por Carlos Briones Llorente
NANOTECNOLOGÍA:
Los primeros virus fueron descubiertos a finales del siglo XIX
Las células son las unidades estructurales y funcionales de la vida,
tanto en los microorganismos como en los seres pluricelulares. Sin
embargo, en la naturaleza existen otras entidades subcelulares que
contribuyen activamente a la dinámica y evolución de los ecosistemas:
los viroides y los virus. En ambos casos existe una interesante controversia científica acerca de si deben ser considerados o no como seres vivos,
dado que ambos son capaces de replicarse y evolucionar (dos
características fundamentales de la vida). Pero siempre a expensas de la
maquinaria metabólica que proporciona la célula a la que parasitan: por
tanto no son autónomos y, de hecho, cuando están fuera de su célula
hospedadora se degradan rápidamente si no infectan una nueva diana.
elmundo.es/Virus: nanomáquinas.
Sin entrar en detalles, podemos decir que los viroides son moléculas de ácido ribonucleico (ARN)
que poseen entre 250 y 400 nucleótidos (nt) de longitud, y que a pesar
de no codificar ninguna proteína ni estar recubiertas por una envoltura
proteica son capaces de infectar numerosas especies de plantas y
producir enfermedades en ellas.
Por su parte, los virus son entidades replicativas compuestas por un genoma (de
ARN o de ADN) protegido por una cobertura proteica denominada
"cápsida", y en algunas familias virales por una membrana lipídica
exterior. La siguiente imagen muestra un ejemplo del genoma completo de
un virus, visualizado por AFM. Se trata de una molécula de RNA de doble
cadena y unos 4.600 nt, que constituye el genoma del virus denominado
"L-A", que infecta a la levadura Saccharomyces cerevisiae (muestra
obtenida en el Instituto de Microbiología Bioquímica, CSIC-U. de
Salamanca, e imagen tomada sobre una superficie de mica en el Centro de
Astrobiología, CSIC-INTA).
elmundo.es/Un ejemplo del genoma completo de un virus/CSIC-INTA.
Los virus son parásitos capaces de infectar a cualquiera de las
especies celulares conocidas (de animales, plantas, hongos o
microorganismos unicelulares) y se han encontrado en todos los entornos
en los que se han buscado, incluyendo los más extremos de nuestro
planeta. Su existencia ya fue sugerida a mediados del siglo XIX cuando uno de los padres de la microbiología, Louis Pasteur, fue incapaz de encontrar el microorganismo causante de una enfermedad entonces mortal: la rabia.
Dado que ese patógeno atravesaba los filtros con menor tamaño de poro
que entonces se podían construir (escapando por tanto a los sistemas de
esterilización por filtración), y que no se detectaba a través del
microscopio óptico, concluyó que la rabia era causada por algo muy
diferente a los "microbios" o "toxinas" entonces conocidos: bacterias,
hongos y protozoos. En efecto, hoy sabemos que
Pasteur estaba luchando
contra un enemigo que en aquella época era invisible, porque sus
dimensiones se encuentran en el rango de los
nanómetros.
Primeros virus descubiertos en el siglo XIX
Los primeros virus fueron descubiertos a finales del siglo XIX,
aunque no pudieron ser observados directamente hasta la década de 1930,
gracias a un avance tecnológico trascendental: la microscopía
electrónica. El tamaño de cada partícula viral o "virión" depende de la
familia a la que pertenece, pero por lo general se sitúa entre los 20 y
los 400 nanómetros de diámetro: los más grandes tienen casi la mitad del
tamaño de una bacteria típica como E. coli, mientras que los más
pequeños son unas 50 veces menores que ella.
La investigación por microscopía electrónica y difracción de rayos X
ha mostrado que las cápsidas de los virus poseen una muy elevada
simetría, lo que les permite construirla empleando una sola proteína o
un número muy reducido de ellas, en el número de copias necesario para
que se produzca el autoensamblaje molecular. Los virus con simetría isométrica tienen forma de icosaedro o
esfera, mientras que los de simetría helicoidal originan morfologías
filamentosas o de bastón.
