Los clorovirus , también conocidos como virus Chlorella, son un género de virus gigantes de ADN bicatenariode la familia Phycodnaviridae . Este género se encuentra en todo el mundo en ambientes de agua dulce [1] donde las algas microscópicas de agua dulcesirven como huéspedes naturales. Hay 19 especies en este género. [2] [3]
El clorovirus fue descubierto en 1981 por Russel H. Meints, James L. Van Etten, Daniel Kuczmarski, Kit Lee y Barbara Ang mientras intentaban cultivar algas similares a la Chlorella . Durante el proceso, se descubrieron partículas virales en las células entre 2 y 6 horas después de haber sido aisladas inicialmente, seguidas de lisis después de 12 a 20 horas. Este virus se denominó inicialmente HVCV (virus de la Chlorella de Hydra viridis) ya que se descubrió por primera vez que infectaba algas similares a la Chlorella. [4] [5]
Aunque es relativamente nuevo para los virólogos y, por lo tanto, no se ha estudiado en profundidad, recientemente se ha descubierto que una especie, el clorovirus ATCV-1 , que se encuentra comúnmente en los lagos, infecta a los seres humanos. [6] También están surgiendo nuevos estudios centrados en los efectos de la infección en un modelo de ratón. [6] [7]
Chlorovirus es un género de virus gigantes de ADN bicatenario (dsDNA) de la familia Phycodnaviridae y del grupo Baltimore 1: virus dsDNA . El género contiene las siguientes especies: [3]
Los clorovirus están muy extendidos en ambientes de agua dulce en todas partes del mundo y han sido aislados de fuentes de agua dulce en Europa , Asia , Australia , así como en América del Norte y del Sur . [1] [8] Los huéspedes naturales de los clorovirus incluyen varios tipos de algas eucariotas unicelulares similares a Chlorella , y las especies de virus individuales generalmente infectan solo dentro de una cepa distinta. Se sabe que estos huéspedes de algas establecen relaciones endosimbióticas con protistos más grandes, como Paramecium bursaria (un miembro de los ciliados ), Acanthocystis turfacea (un centroheliozoo ) e Hydra viridis (miembro de los hidrozoos ). [9] Si bien un protisto individual puede albergar hasta varios cientos de células de algas en un momento dado, las algas que flotan libremente son muy susceptibles a los clorovirus, lo que indica que dicha endosimbiosis sirve para proporcionar resistencia a la infección. [10]
Los títulos de los clorovirus varían según la estación y la ubicación, pero por lo general fluctúan entre 1 y 100 PFU/mL, aunque pueden darse abundancias elevadas de hasta 100.000 PFU/mL en algunos entornos. Debido a la rica diversidad genética y la alta especialización de las especies individuales con respecto al rango infeccioso, las variaciones en su ecología no son inusuales, lo que da como resultado patrones espacio-temporales únicos, que en última instancia dependen del estilo de vida y la naturaleza del huésped. Como tal, los datos de la encuesta anterior destacaron dos picos de abundancia estacional prominentes para los virus Chlorella variabilis NC64A y Chlorella variabilis Syngen, uno a fines del otoño y el otro a fines de la primavera hasta mediados del verano, lo que probablemente se atribuya al hecho de que comparten una especie huésped. Por el contrario, los virus SAG de Chlorella heliozoae alcanzaron su pico en diferentes momentos del año y, en general, exhibieron una mayor variabilidad en los títulos, en comparación con los virus NC64A y Syngen. [1] Además, los estudios revelaron que los clorovirus demuestran cierta resiliencia en respuesta a la disminución de las temperaturas observadas durante la temporada de invierno, caracterizada por la presencia de partículas infecciosas bajo las capas de hielo en un estanque de gestión de aguas pluviales en Ontario, Canadá . [11] Además, DeLong et al. (2016) sugieren que la depredación por parte de pequeños crustáceos puede desempeñar un papel indirecto en las fluctuaciones del título, ya que la degradación de las células protistas que pasan por el tracto digestivo da como resultado la liberación de grandes cantidades de algas unicelulares que se vuelven susceptibles a la infección viral debido a la interrupción de la endosimbiosis. [10] En general, la abundancia estacional de clorovirus depende no solo de la especie huésped, sino también de la abundancia de otros microorganismos, el estado general de los nutrientes y las condiciones ecológicas. [12]
