“UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIGALGO”
F ACULTAD ACULTAD DE QUI MI COF COF ARMACOBI ARMACOBI OLOGÍ LOGÍ A
MICROBILOGÍA IV (VIROLOGÍA) “INFLUENZA A”
SOTO BARRIENTOS EVA VIVIANA MAGAÑA MENDOZA YEIMAN FABRE MONDRAGON GOMEZ MARIA GUADALUPE MIRANDA SILVA SERGIO
ALUMNO:
OCTAVO SEMESTRE, SECCIÓN 02 MARZO 2017-AGOSTO 2017
INFLUENZA A
HISTORIA
La enfermedad respiratoria aguda altamente contagiosa que se conoce como influenza parece haber afectado a los humanos desde la antigüedad. La aparición súbita de enfermedades respiratorias que persistían por pocas semanas y después desaparecían caracterizó a un gran número de epidemias en el pasado; una de estas epidemias fue comunicada por Hipócrates, el padre de la Medicina, en el año 412 a.C. Episodios similares también fueron descritos en la Edad Media. El término influenza se introdujo en Italia al inicio del siglo XV para describir una epidemia que se atribuía a la influencia de las estrellas (no lo atribuian a la influencia de las estrellas sino a la del frio, por lo cual le llamaban influenza di freddo (consultar Internet)). Este término fue adoptado por los ingleses en el siglo XVIII; hacia la misma época los franceses le dieron el nombre de grippe. La primera pandemia ocurrió en 1580. Se cree que se originó en Asia; de ahí se dispersó a África y a Europa. La mortalidad fue elevada en algunas ciudades e indudablemente se incrementó por la práctica de sangrar al enfermo para disminuir la fiebre. A pesar de que el seguimiento fue irregular y no muy preciso, los historiadores están de acuerdo en que durante los siguientes tres siglos hubo un número definido de pandemias, junto con las epidemias intermedias. La investigación retrospectiva en la década pasada ha aclarado parcialmente la naturaleza de la pandemia de 1889, al detectar anticuerpos para influenza en el suero de individuos que vivieron en ese tiempo. Sin embargo, no fue sino hasta 1930 que un virus específico fue identificado como la causa de la influenza, siendo el comienzo de un mejor entendimiento de la enfermedad. En términos de números de las víctimas humanas, la gran pandemia de 1918-19 no tuvo precedentes. Las estimaciones oscilan entre un mínimo de 20 millones de muertes en todo el mundo hasta más del doble de este número. Más de 500.000 muertes fueron comunicados en EE.UU. y sólo en la India hubo alrededor de 20 millones. Ciertas zonas de Alaska y algunas islas del Pacífico perdieron a más de la mitad de su población. En EE.UU. la mayoría de los lugares públicos fueron cerrados: los hospitales estaban excedidos y faltos de servicios médicos. Adultos previamente sanos, enfermaron y murieron en un lapso de 24 horas. Familias enteras padecieron la enfermedad en soledad, a pesar del accionar de los servicios voluntarios en todo el país. Existieron remedios extraños e inusuales, pero al final el único tratamiento efectivo fue un buen cuidado por parte de las enfermeras. Aún no se ha dilucidado por qué la pandemia fue tan letal. En algunos casos, quizás en la mayoría, la principal causa de muerte fueron las infecciones bacterianas secundarias que causaron neumonía – que actualmente se tratarían con antibióticos – y otras comorbilidades. Otro factor importante pudo haber sido un marcado incremento en la virulencia del virus durante las primeras fases de la pandemia en la primavera y verano de 1918. Pero todos los intentos de dar una respuesta concluyente fallaron, incluyendo el análisis de tejido de las víctimas y de la exhumación en 1950 de cuerpos enterrados en el suelo congelado de Alaska en búsqueda de la cepa de virus relacionada. El nombre dado a la pandemia de 1918-19 fue Gripe española, un nombre discutible que ha persistido hasta estos días a pesar que los casos de influenza se dieron en muchos lugares del planeta. Aparentemente, España adquirió esta dudosa distinción por ser el país donde habían
desembarcado tropas extranjeras que ya padecían la enfermedad y la propagaron inicialmente en su territorio. Es difícil determinar cuál fue la primera área geográfica afectada, ya que la pandemia se presentó en tres oleadas: en la primavera de 1918, el invierno de 1918 y los primeros meses de 1919 (según las estaciones del hemisferio norte). No se prestó atención a la enfermedad hasta la “ola asesina” del invierno de 1918.
