Virus y mutaciones: ¿Qué son los mutágenos y para qué se utilizan?

Reinhardt Acuña Torres

Introducción

Las tan esperadas vacunas contra el covid-19 no acallaron la preocupación de buena parte de la población, tras la aparición de nuevas cepas del virus Sars-CoV-2 mutado en varios países del continente europeo y África; así como, en Brasil y México. Eso debido a que, muchas de ellas han resultado ser más transmisibles, aunque no más infecciosas (hasta ahora). Allende de las ya consabidas noticias falsas que fanáticos y anti vacunas han propagado con el único fin de crear confusión como producto de la desinformación.

Es el propósito de este artículo, contribuir a eliminar mucha de esa confusión producto de información científica vaga, falsa y desarticulada acerca de los virus y las mutaciones. Explicando de manera sencilla y entendible para la mayoría, ¿Qué son los virus y las mutaciones? Y ¿Por qué se producen?

Como notará el lector, el artículo contiene muchos términos escritos en azul: son enlaces a las fuentes de Internet de donde se tomaron; los de azul oscuro son enlaces a fuentes generales y los de azul claro contienen enlaces específicos. Finalmente, remarcado en amarillo, en negrita y letra cursiva; se encuentran las frases destacadas de cada tema.

Virus

Lo primero que hay que entender es que los virus no son organismos vivos en el estricto sentido de la palabra. Su definición biológica es agente infeccioso microscópico acelular.

Eso significa que es capaz de invadir una célula anfitriona como un patógeno y replicarse dentro de ella (replicación viral). Sin embargo, a pesar de ser microscópico y estar formado por compuestos orgánicos, biológicamente no clasifica como un microorganismo. Ya que, para eso, le falta cumplir con dos condiciones fundamentales: la de un ser vivo (sistema biológico que solo puede visualizarse con el microscopio) y la de organismo unicelular (aquel que está constituido por una sola célula). Los virus constituyen un grupo taxonómico conocido como Acytota o Aphanobionta el cual conforma un grupo parafilético (incluye al ancestro común de sus miembros, pero no a todos los descendientes de este) que está relacionado con el origen de la vida (Abiogénesis). Siendo la principal característica del grupo el ser unidades acelulares (acelular).

Así es: los virus no son células, ni están vivos. Pero, imitan esas características muy bien.

Los virus están compuestos de dos partes: una interna y una externa. Internamente llevan el material genético, que conforma su información hereditaria, auto reproducible y trasmisible. Esta está constituida por moléculas de ADN o ARN y una cubierta proteica que la protege llamada cápside. En algunos casos, existe un tercer componente o parte: una bicapa lipídica (doble capa de grasa) que rodea al virus, cuando este se encuentra fuera de la célula; es decir, en un ambiente externo. Esta parte, que sirve de protección externa se denominada envoltura vírica.

¿Cuántos tipos de virus existen?

De acuerdo al  Comité Internacional de Taxonomía de Virus, la clasificación viral (clasificación taxonómica) comienza en el nivel de dominio y continúa de la siguiente manera, con los sufijos taxonómicos entre paréntesis:

Dominio (-viria)

Reino (-virae)

Filo (-viricota)

Subfilo (-viricotina)

Clase (-viricetes)

Orden (-virales)

Suborden (-virineae)

Familia (-viridae)

Subfamilia (-virinae)

Género (-virus)

Especie (-virus)

“La taxonomía actual del ICTV está basada en el tipo de proteínas que posean y la secuencia de aminoácidos. Según esta clasificación los virus pueden dividirse en 4 dominios y algunos reinos.