Los mecanismos que emplean los virus para
hacer copias de sí mismos son muy variados, pero en todos los casos se
basan en que infectan un tipo celular concreto, se replican en su
interior (produciendo mutaciones, más numerosas en el caso de los virus
con genoma de RNA), y salen (unas veces rompiendo la célula infectada y
otras no) para infectar otras células y continuar la infección. Los
virus son, por tanto, nanomáquinas replicativas que han ido apareciendo
en la naturaleza y evolucionando en paralelo a las células desde el
origen de la vida.
Debido a sus dimensiones,
durante los últimos años la investigación en virología se ha beneficiado de muchos de los avances en nanotecnología. Así,
por ejemplo, gracias a técnicas como las pinzas ópticas se ha podido
estudiar las características del nanomotor molecular con el que el virus
bacteriófago denominado
Phi29 empaqueta su genoma de ADN una vez que ha
concluido su ciclo infectivo en la bacteria
Bacillus subtilis,
como describimos en un artículo anterior.
Por otra parte, mediante microscopía de fuerza atómica (AFM) se está
profundizando en la caracterización estructural de algunos virus
completos y sus componentes moleculares en condiciones nativas. En
paralelo, la variante de la técnica de AFM conocida como "espectroscopía
de fuerzas" permite estudiar características físicas de partículas
virales individuales como es su resistencia mecánica a la compresión por
la micropalanca. Por ejemplo, investigadores de la Universidad Autónoma
de Madrid y del Centro de Biología Molecular "Severo Ochoa" (CSIC-UAM)
están estudiando el papel que desempeña la presión interior ejercida por
el genoma de ADN del denominado "virus diminuto del ratón" en el
mantenimiento de la estructura de la partícula viral, para lo que
analizan por separado viriones completos y cápsidas vacías, tanto en su
variante natural como incluyendo proteínas con determinadas mutaciones.
También se trabaja con virus como sistemas modelo en el campo de la nanofluídica,
tal como ejemplifica un estudio realizado por el CIC-Nanogune de San
Sebastián utilizando el virus del mosaico del tabaco, que infecta a la
planta Nicotiana tabacum. La cápsida de este virus (mostrada en la
siguiente imagen de microscopía electrónica de transmisión, con una
referencia de tamaño de 100 nm), posee simetría helicoidal y su forma es
cilíndrica, con unos 300 nm de longitud, 18 nm de diámetro externo y 4
nm de diámetro interno. Mediante la combinación de estos nanotubos
naturales con sistemas de micro y nanofluídica, depositando nanogotas
en ambos extremos de la cápsida, se puede estudiar la difusión de iones
metálicos y la migración de nanopartículas de oro por su interior. Con
ello se analiza cómo fluyen los líquidos en tubos con diámetros menores
de 30 nm, un límite a partir del cual se sabía poco sobre su
comportamiento hidrodinámico.
elmundo.es/Virus del mosaico del tabaco: nanotubos naturales/
LAVAL UNIVERSITY.
Otra aplicación prometedora de los virus en bionanotecnología consiste
en aprovechar que son nanomáquinas naturales muy especializadas,
capaces de llegar a células concretas y entrar en ellas.
Así,
las cápsidas de virus desprovistas de su genoma (o bien virus completos
modificados para eliminar su capacidad infectiva) pueden utilizarse como
nanosistemas dispensadores de fármacos, que tras ser inyectados en el
individuo enfermo reconocen sus dianas (por ejemplo, células tumorales) y
liberan en su interior el cargamento terapéutico.
En la actualidad
existen distintas líneas de investigación en este campo, donde los virus
están demostrando ciertas ventajas frente a otros nanodispensadores
como nanopartículas, nanotubos de carbono o vesículas de distinto tipo.
Este tema lo trataremos con mayor profundidad en otra ocasión, ya que
constituye una de las líneas de trabajo más prometedoras de la
nanomedicina.
Fuente: elmundo.es/ciencia/2014
Información:
Nanotecnología; que és un Virus y como funciona
El funcionamiento y descripción de un virus, y la explicación de cómo es imposible ser contagiad@.
Voz Jonathan (adampants) Phase 3
Actualizado el 30/9/2009 por EmpoweredByKnowledge