CLASIFICACIÓN
Según el Comité Internacional de Taxonomía de los virus, el virus de la influeza A se encuentra clasificado de la siguiente manera:
Negavirales Orden Familia
Orthomyxoviridae
Género
Influenzavirus A
Especie
Influenza A virus
Orthomyxoviridae proviene del griego orthos, que significa “estándar, correcto” y que significa “moco, mucosidad”
de myxa,
Según la clasificación de Baltimore, este se encuentra en la Clase V: RNA monocatenario de cadena negativa.
ESTRUCTURA DE LOS VIRUS DE LA INFLUENZA
Los virus de la influenza son virus envueltos de una doble capa de fosfolípidos, con 80 a 120 nm de diámetro, forma generalmente esférica y más raramente filamentosa. Poseen una cápside
tubular de simetría helicoidal y ARN segmentado de polaridad negativa.
Envoltura
Se deriva de la membrana plasmática de la célula in fectada y comporta en su superficie múltiples espículas formadas por glicoproteínas virales de membrana visibles por microscopía electrónica: o
Hemaglutinina: Codificada en el segmento 4 la hemaglutinina (H) se presenta en forma trimérica, muestra hacia la superficie externa de la partícula viral, un
dominio globular que comporta el sitio de unión o enganche con el receptor celular, así como los segmentos de mayor antigenicidad. El otro extremo de la proteína o tallo, está insertado en la envoltura lipídica viral, tiene aspecto filamentoso y funciona como pieza de anclaje en el momento de la penetración del virus a la célula. Estas espículas se dividen en subtipos serológicos de acuerdo a la naturaleza de la H (H1 a H16). La H se sintetiza como una proteína precursora llamada H0, que es proteolíticamente cortada en H1 y H2 en un sitio especifico de la proteína. Este corte, resulta en la activación de la infectividad del virus y se ha observado que a diferencia de las cepas de baja patogenicidad, las cepas de alta patogenicidad tienen no sólo uno, sino varios aminoácidos básicos en el sitio de corte, lo que las hace particularmente susceptibles a ser activadas proteolíticamente, y por lo tanto, más infecciosas. El corte proteolítico es esencial para la infectividad, ya que expone un péptido hidrofóbico en el amino terminal de H2, que es responsable de mediar la fusión de las membranas viral y celular. Así, la subunidad HA1 está involucrada en unión al receptor, HA2 tiene actividad de fusión de membrana.
o
Neuraminidasa: La neuraminidasa (N) codificada en el segmento 6 se presenta en forma de tetrámero con aspecto de champiñón. Su porción globular tiene actividad enzimática de sialidasa, lo que le permite a la partícula viral despegarse de su receptor celular para emerger de la célula infectada e infectar nuevas células. La proteína N también es altamente antigénica y es clave en el proceso de neutralización durante la respuesta inmunitaria. Estas espículas se dividen en subtipos serológicos de acuerdo a la naturaleza de la N (N1 a N9).
Proteína M1 (de matriz) : Codificada en el segmento 7 (junto con la M2) esta proteína recubre internamente la envoltura viral. Ocupa el espacio el espacio entre la envoltura y la cápside viral. Interactúa con los dominios internos de las glicoproteínas virales de superficie y a la vez con las RNP.
Proteína M2: Codificada en el segmento 7, esta proteína tetramérica transmembranal sirve como canal iónico El centro mismo de la partícula viral lo conforman el complejo de ribonucleoproteína ( RNP), que está compuesto por los 8 segmentos de RNA del genoma viral (Influenza A), las proteínas polimerasa ( PB1, PB2 y PA : polimerasa básica 1 (codificada en el segmento 2), polimerasa básica 2 (codificada en el segmento 1) y polimerasa ácida (codificada en el segmento 3), respectivamente) y la nucleoproteína (NP) que se codifica en el segmento 5. Complejo polimerasa: Los 3 segmentos de RNA más grandes (1, 2 y 3) contienen los genes que codifican para el complejo polimerasa, responsable de la replicación y la transcripción, y formado por PB2, PB1 y PA, respectivamente. Proteínas no estructurales: o La proteína NS1 la sintetiza el virus sólo dentro de la célula infectada a partir del segmento 8 e inhibe la síntesis de ARNm celular La NS2 es una proteína no estructural codificada también en el segmento 8 o necesaria para la exportación nuclear de ribonucleoproteínas virales o
CICLO DE REPLICACIÓN VIRAL ADSORCIÓN
La adsorción viral consiste en la unión de la glucoproteína hemaglutinina con el receptor de membrana celular que es el ácido siálico. El ácido siálico es un azúcar pequeño unido a muchas proteínas de membrana. A la izquierda un dibujo de una proteína celular incrustada en la membrana plasmática. El interior de la célula - citoplasma - está en la parte inferior. Parte de la proteína atraviesa la membrana, y también hay partes en ambos lados de esta. Las esferas son azúcares que se unen a muchas proteínas (proteína + azúcar = glicoproteína). El ácido siálico es siempre el último azúcar en una cadena de carbohidratos que se une a una proteína. A la derecha está la estructura química de ácido siálico; el siguiente azúcar, a la derecha, es la galactosa. Los viriones de la influenza se adhieren a las células cuando la HA se une a la pequeña molécula de ácido siálico.