• Riboviria: Contiene los virus que codifican ARN polimerasas dependientes de ARN y transcriptasas inversas. La agrupación surge porque se creé que las ARN polimerasas dependientes de ARN y transcriptasas inversas comparten un ancestro común. Durante el antiguo mundo de ARN estas enzimas codificadas por ciertos replicones precederían al ADN incluyendo los virus de ADN. Incluye los virus de ARN y los virus retro transcritos que se clasifican en sus propios reinos, aunque algunas familias y géneros de virus de ARN no están asignados.
  • Orthornavirae: Incluye los virus de ARN con excepción de algunas familias y géneros poco investigados. Codifican una ARN polimerasa dependiente de ARN lo que permite estudiar toda su filogenia y evolución. Se originaron de replicones del mundo de ARN que quedaron atrapados dentro de capas formadas por proteínas de micro compartimiento y fueron parte del viroma de las primeras formas de vida. Se ha propuesto que los virus de ARN o sus ancestros precedieron a los retro elementos como los (retrones, intrones II y de estos últimos derivarían los retro transposones que son ancestros de los virus retro transcritos). Los eucariovirus de ARN descienden de los arqueos virus y bacterio virus de ARN similares a los levivirus donde tuvieron una gran diversificación que representan la gran cantidad de virus que infectan eucariotas. Sus miembros pueden tener cápsides icosaédricas o helicoidales con envoltura o sin envoltura.
  • Pararnavirae: Incluye los virus retro transcritos. Codifican una transcriptasa inversa que permite estudiar toda su filogenia y evolución. Se originaron de un evento en el que un retro transposón LTR se integró en la cápside de un virus de ARN, remplazando el genoma y las enzimas típico del virus. Sus virus tienen cápsides icosaédricas en ciertos casos con envoltura, sin embargo algunos de sus miembros como los pseudovirus son retro transposones derivados de estos que codifican proteínas virales.
• Duplodnaviria: Incluye virus de ADN que tiene una proteína específica denominada HK97-MCP. Sus virus son de ADN bicatenario y con cápsides icosaédricas. Contiene los clásicos bacteriófagos de cola y los herpesvirus. Se originaron de los de replicones del mundo de ADN que quedaron atrapados dentro de capas formadas por proteínas de micro compartimiento y fueron una parte importante del viroma de las primeras formas de vida. Los herpesvirus que infectan eucariotas descienden de los bacteriófagos de cola con la pérdida de la cola contráctil.
• Varidnaviria: Incluye virus de ADN que tienen una proteína específica en rollo de gelatina vertical. Pueden ser en doble rollo de gelatina vertical DJR-MCP o en rollo simple de gelatina SJR-MCP que conforman sus propios reinos. Sus miembros son virus de ADN bicatenario que contiene cápsides mayormente icosaédricas. Se originaron de los de replicones del mundo de ADN que quedaron atrapados dentro de capas formadas por proteínas de micro compartimiento y fueron una parte importante del viroma de las primeras formas de vida. Los eucariovirus descienden de tectivirus a través de unos virus intermediarios llamados «polintovirus» que posteriormente se convertirían en los transposones polintones.
  • Bamfordvirae: Incluye los virus con la proteína en doble rollo de gelatina DJR-MCP que parecen derivar de los virus con proteínas en rollo simple de gelatina SJR-MCP. Sus virus tienen principalmente cápsides icosaédricas aunque en algunos virus gigantes la forma ancestral fue remplazada por una ovoide. Contiene todos los eucariovirus del dominio que son los adenovirus, los virus gigantes y los virofagos que se originaron de los transposones polintones que disponen de la proteína de la cápside, estos transposones derivan de los bacteriófagos del reino por infección viral que son los tectivirus, corticovirus, turrivirus y otros descubiertos más recientemente.
  • Helvetiavirae: Incluye los virus con la proteína en rollo de gelatina simple SJR-MCP que parecen ser los primeros virus de Varidnaviria y que precedieron a los virus DJR-MCP. Mantienen la cápside icosaédrica ancestral.
• Monodnaviria: Incluye virus de ADN que tienen una proteína específica denominada rep que hace una replicación en círculo rodante y una endonucleasa HUH. Casi todos sus miembros son virus de ADN monocatenario. Se originaron de tres eventos en los que plásmidos procariota se integraron en las cápsides de virus de ARN monocatenario positivo, remplazando el genoma y las enzimas típico del virus. Se ha sugerido que los primeros virus de este dominio surgieron junto con el último antepasado común bacteriano (LBCA).
  • Shotokuvirae: Contiene los eucariovirus del dominio ejemplo los papilomavirus, poliomavirus, parvovirus, circovirus, nanovirus, geminivirus, bacilladnavirus etc. Se originaron de bacteriófagos similares a los microvirus del reino Sangervirae. Sus virus son todos con cápsides icosaédricas sin envoltura vírica y con genomas circulares. Una de sus familias los bidnavirus se originaron de un evento en el que las proteínas de la cápside de los parvovirus se integraron en el genoma de un transposón polinton remplazando varias características típicas de Monodnaviria.
  • Sangervirae: Contiene bacteriófagos con cápsides icosaédricas sin envoltura vírica y genomas circulares. Se originaron de ciertos plásmidos procariotas independientemente de los otros reinos y son el origen de los eucariovirus del dominio.
  • Trapavirae: Contiene bacteriófagos con cápsides icosaédricas cubiertas de una envoltura vírica y genomas circulares. Se originaron de ciertos plásmidos procariotas independientemente de los otros reinos.
  • Lobvirae: Contiene bacteriófagos con cápsides helicoidales y genomas circulares. Se originaron de ciertos plásmidos procariotas independientemente de los otros reinos.

Además existen 24 familias de virus de ADN que no ha sido asignadas a ningún dominio debido a que no tienen proteínas o genes homólogos con otros virus o los elementos genéticos móviles por tanto se consideran que están desconectados de la virosfera, aunque el escenario más probable es que su desconexión se deba a que son descendientes de linajes de virus primordiales extintos que se habrían originado durante el mundo de ADN al igual que los otros dominios.” …  Fuente: “Clasificación de virus” (Wikipedia).

Entonces, como cabe sospechar, entre todos los Dominios, Reinos, Clases y Familias, existen millones de virus.

Para muestra un botón, “Coronaviridae es una familia de virus ARN con envoltura, con más de doce patógenos específicos de mamíferos y aves. Se caracterizan en su forma por ser partículas pleomórficas de aproximadamente 100 nm de diámetro (rango entre 60 y 220) con proyecciones con forma de garrote en su superficie; llevan un ARN de cadena sencilla (monocatenario) de sentido positivo de 27 a 31 kilobases; un cápside de proteína fosforilada unida con el genoma conformando un hélix de ribonucleoproteina; el extremo 5′ lleva una caperuza y el 3′ una cola poli(A). Se replican en el citoplasma de células de vertebrados y se transmiten horizontalmente por ruta fecal oral. Producen enfermedades respiratorias y gastrointestinales.” … Fuente: Coronaviridae (Wikipedia).

Los Coronaviridae son una familia de virus, que incluye las siguientes subfamilias y géneros:

• Subfamilia Orthocoronavirinae (Coronavirus)
  • Género Alphacoronavirus
  • Género Betacoronavirus
  • Género Deltacoronavirus
  • Género Gammacoronavirus
• Subfamilia Letovirinae

• Género Alphaletovirus

Fuente: “Orthocoronavirinae” (Wikipedia).

Mutaciones

Una mutación es un cambio que ocurre en la secuencia de nucleótidos de una célula. O bien, en la organización del ADN (genotipo) de un ser vivo.​

En la célula procariota (Prokaryota) este cambio produce una variación en las características del material genético que guarda el citoplasma; específicamente el nucleoide. En la célula eucariota (Eukaryota) el genoma almacenado en el núcleo celular.

