caso, ampicilina la nomenclatura es ampR hay plasmidios que no tienen resistencia pero la mayoría si lo tiene y estos plasmidios no son solos los malos de la película sino que son muy útiles ya que gracias a estos se pueden clonar genes, manipular el ADN, se usan como vectores los plasmidios se han manipulado como herramientas de biología molecular.

La conjugación es un intercambio de material genético, esta bacteria es un bacilo por su forma y pueden ver acá que tienen unas estructuras similares a pelos que son proteínas que usan para unirse con otra bacteria, quedar perfectamente unido para intercambiar plasmidios, se asocian y se pasan plasmidios unos a los otros lo mas normal es que hayan muchas copias de los plasmidios.

Hay plasmidios que no tienen genes de resistencia a antibióticos , entonces ¿Cómo se mantienen? Se a descubierto que dentro del plasmidio se encuentra una proteína que codifica un veneno que mata a la bacteria pero el mismo plasmidio tiene una proteína que codifica para un antídoto, mientras que este el plasmidio este dentro de la bacteria hay veneno y antídoto por lo que la bacteria sobrevive y la gracia de este sistema es que el veneno es de larga duración y el veneno de corta duración, entonces si la bacteria pierde el plasmidio la bacteria muere por acción del veneno que es de larga duración y el antídoto de corta duración , por lo que el plasmidio esta obligando la bacteria a mantenerlo a dentro por lo que los plasmidios son parásitos de las bacterias así como los virus lo son de nuestras células, claro que las bacterias también se aprovechan de los plasmidios para mandarse genes de resistencia entre ellas.

Por ultimo un ejemplo más extremo que es un plasmidio que permite a las bacterias cambiarse genes cromosómicos y esto ocurre mediante una bacteria que tiene un plasmidio, plasmidio F el cual es capaz de integrarse en el cromosoma de la bacteria y después la bacteria que tiene integrado el plasmidio F se conjuga con otra que no tiene el plasmidio, la bacteria que no tiene plasmidio se lo va a querer entregar a otra que no tenga plasmidio, entonces el mecanismo es que el plasmidio se empieza a duplicar transfiriéndose a la bacteria mientras se duplica y este proceso no es perfecto entonces se puede transmitir el plasmidio F pero se puede llevar un pedacito del cromosoma,

entonces ya es casi es el colmo de la adaptación intercambiándose genes cromosómicos, entonces si ustedes lo piensan es como una especie de reproducción sexual que tiene la bacteria, entonces esto es muy importante por que hay genes de patogenicidad, me explico, en nuestro intestino esta la E.coli la cual no nos enferma pero a veces nos enfermamos de E. coli patogénica que nos dan infecciones intestinales serias y esas bacterias no son las que viven en paz en nuestro organismo y si uno las estudia esta bacteria patógenas , tiene genes que le dan esta característica, genes que no tiene la E. coli normal y esos genes están en su cromosoma en su plasmidio, por ejemplo con el mecanismo anterior una salmonela le puede haber transmitido la

patogenisidad a la E. coli, ósea no se transfiere el cromosoma completo es un pedacito no mas.