En conjunto, los clorovirus pueden mediar en los ciclos biogeoquímicos globales a través del recambio del fitoplancton . Se sabe que Chlorella , en coocurrencia con otros tipos de algas microscópicas como Microcystis aeruginosa , causa floraciones de algas tóxicas que suelen durar de febrero a junio en el hemisferio norte, lo que resulta en el agotamiento del oxígeno y la muerte de organismos más grandes en hábitats de agua dulce. [13] [14] La infección lítica de algas unicelulares por clorovirus da como resultado la terminación de las floraciones de algas y la posterior liberación de carbono, nitrógeno y fósforo atrapados en las células, transportándolos a niveles tróficos inferiores y, en última instancia, alimentando la cadena alimentaria. [12]
Los virus del género Chlorovirus tienen envoltura, geometrías icosaédricas y esféricas, y simetría T=169 ( número de triangulación ). El diámetro es de alrededor de 100-220 nm. Los genomas son lineales, generalmente de una sola copia, compuestos de dsADN (ADN bicatenario) y de alrededor de 330 kb de longitud. El dsADN está cerrado con un extremo de estructura de horquilla. Los genomas también suelen tener varios cientos de marcos de lectura abiertos . [2] Como grupo, los clorovirus codifican a partir de 632 familias de proteínas; sin embargo, cada virus individual solo tiene entre 330 y 416 genes codificadores de proteínas. Como parte de los sistemas de modificación del ADN, los clorovirus tienen bases metiladas en secciones específicas de su secuencia de ADN. Algunos clorovirus también contienen intrones e inteínas , aunque esto es poco común dentro del género. [9]
El virus 1 de Chlorella de Paramecium bursaria (PBCV-1) tiene un diámetro de 190 nm [9] y un eje quíntuple. [15] La unión de una cara tiene una espiga que sobresale, que es la primera parte del virus en entrar en contacto con su huésped. [16] La cápside externa cubre una membrana de bicapa lipídica única, que se obtiene del retículo endoplasmático del huésped . [15] Algunos capsómeros en la capa externa tienen fibras que se extienden desde el virus para ayudar en la adhesión al huésped. [17] [16]
Los clorovirus infectan a ciertas algas verdes eucariotas unicelulares parecidas a la clorela , llamadas zooclorellas , y son muy específicas de especie e incluso de cepa. Estas zooclorellas suelen establecer relaciones endosimbióticas con el protozoo Paramecium bursaria , el celentéreo Hydra viridis , el heliozoo Acanthocystis turfacea y otros invertebrados y protozoos marinos y de agua dulce. Los virus no pueden infectar a las zooclorellas cuando están en su fase simbiótica, y no hay evidencia de que las zooclorellas crezcan libres de sus huéspedes en aguas indígenas. [18] También se ha descubierto recientemente que los clorovirus infectan a las personas, lo que ha llevado a estudios sobre infecciones también en ratones. [6]
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La replicación viral es nucleocitoplasmática. La replicación sigue el modelo de desplazamiento de la cadena de ADN y la transcripción basada en plantilla de ADN es el método de transcripción. El virus sale de la célula huésped por lisis a través de fosfolípidos líticos, siendo la difusión pasiva el mecanismo detrás de las vías de transmisión. [ cita requerida ]
En recreaciones tridimensionales del virus PBCV-1, se observa que la espícula primero contacta con la pared celular del huésped [21] y es asistida por fibras para fijar el virus al huésped. La unión del virus PBCV-1 a su receptor es muy específica y una fuente importante de limitación con respecto al rango de huéspedes virales. Las enzimas asociadas al virus permiten que la pared celular del huésped se degrade y la membrana interna viral se fusiona con la membrana del huésped. Esta fusión permite la transferencia de ADN viral y proteínas asociadas al virión a la célula huésped y también desencadena la despolarización de la membrana del huésped. Esto presumiblemente ocurre debido a un canal de K+ codificado por el virus . Los estudios predicen que este canal está dentro del virus, actuando como una membrana interna que libera K+ de la célula, lo que puede ayudar en la expulsión de ADN viral y proteínas de la célula viral a su huésped. También se cree que la despolarización de la membrana celular del huésped previene la infección secundaria de otro virus o transportadores secundarios. [19]
Debido a que el PBCV-1 no tiene un gen de ARN polimerasa , su ADN y las proteínas asociadas al virus se desplazan al núcleo, donde comienza la transcripción entre 5 y 10 minutos después de la infección. Esta rápida transcripción se atribuye a algún componente que facilita esta transferencia del ADN viral al núcleo. Se supone que este componente es un producto del gen PBCV-a443r , que obtiene estructuras parecidas a las proteínas implicadas en el tráfico nuclear en las células de los mamíferos.