Tipos de mutación

Básicamente existen dos tipos: mutación somática y mutación de línea germinal.Una mutación somática es aquella que afecta a las células somáticas de un organismo.

“Una célula somática es cualquier célula del cuerpo excepto los espermatozoides y óvulos. Las células somáticas son diploides, es decir, que contienen dos juegos de cromosomas, uno heredado de cada padre. Las mutaciones en las células somáticas pueden afectar al individuo, pero no se transmiten a la descendencia.”. Fuente: “Células somáticas” (NIH).

En otras palabras, las células somáticas son las que conforman los tejidos y órganos de un ser vivo pluricelular. Toda vez que una célula somática sufre una mutación, cada célula que derivan de ella (células hijas) por divisiones mitóticas (mitosis) heredará la mutación. Por ende, los individuos que sufren de una mutación somática poseen dos líneas celulares diferentes y con distinto genotipo.

Ergo, “cuanto antes se haya dado la mutación en el desarrollo del individuo mayor será la proporción de células con distinto genotipo. En el supuesto de que la mutación se hubiera dado después de la primera división del cigoto (en estado de dos células), la mitad de las células del individuo adulto tendrían un genotipo y la otra mitad otro distinto. Las mutaciones que afectan solamente a las células de la línea somática no se transmiten a la siguiente generación.”. Fuente: “Mutación somática” Wikipedia.

Una mutación de línea germinal: es la que transmiten su material genético a las células de su progenie y descendencia.

“La línea germinal son las células sexuales (óvulos y espermatozoides) que son utilizadas por los organismos con reproducción sexual para transmitir los genes de generación en generación. Los óvulos y los espermatozoides se llaman células germinales, en contraste con las otras células del cuerpo que se llaman células somáticas.”. Fuente: “Línea germinal” (NIH).

Ergo, son las mutaciones que ocurren en las células reproductoras (células germinales) o células sexuales (gametos). Por lo tanto, las mutaciones de la línea germinal pasan de padres a hijos; por lo que, también se les conoce como variante de la línea germinal.

Clasificación de las mutaciones

Las mutaciones se clasifican por tipos: según sus consecuencias sobre el fenotipo o según el mecanismo casual que ha provocado el cambio genético.

Tipos de mutación según sus consecuencias

Según las consecuencias que tengan en el fenotipo, las mutaciones se clasifican en:

Mutaciones morfológicas

Son las que afectan a la morfología del individuo en su distribución corporal. O sea, que altera o modifica los aspectos físicos de la apariencia externa de los órganos tales como: forma, color y estructura. Así como, aspectos de la estructura interna causando malformaciones.

Mutaciones letales y deletéreas

Como su nombre lo indica, una mutación letal es la que afecta al individuo, ocasionándole la muerte antes de alcanzar la madurez sexual. Cuando la mutación no produce la muerte, sino, una disminución de la capacidad del individuo para sobrevivir y/o reproducirse, se denomina mutación deletérea.

Mutaciones condicionales

Se llaman así porque la mutación lleva consigo la condición o requisito. Se distinguen dos tipos de condiciones.

Condiciones restrictivas (también llamadas no-permisivas): mutaciones que se restringen a condiciones ambientales bajo las cuales el individuo pierde viabilidad. O el fenotipo se ve alterado debido a que, el producto afectado por la mutación pierde actividad biológica.

Condiciones permisivas: son aquellas mutaciones en las que, el producto del gen mutado es aún funcional; pese a que, se mantiene la condición ambiental que genera la mutación.

Mutaciones bioquímicas o nutritivas

Son mutaciones que generan cambios en, o la perdida de, una función bioquímica. Como, por ejemplo, la actividad de una enzima.

Mutaciones de pérdida de función

Son mutaciones que ocasionan que la función de un determinado gen no se lleve a cabo correctamente; por lo que, hay una pérdida de función en el organismo que la presenta.

Mutaciones de ganancia de función

No es lo más común, pero, algunas veces, una mutación puede producir una nueva función en el gen; lo cual genera un fenotipo nuevo. Un caso típico es la resistencia a antibióticos que desarrollan las bacterias que sobreviven a un ataque de ese biótico.

(por eso no es recomendable abusar de algunos antibióticos, ya que finalmente el organismo patógeno irá evolucionando y el antibiótico no le hará ningún efecto). Fuente: “Mutación” Wikipedia.

Tipos de mutación según el mecanismo causal

Según el mecanismo que ha provocado el cambio en el material genético, las mutaciones se clasifican en tres tipos:

Mutación genética:

Se denomina mutación genética, mutación molecular o mutación puntual a un cambio o alteración en la secuencia de nucleótidos del ADN. El cambio del ADN altera la sustitución de aminoácidos en las proteínas resultantes; es decir, altera la síntesis de oligonucleótidos y a un nivel más profundo, la síntesis de proteínas.

Un cambio en un solo aminoácido puede no ser importante si es conservativo y ocurre fuera del sitio activo de la proteína.” Fuente: “Mutación genética”.

Mutaciones cromosómicas:

Las mutaciones cromosómicas, mutaciones no puntuales o cromosomopatías, son alteraciones en el número de genes (Anomalías numéricas) o en el orden de estos dentro de los cromosomas (Alteraciones cromosómicas estructurales). Las mutaciones cromosómicas son las responsables de las siguientes malformaciones congénitas.

Anomalías numéricas:

Cuando una anomalía cromosómica altera el número de genes,  también altera la información genética del respectivo cromosoma; por lo que, a su vez, altera el genoma completo de la célula que lo contiene. Por lo que, la anomalía, estará presente en todas las líneas celulares del individuo u organismo. Estas alteraciones provocan errores durante la gametogénesis (formación de los gametos por meiosis); las cuales reciben el nombre médico de aneuploidías y poliploidías.