PENETRACIÓN
El mecanismo de penetración de la influenza es uno de los más estudiados y entendidos. Después de que el virión se une al ácido siálico, el complejo virus-receptor se introduce en las células por endocitosis, un proceso por el cual las células normalmente toman las moléculas del fluido extracelular. Las vesículas endosomales que contienen las partículas de virus se mueven hacia el núcleo de la célula mientras su pH cae. Este cambio en el pH se lleva a cabo por un canal celular que bombea protones (H +) en la vesícula. Cuando el pH endosomal alcanza 5,0, la proteína HA viral sufre un reordenamiento conformacional. Este cambio expone un péptido de fusión (H2) de la HA - una secuencia corta, hidrófoba que tiene mucha afinidad por las membranas, se inserta en la membrana endosomal y con ayuda de otra porción anclada en la envoltura viral, ambos tiran juntos de las membranas haciendo que se fusionen. Cuando esto ocurre, los ARN virales se liberan en el citoplasma. A continuación, se transportan en el núcleo de la célula donde se produce la replicación del ARN viral. En el virión de la influenza, los ARN virales no están desnudos, pero se encuentran unidos a un número de proteínas virales, incluyendo la proteína M1. Esta proteína forma la cáscara que subyace en la membrana lipídica del virión. Por desgracia, si los ARN virales se unen a proteínas M1 cuando se liberan del virión, no pueden entrar en el núcleo. Para solucionar este problema, el virus de la influenza tiene en su membrana algunas copias de una proteína llamada M2. Esta proteína viral forma un canal en la membrana que bombea activamente protones desde el endosoma al interior del virión. Estos protones reducen el pH en el interior del virión, la liberación de los ARN virales de M1. De esta manera, los ARN pueden entrar en el núcleo.
SÍNTESIS DE MACROMOLÉCULAS
En el núcleo las cadenas de sentido negativo sirven para transcribir a ARNm de sentido positivo La producción de RNAm viral que inicia la infección, denominado transcripto primario, usa la polimerasa asociada al virión y es este paso el cual necesita la ARN polimerasa II activa. Cada uno de los ocho segmentos genómicos RNA son usados como modelo de transcripción de un RNAm monocistrónico usando un complejo polimerasa codificado en el virus. Cada segmento genómico RNA tiene su propia señal de iniciación de transcripción. Las primeras 13 bases del extremo 5’ de cada segmento son idénticos, y de igual forma en las ultimas 12 bases en el extremo 3’ son idénticos en cada segmento, pero diferentes de las bases del extremo 5’. Las señales para la iniciación de la transcripción de los segmentos genómicos están contenidas en la secuencia del extremo 3’.
El método de transcripción del virus de la influenza es inusual y explica la dependencia con la polimerasa II del hospedero. El complejo ribonucleoproteína (RNP) que lleva a cabo el proceso de transcripción no tienen la capacidad de agregar el cap ni de metilación pero los RNAm del virus tienen un cap en el extremo 5’. Esto es porque la proteína PB2, un componente de la RNP en un proceso conocido como “robo del cap” se un e a la cap del extremo 5’ del RNAm de la célula huésped . El RNAm del huésped es escindido a 10-13 bases a partir del cap, preferentemente después de un residuo de adenina, aunque ocasionalmente después de una guanina. Este pequeño segmento de RNA es usado como cebador para la síntesis del RNAm del virus de la influenza. Las proteínas PB1 y PA del complejo RNP inician la transcripción y elongan el cebador , respectivamente. La transcripción se termina en un punto específico de la plantilla en una serie de hom opolıímeros de residuos de uracilo 17-22 del extremo 5 ' del