Las tasas de transcripción del huésped disminuyen en esta fase temprana de la infección y los facilitadores de la transcripción del huésped se reprograman para transcribir el nuevo ADN viral. Minutos después de la infección, comienza la degradación del ADN cromosómico del huésped. Se presume que esto ocurre a través de las endonucleasas de restricción de ADN codificadas y empaquetadas por PBCV-1 . La degradación del ADN cromosómico del huésped inhibe la transcripción del huésped. Esto da como resultado que entre el 33 y el 55 % de los ARNm poliadenilados en la célula infectada sean de origen viral a los 20 minutos después de la infección inicial. [22]
La replicación del ADN viral se inicia después de 60 a 90 minutos, a lo que sigue la transcripción de genes tardíos dentro de la célula huésped. Aproximadamente 2 a 3 horas después de la infección, comienza el ensamblaje de las cápsides del virus. Esto ocurre dentro de regiones localizadas del citoplasma, y las cápsides del virus se vuelven prominentes 3 a 4 horas después de la infección inicial. 5 a 6 horas después de la infección por PBCV-1, el citoplasma de la célula huésped se llena con partículas virales de progenie infecciosa. Poco después de eso (6 a 8 horas después de la infección), la lisis localizada de la célula huésped libera la progenie. Se liberan ~1000 partículas de cada célula infectada, ~30% de las cuales forman placas . [19]
En las algas infectadas con clorovirus, el resultado es la lisis y, por lo tanto, la muerte. Como tal, los clorovirus son un mecanismo importante para la terminación de las floraciones de algas y juegan un papel vital en el suministro de nutrientes a la columna de agua [17] (ver la sección de Ecología para más información). Los clorovirus también pueden cambiar la estructura de la pared de las células infectadas. Algunos clorovirus contienen genes de quitina sintasa (CHS) mientras que otros contienen genes de hialuronano sintasa (HAS), respectivamente, desencadenando la formación de fibras sensibles a la quitina o fibras sensibles al hialuronano. Aunque la función de producir una estera fibrosa no se conoce definitivamente, se cree que las fibras podrían: disuadir la absorción de la célula infectada por protozoos simbióticos, que causan la digestión de la célula lisada; infectar a otro huésped que absorba las algas cubiertas de fibras; o unirse con otras células infectadas y cubiertas de fibras. La capacidad de codificar enzimas que desencadenan la síntesis de hialuronano (ácido hialurónico) no se encuentra en ningún otro virus. [23]
Recientemente, se ha encontrado ADN del clorovirus ATCV-1 en muestras orofaríngeas humanas . Antes de esto, no se sabía que el clorovirus podía infectar a los humanos, por lo que hay un conocimiento limitado sobre las infecciones en personas. Las personas que se encontraron infectadas tenían retraso en la memoria y disminución de la atención. Los humanos infectados con ATCV-1 mostraron una disminución de la capacidad de procesamiento visual y una reducción de la velocidad visomotora. Esto llevó a una disminución general de la capacidad para realizar tareas basadas en la visión y el razonamiento espacial. [6]
Se han realizado estudios en ratones infectados con ACTV-1 tras el descubrimiento de que el clorovirus puede infectar a los humanos. Los estudios realizados en ratones infectados muestran cambios en la vía Cdk5 , que ayuda al aprendizaje y la formación de la memoria, así como alteraciones en la expresión génica en la vía de la dopamina . [6] Además, se descubrió que los ratones infectados eran menos sociales, interactuando menos con los ratones de compañía recién introducidos que el grupo de control. Los ratones infectados también pasaron más tiempo en una parte expuesta a la luz de una cámara de prueba, donde los ratones de control tendían a preferir el lado oscuro y evitaban la luz. Esto indica una disminución de la