Es por eso que, entre los seres pluricelulares como nosotros los humanos. Las mutaciones congénitas solo pueden ser heredadas cuando afectan a las células reproductivas

Alteraciones cromosómicas estructurales:

Cuando una anomalía cromosómica se da en las primeras divisiones del cigoto origina un mosaicismo genético; es decir, una alteración genética en la que, en un mismo organismo o individuo, existen dos o más líneas celulares con diferente genotipo, todas originadas a partir de un mismo cigoto.

Estas anomalías afectan a la estructura del cromosoma, alterando la ordenación lineal de los genes. Eso ocasiona que uno o más cromosomas cambien su estructura propia o inherente por: la adición o pérdida de material genético; o por alteración de su forma o del patrón de bandas.

No obstante, el cambio o alteración, por lo general, solo se presentará en una pequeña proporción de la población o del organismo. Incluso, algunas veces, solo se presenta en una sola célula, microorganismo. Por lo que, no necesariamente se transmite a la descendencia.

Causas de las mutaciones

Existen dos causas o razones que originan mutaciones. La natural (mutación natural) que se manifiesta de manera súbita o espontánea (mutación espontánea). Y la artificial que ocurre por la acción de agentes externos llamados mutágenos: del latín «origen del cambio». Por lo que, se les llama, mutaciones inducidas.

Las mutaciones espontáneas, como su nombre lo indica, ocurren al azar; por lo que, se rigen por el caos y la aleatoriedad. No obstante, esta aleatoriedad puede medirse a través de la tasa de mutación; es decir, la frecuencia de las mutaciones de un sólo: gen, célula o ser vivo, a lo largo del tiempo. Estas frecuencias van desde 1 en 2,2x10E9 nucleobases, en mamíferos superiores, hasta 1 en 1x10E6 bases nitrogenadas en los virus de ARN.

“A pesar de que la incidencia de las mutaciones es relativamente grande en relación con el número de organismos de cada especie, la evolución no depende solo de las mutaciones que surgen en cada generación, sino de la interacción de toda esta acumulación de variabilidad con la selección natural y la deriva genética durante la evolución de las especies.” Fuente: “Mutación” (Wikipedia)

Los efectos de las mutaciones inducidas pueden variar desde el simple cambio en la secuencia de ADN por la perdida, sustitución u omisión de un ácido nucleico lo cual ocasiona que los pares-base tengan inserciones u omisiones de uno o más nucleótidos alterando la secuencia de ADN. Hasta cambios o alteraciones que pueden ser mortales o causar enfermedades muy graves, como el cáncer. Por eso los agentes que inducen cáncer se llaman carcinógenos.

La mutación artificial, al ser provocada intencionalmente, incrementa la frecuencia de la mutación por encima del nivel natural.

Mutágenos

Los mutágenos son agentes físicos, químicos y biológicos que alteran y cambian la información genética (ADN) de un organismo, un microorganismo o una célula viva.

Básicamente existen 3 Tipos de agentes mutágenos:

Agentes mutagénicos físicos: Radiaciones ionizantes y Fluctuaciones térmicas.

Las radiaciones ionizantes son aquellas radiaciones con energía suficiente para ionizar la materia, extrayendo los electrones de sus estados ligados al átomo. Las radiaciones ionizantes provocan la rotura de los enlaces que conforman la cadena de ADN, induciendo modificaciones en los pares de bases.

Las radiaciones ionizantes conllevan a la aparición de mutaciones puntuales en el mejor de los casos. Y a la formación de mutaciones cromosómicas en el peor de los casos.

Las fluctuaciones térmicas son variaciones aleatorias de temperatura que alejan a un sistema su estado promedio. Cuando una célula o un microorganismo expone a altas temperaturas se pueden producir mutaciones puntuales en su ADN.

La exposición prolongada a temperaturas superiores a los 37ºC producen que las nucleobases (bases nitrogenadas del ADN), principalmente derivadas de la estructura de la purina). Esas mutaciones consisten en la pérdida de bases púricas: proceso que se denomina despurinización. Y las desaminaciones: que consisten en la pérdida de grupos aminos de las bases.

Adicionalmente, las fluctuaciones térmicas pueden provocar cambios estructurales en las proteínas y los ácidos nucleicos que pueden ser de naturaleza reversible o irreversible. Si el cambio es reversible se pierde temporalmente la estructura nativa de la proteína y eso ocasiona que el óptimo funcionamiento biológico de la célula se pierda. Si el cambio es irreversible se pierden las propiedades físico-químicas-estructurales de la proteína (desnaturalización bioquímica). Y por ende, el de la célula y ésta muere.

Agentes mutagénicos químicos: Como su nombre lo indica son sustancias químicas que producen una reacción mutagénica en las células. Existen 4 tipos principales.

Análogos de bases: son tautómeros que tienen similitud química con las bases nitrogenadas.

Debido a esa similitud química con las bases nitrogenadas los análogos de bases pueden sustituir a las bases correspondientes de timina y adenina en el ADN que se replica.

Agentes que reaccionan con el ADN:

Son compuestos que reaccionan directamente con el ADN cuando no está replicándose; lo que ocasiona cambios químicos en los pares de bases; lo que, a su vez, genera apareamientos incorrectos entre dichos pares de bases.

Se denomina transición si cambia la forma de apareamiento de una base púrica en otra base púrica; o bien, de una base pirimidina en otra base pirimidina.

Se denomina transversión si una purina se convierte en una pirimidina.

Los principales agentes que reaccionan con el ADN son el ácido nitroso, la hidroxilamina, agentes alquilantes.

Los agentes alquilantes, junto con la luz ultravioleta y la radiación nuclear, son los agentes mutagénicos conocidos, más potentes.