molde. Estos son copiados como adenina en el RNAm y la polimerasa viral continúa añadiendo residuos de adenina de una manera reiterativa para generar la cola de poli A antes de que el RNAm se disocie del molde. Posteriormente el ARNm sale del núcleo para su traducción. La síntesis de las proteínas de la envoltura virales HA, NA y M2 se inicia en el citosol, pero ya durante la síntesis, las cadenas de polipéptidos en crecimiento son transportados al retículo endoplasmático, donde las proteínas están glicosiladas y plegadas en trímeros y tetrámeros. Posteriormente, las proteínas se transportan a través del aparato de Golgi y la red trans-Golgi a la membrana plasmática de la célula. A lo largo de esta vía, se introducen varias modificaciones, incluyendo la formación de enlaces disulfuro y la modificación de las cadenas laterales de oligosacáridos. Dado que el pH dentro de la red trans-Golgi es ligeramente ácido, sería probable que se indujera un cambio conformacional de la HA en la porción de fusión, y que el virus no desarrollado tuviera un mecanismo de protección contra esto. Como sucede, la proteína M2, que se expresa abundantemente en las células infectadas, de forma transitoria neutraliza el pH dentro de la red trans-Golgi, de manera que HA puede transitar de forma segura a la superficie celular. Esto representa una segunda función importante de la proteína M2, además de su papel en la entrada viral y la desenvoltura. La síntesis y plegamiento de las proteínas del núcleo viral se producen enteramente en el citosol. La NP y los componentes de la polimerasa de ARN interactúan con el ARN viral nuevamente sintetizado para formar RNPs. La proteína M1 comienza a interactuar con los dominios C-terminales de HA y NA en la membrana plasmática de la célula, formando parches con una alta densidad de HA y NA, excepto las proteínas de la membrana de plasma celular. Posteriormente, RNPs recién formadas interactúan activamente con el revestimiento M1 en estos parches. Esta interacción también impide el reingreso de RNP en el núcleo. En contraste, la síntesis de cadenas positivas de RNA antigenoma no usan el cebador y generan una copia exacta del molde RNA. De este modo, los ARN virales de sentido negativo también sirven como plantillas para la producción de copias exactas de ARN de sentido positivo (cRNA), que a su vez dirigen la síntesis de múltiples copias nuevas de ARN virales de sentido negativo. Algunos virus de la influenza humana A y de los animales codifican una proteína adicional del ARNm transcrito del segmento genómico 2 que también codifica PB1. La proteína, denominada PB1-F2, está codificada en un segundo marco de lectura abierto corto que está contenido dentro del gen que codifica a PB1, pero está en un marco de lectura abierto diferente. Las proteínas PB1-F2 de diversos virus influenza difieren en tamaño entre las cepas, que varían de 57 a 90 aminoácidos de longitud. La función de la proteína PB1-F2 no se conoce, pero tras la traslación se transporta a la mitocondria del huésped donde se degrada rápidamente. Debido a la localización mitocondrial ya otras pruebas experimentales se cree que la proteína PB1-F2 puede inducir la muerte de células infectadas por el proceso de apoptosis. Es tentador especular que la función PB1-F2 es necesaria para la supervivencia del virus en las aves, pero innecesarias o perjudiciales en los seres humanos. Su importancia en cepas pandémicas sigue siendo oscuro. Los segmentos 7 y 8 del virus de la influenza pasan por el proceso de corte y empalme. Este mecanismo está disponible porque el ARN del virus se transcribe en el núcleo así que usa la maquinaria de la célula. La transcripción de cada uno de estos segmentos produce un ARNm
que codifica una proteína específica: M1 y NS1, respectivamente. Se elimina una sección interna de una proporción de los transcritos primarios con las dos moléculas restantes ligadas. En ambos casos, los eventos de empalme eliminan una porción sustancial del primer marco de lectura abierto, dejando el codón de iniciación UG en su lugar. El resultado es que un marco de lectura abierto alternativo, en un tramo de lectura diferente y no accesible previamente a los ribosomas, se fusiona con los primeros codones del marco de lectura abierto de M1 o NS1. El nuevo marco de lectura generado dirige la síntesis de nuevas proteínas, llamadas M2 y NS2. Un RNAm adicional, raro, se genera a partir de la transcripción primaria del segmento 7 mediante un proceso de empalme alternativo. El empalme elimina el primer codón AUG en el transcrito primario que se utiliza para sintetizar las proteínas M1 y M2. El primer marco de lectura en el ARNm del segmento 7 empalmado alternativamente contiene sólo nueve codones. La proteína putativa producida por la traducción de este ARNm se llama M3, pero no se ha detectado en las células infectadas y su papel en el ciclo infeccioso no se conoce. Los niveles de expresión de NS2 y M2 se determinan por la frecuencia del evento de empalme postranscripcional.