ansiedad con la infección por ACTV-1. Los ratones de prueba también fueron menos capaces de reconocer un objeto que se había movido de su ubicación anterior, lo que muestra una disminución de la memoria de referencia espacial. [7] Al igual que en los humanos, hay una disminución de la capacidad de la tarea espacial de la visión. Dentro del hipocampo (área del cerebro responsable de la memoria y el aprendizaje), ocurren cambios en la expresión génica y la infección presenta un cambio en las vías de funcionamiento de las células inmunes y el procesamiento de antígenos . Se ha sugerido que esto posiblemente indica una respuesta del sistema inmunológico al virus ACTV-1 que causa inflamación que puede ser la causa de los deterioros cognitivos. [6] Los síntomas presentados también pueden sugerir una interferencia en el hipocampo y la corteza prefrontal medial por la infección por ACTV-1. [7]
Los clorovirus, así como los miembros restantes de la familia Phycodnaviridae, se consideran parte del grupo más amplio de microbios llamados virus de ADN grande nucleocitoplasmático (NCLDV). Aunque los ficodnavirus son diversos genéticamente e infectan a diferentes huéspedes, muestran altos niveles de similitud a nivel estructural entre sí y con otros NCLDV. El análisis filogenético de la proteína principal de la cápside dentro del grupo indica una gran probabilidad de parentesco cercano, así como divergencia previa a partir de un único ancestro común, que se cree que es un virus de ADN pequeño. [24] [25] Además, los estudios sugieren que el gigantismo genómico, característico de todos los clorovirus, es una propiedad que evolucionó temprano en la historia de los NCLDV, y las adaptaciones posteriores hacia los respectivos huéspedes y hábitats particulares dieron como resultado mutaciones y eventos de pérdida de genes, que en última instancia dieron forma a todas las especies de clorovirus existentes en la actualidad. [25]
La secuenciación del genoma y el análisis funcional de las proteínas de PBCV-1 y ATCV-1 revelaron una gran cantidad de genes transferidos horizontalmente , lo que indica una larga historia de coevolución con el huésped unicelular y transferencia lateral de genes con otros organismos aparentemente no relacionados. [25] Además, se descubrió que ambos virus codificaban varias de las llamadas "enzimas progenitoras", que son más pequeñas, pero menos especializadas que sus análogos modernos. Por ejemplo, se demostró que una de las enzimas manipuladoras de azúcar en PBCV-1 ( GDP-d-manosa 4,6 deshidratasa o GMD ) mediaba la catálisis no solo de la deshidratación de GDP-d-manosa , sino también de la reducción de la molécula de azúcar producida en el proceso inicialmente previsto. Tal funcionalidad dual es poco común entre las enzimas manipuladoras de azúcar actualmente existentes y posiblemente sugiere la naturaleza antigua de la GMD de PBCV-1. [26]
Los estudios del ciclo de infección en PBCV-1 revelaron que el virus depende de un proceso único de glicosilación de la cápside independiente del RE o del aparato de Golgi del huésped . Esta característica no se ha observado aún en ningún otro virus conocido actualmente por la ciencia y potencialmente representa una vía antigua y conservada, que podría haber evolucionado antes de la eucariogénesis , que se estima que ocurrió hace unos 2.000 a 2.700 millones de años. [26]
El reciente descubrimiento sobre la presencia de secuencias de ADN homólogas al ATCV-1 en el viroma orofaríngeo humano, así como los estudios posteriores que demuestran la infección exitosa del modelo animal mamífero por el ATCV-1, también apuntan a la probabilidad de una historia evolutiva antigua de los clorovirus, que poseen características estructurales y utilizan mecanismos moleculares que potencialmente permiten la replicación dentro de diversos huéspedes animales. [6] [27] [28]
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