Agentes intercalantes:

Son moléculas planas que se insertan entre dos pares de bases del ADN, separándolas entre sí. Durante la replicación, esta conformación anormal puede conducir a inserciones o deleciones en el ADN, originando mutaciones por corrimiento de lectura. Las sustancias más características de este grupo son las acridinas (naranja de acridina), bromuro de etidio y proflavina.

Los colorantes de acridina actúan insertándose ellos mismos entre dos bases púricas vecinas de un solo filamento del ADN.

Reacciones oxidativas:

Las forma de actuar de este tipo de agentes es a través de las formas más reactivas del oxígeno: superóxidos, peróxidos y radicales hidroxilo. Aunque estos compuestos se producen durante el metabolismo normal de la célula; la radiación, el ozono y ciertas drogas pueden potenciar su efecto oxidante y dañar el ADN; induciendo a mutaciones provocadas por reacciones químicas en el ADN.

Por ejemplo, la 8-oxi-7,8 dihidrodesoxiguanina.

Figure 16. Chemical structure of 8-oxo-7, 8-dihydro-2′-deoxyguanosine (8-oxodG; 8-OHdG), guanine and 8-oxo-7, 8-dihydroguanine (8-oxoGua). Note: Figure uploaded by Alejandro Gella. Content may be subject to copyright.

Agentes mutagénicos biológicos:

Los agentes mutagénicos biológicos son organismos “vivos” o preparados de naturaleza biológica que pueden alterar las secuencias de ADN de las células viva que penetran. Son agentes mutagénicos “vivos” ciertos tipos de: Virus ADN, Virus ARN, Bacteriófagos y Micotoxinas.

Un  Virus ADN, es un virus que utiliza ADN como material genético y no utiliza ARN como intermediario durante la replicación.

De acuerdo a la clasificación de Baltimore y el ciclo replicado de los virus. Existen 3 tipos de virus ADN:

Virus ADN bicatenario: como su nombre lo indica, tienen un genoma de ADN bicatenario. Se caracterizan porque tienen su ARNm sintetizado en un proceso de tres pasos.

Virus ADN monocatenario: tienen la misma forma de transcripción que los virus de ADN bicatenario. Sin embargo, debido a que tienen un genoma de ADN monocatenario; una ADN polimerasa debe convertirlo en la forma bicatenaria, antes de entrar en una célula huésped.

Virus ADN bicatenario retrotranscrito: son virus que tienen un genoma de ADN de bicatenario pero se replican por medio de un intermedio de ARN en su ciclo de replicación. En otras palabras, los virus ADN bicatenario retrotranscrito tienen un espacio en una de las hebras de ADN, que se repara por medio de un intermediario, para crear un genoma de ADN bicatenario retrotranscrito completo antes de la transcripción.

Un Virus ARN es un virus que usa ácido ribonucleico (ARN) como material genético. O bien, en su proceso de replicación. De acuerdo a la clasificación de Baltimore y el ciclo replicado de los virus.

Existen 4 tipos de virus ARN:

Virus ARN bicatenario: son virus que tienen un genoma de ARN bicatenario.

“Después de entrar en una célula huésped, el genoma de ARN bicatenario se transcribe a ARNm de la hebra negativa por la ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRp). El ARNm puede usarse para  traducción o replicación. El ARNm monocatenario se replica para formar el genoma del dsRNA. El extremo 5’ del genoma puede estar desnudo, protegido o unido covalentemente a una proteína viral.”. Fuente: “Virus ARN” Wikipedia.

Virus ARN monocatenario positivo: son virus que tienen un genoma de ARN monocatenario positivo.

“Para los virus ARN monocatenario positivo, el genoma funciona como ARNm, por lo que no se requiere transcripción para la traducción. Sin embargo, los virus de ARN monocatenario positivo también producirán copias de sentido positivo del genoma a partir de cadenas de sentido negativo de un genoma de ARN monocatenario positivo intermedio. Esto actúa tanto como un proceso de transcripción como de replicación, ya que el ARN replicado también es ARNm. El extremo 5′ puede estar desnudo, protegido o unido covalentemente a una proteína viral, y el extremo 3′ puede estar desnudo o poliadenilado.”. Fuente: “Virus ARN” Wikipedia.

Virus ARN monocatenario negativo: virus que tienen un genoma de ARN monocatenario negativo.

“El ARNm, que es de sentido positivo, se transcribe directamente del genoma de sentido negativo. El primer proceso para la transcripción de ARN monocatenario negativo implica la unión de la RdRP a una secuencia líder en el extremo 3’ del genoma, transcribiendo un ARN líder de trifosfato 5′ que está protegido, luego se detiene y reinicia en una señal de transcripción que está bloqueada, continuando hasta se alcanza la señal de parada. La segunda forma es similar, pero en lugar de sintetizar una tapa, RdRp puede hacer uso de ‘cap snatching’, mediante el cual se toma una secuencia corta de ARNm de la célula huésped y se usa como la tapa 5’ del ARNm viral. El ARN monocatenario negativo genómico se replica a partir del anti genoma de sentido positivo de una manera similar a la transcripción, excepto a la inversa, utilizando el anti genoma como molde para el genoma. La RdRp se mueve desde el extremo 3’ al extremo 5′ del anti genoma e ignora todas las señales de transcripción cuando sintetiza ARN monocatenario negativo genómico.”. Fuente: “Virus ARN” Wikipedia.

Virus ARN monocatenario retrotranscrito: son virus que tienen un genoma de ARN monocatenario retrotranscrito (de sentido positivo) que tiene un ADN intermedio durante su ciclo de replicación.