MADURACIÓN, ENSAMBLE Y LIBERACIÓN
El ARN genómico junto con las proteínas NP se desplazan hacia el citoplasma, las proteínas HA, NA y M2 permanecen todo el tiempo en el citoplasma. En la maduración del virus, la proteína M2 podría funcionar como señal inicial de ensamblaje al dirigir la migración de los componentes virales hacia la membrana, proceso que ocurre entre 4 ó 5 h de la infección. La incorporación de la proteína M2 produce un aumento del grosor de la membrana. Park y col proponen una interacción entre las proteínas de superficie HA, NA y M2 (Figura 7). La proteína M2 tiene regiones que le permiten incorporarse a la membrana en región extracelular. La concentración de M2 está en cantidades inferiores con respecto a HA y NA, pero con concentración adecuada para formar el complejo de incorporación, el aumento de M2 podría causar una acidificación alta que afectaría este proceso. La regulación de la incorporación y ensamblaje de los componentes virales es desconocida, empero debe de existir un mecanismo que organice y controle el ensamble perfecto de cada componente, papel donde podría participar M2. En la liberación del virus, la NA es la encargada de eliminar residuos de ácido siálico y permitir la salida libre de los viriones sin que se agreguen. Estudios in vitro han demostrado, que el cambio de un simple aminoácido en el sitio activo de la enzima puede alterar su función.
INMUNOPATOLOGÍA
Respuesta Inmune mediada por anticuerpos (neutralización viral). Los anticuerpos (Ac) antiHA tienen la función de neutralizar al virus impidiendo la unión de la HA al ácido siálico. Además, estos Ac neutralizantes dejan marcado al virus para el proceso de opsonización. Los anticuerpos anti-NA, reducen la eficiencia de liberación del virus de las células infectadas, ya que el papel de la NA es la liberación de las partículas virales del ácido siálico. Respuesta inmune celular: La inmunidad celular está mediada por los linfocitos T, los cuales han sido clasificados en dos grupos de acuerdo a sus receptores de superficie: CD8+ o linfocitos citotóxicos, y CD4+ o cooperadores, éstos se diferencian a su vez en Th1 y Th2, de acuerdo a las citocinas que liberan al medio.
Ante el virus de la influenza se liberan citocinas inflamatorias, es decir, Th1. Las células T antígeno específicas activadas producen varias moléculas efectoras para la eliminación de la infección y a su vez favorecen la inflamación y el daño tisular. Los linfocitos T efectores CD4+ y CTL (linfocitos T citotóxicos) expresan marcadores específicos de las células T convencionalmente conocidas como tipo 1 (Th1), y producen simultáneamente IL-10 y citoquinas proinflamatorias propias de este patrón celular en sangre periférica y en los pulmones durante la infección aguda (IL-2; IL-12 y FNT: factor de necrosis tumoral). La inmunidad adaptativa celular es más compleja que la humoral, pues para que el virus sea reconocido por los linfocitos T es necesario que sea digerido por las células presentadoras de antígenos (macrófagos, células dendríticas); el virus es desintegrado en el interior de estas células hasta formar ciertos péptidos que se unen a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) las cuales los llevarán a la superficie celular donde serán reconocidos por el linfocito T específico para esos péptidos. Este mecanismo (exclusivo de los linfocitos T) se conoce como presentación antigénica y se lleva a cabo de la siguiente manera: las células dendríticas presentes en las vías aéreas adquieren los antígenos virales mediante fagocitosis, maduran y migran del pulmón hacia los ganglios linfáticos, donde activarán a los linfocitos T vírgenes específicos contra estos antígenos. Para poder activar a los linfocitos, la célula dendrítica digiere mediante enzimas al virus, convirtiéndolo en péptidos pequeños, los cuales, en el interior de estas células, se unirán a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad y serán presentados como moléculas de superficie a los linfocitos T que las reconocerán a través de su receptor. Posterior a la presentación del antígeno, los linfocitos T, después de ser estimulados, se activan, proliferan y migran de los ganglios linfáticos a los pulmones para poder destruir a las células infectadas. Como parte de la diferenciación celular se forman células de memoria. La inmunopatología o mecanismo de hipersensibilidad se refiere a la enfermedad o síntomas causados por el sistema inmune cuando realiza su trabajo de protección contra el virus de la influenza. Es la respuesta inmune exagerada que causa daño por la liberación de citocinas, cambios a nivel endocrino y sanguíneo locales, así como la limpieza que deben llevar a cabo las células del sistema inmune del sitio de inflamación. La proteína NS1 viral actúa como antagonista de la respuesta del IFN alfa/beta, ya que funciona como un secuestrador del RNA viral para evitar que sea detectado por las células hospederas. El virus usa la proteína NS1 para su replicación durante 48 horas después de la infección y antes de su detección por el Sistema Inmune.
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