“Los virus ARN monocatenario retrotranscrito se transcriben de la misma manera que los virus de ADN, pero sus genomas lineales primero se convierten en una forma de ADN bicatenario mediante un proceso llamado transcripción inversa. La enzima transcriptasa inversa viral sintetiza una hebra de ADN a partir de la hebra de ARN monocatenario retrotranscrito, y la hebra de ARN se degrada y se reemplaza por una hebra de ADN para crear un genoma de ADN bicatenario. Luego, el genoma se integra en el ADN de la célula huésped, donde ahora se denomina provirus. La ARN polimerasa II de la célula huésped luego transcribe el ARN en el núcleo del ADN provírico. Parte de este ARN puede convertirse en ARNm, mientras que otras cadenas se convertirán en copias del genoma viral para su replicación.”. Fuente: “Virus ARN” Wikipedia.

Los bacteriófagos son virus que infectan exclusivamente a los organismos procariotas: bacterias y arqueas.

Al igual que los virus, los bacteriófagos son estructuras muy pequeñas, su tamaño oscila entre 20 y 200 nm. Se diferencian de los virus en que además el ciclo lítico o ciclo replicativos de los virus; algunos son capaces de genera un ciclo alternativo llamado ciclo lisogénico; el cual, se caracteriza porque el ADN vírico se cierra por sus extremos, generando un ADN circular. Este ADN circular se inserta en el ADN bacteriano en un lugar específico; en el que la secuencia de los nucleótidos bacterianos se asemeja a la región del ADN vírico. Debido a esa peculiaridad, a la forma viral se denomina profago y la célula infectada se denomina célula lisogénica. Como los virus, su material genético puede ser de ADN o ARN; aún no se han detectado bacteriófagos de retrotranscripción como los retrovirus. Se dividen en bacteriófagos con «cola» y bacteriófagos sin «cola». La diferencia es que los bacteriófagos con cola poseen una especie de pinzas que les permiten inyectar su material genético dentro la bacteria huésped. Por lo que, no dependen de su ingreso dentro la célula huésped para poder replicarse. Como si lo hacen los bacteriófagos sin cola.

“Las micotoxinas del griego antiguo μύκης (mykes, mukos),«hongo» y el latín toxicum «veneno» son metabolitos secundarios tóxicos, de composición variada, producidos por organismos del reino fungi, que incluye setas, mohos y levaduras.”.

El término micotoxina se referirse a las sustancias tóxicas que producen ciertos hongos como producto de su metabolismo y le sirven como defensas contra el ataque de animales vertebrados; por lo que, no se incluyen dentro de esta clasificación, a las sustancias tóxicas que afectan exclusivamente a bacterias (por ejemplo, la penicilina) o a las plantas. En otras palabras, el agente biológico es el hongo, no la micotoxina en sí misma.

Clasificación de micotoxinas:

Aflatoxinas

“Las aflatoxinas son un tipo de micotoxinas, producidas por especies de hongo del género Aspergillus.

El término genérico aflatoxina puede referirse a cuatro tipos diferentes de micotoxinas, conocidas como B₁, B₂, G₁ y G₂. La aflatoxina B₁ es el grupo con mayor toxicidad; es un carcinogénico potente y se lo asocia en particular con el cáncer de hígado en varias especies de vertebrados.”…

“La concentración máxima de aflatoxinas establecida por la FAO y la OMS es de 15 μg/kg.”. Fuente: “Micotoxinas” Wikipedia.

Ocratoxinas

“Las ocratoxinas tienen tres formas, denominadas A, B y C. Todas ellas son producidas por hongos de los géneros Penicillium y Aspergillus. La ocratoxina A es una forma clorinada de la ocratoxina B y la ocratoxina C es un etil–éster de la forma A. La especie productora de ocratoxinas Aspergillus ochraceus se encuentra a menudo en la cerveza y el vino.” …

“La ocratoxina A se ha identificado como un agente cancerígeno y se asocia a tumores del tracto urinario.”. Fuente: “Micotoxinas” Wikipedia.

Citrinina

“La citrinina se descubrió por primera vez en la especie Penicillium citrinum. Desde entonces se han encontrado en más de una docena de especies de Penicillium y varias de Aspergillus. Algunas de las cuales se utilizan en la confección de queso (Penicillium camemberti), sake, miso, y salsa de soja (Aspergillus oryzae). La citrinina actúa como una nefrotoxina en todas las especies animales investigadas.” …

“En conjunción con la ocratoxina A puede disminuir la síntesis de ARN en los riñones de ratas y ratones.”. Fuente: “Micotoxinas” Wikipedia.

Alcaloides ergóticos

“Los alcaloides ergóticos o alcaloides del ergot son una mezcla tóxica de compuestos producidos en el esclerocio de especies del género Claviceps, patógenos comunes en varias especies herbáceas. La ingestión del esclerocio presente en la harina proveniente de cereales infectados causa ergotismo, la enfermedad tradicionalmente conocida como «fuego de San Antonio».” …

“Se dan dos formas de ergotismo: gangrenoso afectando el riego sanguíneo de las extremidades y convulsivo, que afecta al sistema nervioso central.”. Fuente: “Micotoxinas” Wikipedia.

Patulina

“La patulina es segregada por Penicillium expansum, y especies de Aspergillus, Penicillium y Paecilomyces. P. expansum se puede encontrar en frutas y verduras mohosas y podridas, en particular manzanas e higos.” …

“Es posible que la patulina sea carcinogénica, además de causar trastornos gastrointestinales y del sistema nervioso. En 2004, la Unión Europea estableció límites a la concentración máxima de patulina en alimentos: 50 μg/kg en zumo de frutas y concentrados, 25 μg/kg en manzanas y 10 μg/kg en productos a base de manzanas destinados al consumo infantil, incluyendo el zumo de manzana.”. Fuente: “Micotoxinas” Wikipedia.

Toxinas de Fusarium

“Más de 50 especies de hongos del género Fusarium producen micotoxinas que contaminan el grano de cereales en desarrollo, como el trigo y el maíz.​” …

“Entre estas toxinas se encuentran las fumonisinas, que afectan el sistema nervioso de los caballos y causan cáncer en roedores; los tricotecenos, que tienen diversos efectos tóxicos, a veces fatales, en animales y personas y la zearalenona, que es hiperestrogénica.”. Fuente: “Micotoxinas” Wikipedia.

Mutagénesis

Se denomina mutagénesis a la producción de mutaciones. La modificación del material genético debe ser estable y transmisible a las células hijas que surgen de la mitosis.

Tipos de mutagénesis: existen dos: aleatoria o al azar y de sitio dirigido.

Mutagénesis aleatoria:

“Los primeros enfoques de la mutagénesis se basaban en métodos que producían mutaciones completamente aleatorias. En tales métodos, las células u organismos se exponen a mutágenos tales como radiación UV o sustancias químicas mutagénicas, y luego se seleccionan mutantes con las características deseadas.” …

“Posteriormente, se desarrollaron varios métodos para generar mutaciones aleatorias en proteínas específicas para detectar mutantes con propiedades interesantes o mejoradas. Estos métodos pueden implicar el uso de nucleótidos dopados en la síntesis de oligonucleótidos o la realización de una reacción de PCR en condiciones que mejoran la incorporación errónea de nucleótidos (PCR propensa a errores), por ejemplo, reduciendo la fidelidad de la replicación o usando análogos de nucleótidos. Una variación de este método para integrar mutaciones no sesgadas en un gen es la mutagénesis por saturación de secuencias. Los productos de PCR que contienen mutación (es) se clonan luego en un vector de expresión y luego se pueden caracterizar las proteínas mutantes producidas.”… Fuente: “Mutagénesis (técnica de biología molecular)” Qaz.wiki (Español).

Mutagénesis de sitio dirigido:

“La mutagénesis dirigida al sitio es un método de biología molecular que se utiliza para realizar cambios específicos e intencionales en la secuencia de ADN de un gen y cualquier producto genético.”. Fuente: “Mutagénesis dirigida al sitio” Qaz.wiki (Español).

“También llamada mutagénesis específica de sitio o mutagénesis dirigida por oligonucleótidos, se utiliza para investigar la estructura y actividad biológica de moléculas de ADN, ARN y proteínas y para la ingeniería de proteínas.”. Fuente: “Mutagénesis dirigida al sitio” Qaz.wiki (Español).

Métodos de mutagénesis dirigida al sitio:

“Existen numerosos métodos para lograr la mutagénesis dirigida al sitio, pero con los costos decrecientes de la síntesis de oligonucleótidos, la síntesis de genes artificiales ahora se usa ocasionalmente como una alternativa a la mutagénesis dirigida al sitio. Desde 2013, el desarrollo de la tecnología CRISPR / Cas9, basada en un sistema de defensa viral procariota, también ha permitido la edición del genoma, y la mutagénesis puede realizarse in vivo con relativa facilidad.”. Fuente: “Mutagénesis dirigida al sitio” Qaz.wiki (Español).

El método de Kunkel

“En 1985, Thomas Kunkel introdujo una técnica que reduce la necesidad de seleccionar mutantes. El fragmento de ADN que se va a mutar se inserta en un fagémido como M13mp18 / 19 y luego se transforma en una cepa de E. coli deficiente en dos enzimas, dUTPasa ( dut ) y uracildesglicosidasa ( udg ). Ambas enzimas forman parte de una vía de reparación del ADN que protege al cromosoma bacteriano de mutaciones mediante la desaminación espontánea de dCTP a dUTP. La deficiencia de dUTPasa evita la degradación de dUTP, lo que resulta en un alto nivel de dUTP en la célula. La deficiencia de uracilo deglicosidasa impide la eliminación de uracilo del ADN recién sintetizado. A medida que la E. coli doble mutante replica el ADN del fago, su maquinaria enzimática puede, por lo tanto, incorporar incorrectamente dUTP en lugar de dTTP, lo que da como resultado un ADN monocatenario que contiene algunos uracilos (ssUDNA). El ssUDNA se extrae del bacteriófago que se libera en el medio y luego se usa como molde para la mutagénesis. Se usa un oligonucleótido que contiene la mutación deseada para la extensión del cebador. El ADN heterodúplex, que se forma, consta de una hebra parental no mutada que contiene dUTP y una hebra mutada que contiene dTTP. El ADN se transforma luego en una cepa de E. coli que lleva los genes dut y udg de tipo salvaje . Aquí, la hebra de ADN parental que contiene uracilo se degrada, de modo que casi todo el ADN resultante consiste en la hebra mutada.”. Fuente: “El método de Kunkel” Qaz.wiki (Español).

Mutagénesis en casete

“A diferencia de otros métodos, la mutagénesis de casete no necesita implicar la extensión del cebador utilizando ADN polimerasa. En este método, se sintetiza un fragmento de ADN y luego se inserta en un plásmido. Implica la escisión por una enzima de restricción en un sitio del plásmido y la ligación posterior de un par de oligonucleótidos complementarios que contienen la mutación en el gen de interés para el plásmido. Por lo general, las enzimas de restricción que cortan el plásmido y el oligonucleótido son las mismas, lo que permite que los extremos pegajosos del plásmido y el inserto se liguen entre sí. Este método puede generar mutantes con una eficacia cercana al 100%, pero está limitado por la disponibilidad de sitios de restricción adecuados que flanquean el sitio que se va a mutar.”. Fuente: “Mutagénesis en casete” Qaz.wiki (Español).

Mutagénesis dirigida al sitio de PCR

“La limitación de los sitios de restricción en la mutagénesis de casete puede superarse usando la reacción en cadena de la polimerasa con » cebadores» de oligonucleótidos, de modo que se pueda generar un fragmento más grande, que cubra dos sitios de restricción convenientes. La amplificación exponencial en PCR produce un fragmento que contiene la mutación deseada en cantidad suficiente para ser separado del plásmido original sin mutar mediante electroforesis en gel, que luego puede insertarse en el contexto original usando técnicas estándar de biología molecular recombinante.

Hay muchas variaciones de la misma técnica. El método más simple coloca el sitio de mutación hacia uno de los extremos del fragmento, por lo que uno de los dos oligonucleótidos usados ​​para generar el fragmento contiene la mutación. Esto implica un solo paso de PCR, pero todavía tiene el problema inherente de requerir un sitio de restricción adecuado cerca del sitio de mutación a menos que se use un cebador muy largo. Otras variaciones, por lo tanto, emplean tres o cuatro oligonucleótidos, dos de los cuales pueden ser oligonucleótidos no mutagénicos que cubren dos sitios de restricción convenientes y generan un fragmento que puede ser digerido y ligado en un plásmido, mientras que el oligonucleótido mutagénico puede ser complementario a una ubicación. dentro de ese fragmento muy lejos de cualquier sitio de restricción conveniente. Estos métodos requieren múltiples pasos de PCR para que el fragmento final a ligar pueda contener la mutación deseada. El proceso de diseño para generar un fragmento con la mutación deseada y los sitios de restricción relevantes puede resultar engorroso. Las herramientas de software como SDM-Assist pueden simplificar el proceso.”. Fuente: “Mutagénesis dirigida al sitio de PCR” Qaz.wiki (Español).

Mutagénesis de plásmido completo

“Para las manipulaciones de plásmidos, otras técnicas de mutagénesis dirigida al sitio han sido reemplazadas en gran parte por técnicas que son altamente eficientes, pero relativamente simples, fáciles de usar y disponibles comercialmente como un kit.

Un ejemplo de estas técnicas es el método Quikchange, en el que se utilizan un par de cebadores mutagénicos complementarios para amplificar todo el plásmido en una reacción de termociclado utilizando una ADN polimerasa de alta fidelidad que no desplaza la hebra, como la pfu polimerasa . La reacción genera un ADN circular mellado. El ADN molde debe eliminarse mediante digestión enzimática con una enzima de restricción como Dpn I, que es específica del ADN metilado. Todo el ADN producido a partir de la mayoría de las cepas de Escherichia coli estaría metilado; el plásmido molde que se biosintetiza en E. coli , por lo tanto, será digerido, mientras que el plásmido mutado, que se genera in vitro y, por lo tanto, no está metilado, quedaría sin digerir. Tenga en cuenta que, en estos métodos de mutagénesis de plásmidos de doble hebra, aunque se puede utilizar la reacción de termociclado, no es necesario amplificar el ADN exponencialmente como en una PCR. En cambio, la amplificación es lineal y, por lo tanto, es inexacto describirlos como una PCR, ya que no hay reacción en cadena.”. Fuente: “Mutagénesis de plásmido completo” Qaz.wiki (Español).

Métodos de mutagénesis dirigida al sitio in vivo

Delitto perfetto

“Delitto perfetto “[deˈlitto perˈfɛtto] ) es una técnica genética para la mutagénesis in vivo dirigida al sitio en levaduras. Este nombre es el término italiano para «asesinato perfecto» y se refiere a la capacidad de la técnica para crear cambios genéticos deseados sin dejar ningún ADN extraño en el genoma.”.

“Delitto Perfetto es un método de dos pasos para la mutagénesis in vivo. En el paso inicial, el casete CORE se inserta en la región de interés mediante recombinación homóloga. Posteriormente, el casete CORE se reemplaza con ADN que contiene la mutación de interés.” Fuente: “Delitto perfetto” Qaz.wiki (Español).

Otros métodos de mutagénesis dirigida al sitio in vivo son:

«Pop-in pop-out» de desplazamiento;

Deleción directa de genes y mutagénesis específica de sitio con PCR y un marcador reciclable;

Deleción directa de genes y mutagénesis específica de sitio con PCR y un marcador reciclable usando regiones homólogas largas;

Mutagénesis dirigida al sitio in vivo con oligonucleótidos sintéticos.

Fuente: “Métodos de mutagénesis dirigida al sitio in vivo” Qaz.wiki (Español).

CRISPR

“La edición de genes CRISPR es una técnica de ingeniería genética en biología molecular mediante la cual se pueden modificar los genomas de organismos vivos. Se basa en una versión simplificada del sistema de defensa antiviral bacteriano CRISPR – Cas9 . Al administrar la nucleasa Cas9 complejada con un ARN guía sintético (ARNg) en una célula, el genoma de la célula se puede cortar en una ubicación deseada, lo que permite eliminar los genes existentes y / o agregar nuevos in vivo (en organismos vivos).”… Fuente: “Edición de genes CRISPR” Qaz.wiki (Español).

Epílogo

Como casi todo desarrollo científico y tecnológico que ha creado la humanidad. La biotecnología y la ingeniería genética tienen un aspecto positivo y uno negativo. Específicamente, en las áreas de la mutagénesis y la virología. El aspecto positivo es su contribución indudable al campo de la farmacéutica y la medicina. En cuanto al diseño de fármacos, vacunas y tratamientos médicos genéticos se refiere. El aspecto negativo, sin duda lo es, el uso: político, económico y militar que se le pueda dar. En cuanto a políticas de distribución, adquisición y administración; precio, patentes y propiedad intelectual; y guerra bacteriológica (por citar tan solo un ejemplo). En nosotros está, no sólo el apoyar el uso correcto y apropiado de estas tecnologías. También, el exigir a nuestro(s) gobierno(s) que lo haga(n). ¡OK!