La transformación viral es el cambio en el crecimiento, fenotipo o reproducción indefinida de las células causado por la introducción de material hereditario. A través de este proceso, un virus provoca transformaciones dañinas en una célula o cultivo celular in vivo . El término también puede entenderse como transfección de ADN utilizando un vector viral .
La transformación viral puede ocurrir tanto de forma natural como médica. Las transformaciones naturales pueden incluir cánceres virales , como el virus del papiloma humano (VPH) y el virus de la leucemia de células T tipo I. Las hepatitis B y C también son el resultado de la transformación viral natural de las células huésped. La transformación viral también puede inducirse para su uso en tratamientos médicos.
Las células que han sido transformadas por virus pueden diferenciarse de las células no transformadas a través de una variedad de observaciones de crecimiento, superficie e intracelulares. El crecimiento de las células transformadas puede verse afectado por una pérdida de la limitación del crecimiento causada por el contacto celular, un crecimiento menos orientado y una alta densidad de saturación. Las células transformadas pueden perder sus uniones estrechas , aumentar su tasa de transferencia de nutrientes y aumentar su secreción de proteasas . La transformación también puede afectar al citoesqueleto y cambiar la cantidad de moléculas señalizadoras .
Existen tres tipos de infecciones virales que pueden considerarse bajo el tema de la transformación viral. Estas son infecciones citocidas, persistentes y transformadoras. Las infecciones citocidas pueden causar fusión de células adyacentes, interrupción de las vías de transporte que incluyen iones y otras señales celulares, interrupción de la síntesis de ADN , ARN y proteínas , y casi siempre conducen a la muerte celular. Las infecciones persistentes involucran material viral que permanece latente dentro de una célula hasta que se activa por algún estímulo. Este tipo de infección generalmente causa pocos cambios obvios dentro de la célula, pero puede conducir a enfermedades crónicas prolongadas. Las infecciones transformadoras también se conocen como transformación maligna . Esta infección hace que una célula huésped se vuelva maligna y puede ser citocida (generalmente en el caso de los virus de ARN) o persistente (generalmente en el caso de los virus de ADN). Las células con infecciones transformadoras experimentan inmortalización y heredan el material genético para producir tumores. Dado que el término citocida o citolítico se refiere a la muerte celular, estas tres infecciones no son mutuamente excluyentes. Muchas infecciones transformadoras por virus tumorales de ADN también son citocidas. [1]
Tabla 1: Efectos celulares de las infecciones virales [1]
Las infecciones citocidas suelen estar asociadas a cambios en la morfología y fisiología celular y, por lo tanto, son importantes para la replicación y transformación viral completa. Los efectos citopáticos a menudo incluyen un cambio en la morfología de la célula, como la fusión con células adyacentes para formar policariocitos, así como la síntesis de cuerpos de inclusión nucleares y citoplasmáticos . Los cambios fisiológicos incluyen el movimiento insuficiente de iones, la formación de mensajeros secundarios y la activación de cascadas celulares para continuar la actividad celular. Bioquímicamente , muchos virus inhiben la síntesis de ADN, ARN y proteínas del huésped directamente o incluso interfieren con las interacciones proteína-proteína, ADN-proteína, ARN-proteína a nivel subcelular. La genotoxicidad implica romper, fragmentar o reorganizar los cromosomas del huésped. Por último, los efectos biológicos incluyen la capacidad de los virus para afectar la actividad de los antígenos y las inmunoglobulinas en la célula huésped. [1]
Existen dos tipos de infecciones citocidas: productivas y abortivas. En las infecciones productivas se producen virus infecciosos adicionales, mientras que en las abortivas no se producen virus infecciosos. Un ejemplo de infección citocida productiva es el virus del herpes . [2]
Existen tres tipos de infecciones persistentes: latentes, crónicas y lentas, en las que el virus permanece dentro de la célula huésped durante períodos prolongados. Durante las infecciones latentes, la expresión del genoma viral infectado es mínima o nula. El genoma permanece dentro de la célula huésped hasta que el virus está listo para replicarse. Las infecciones crónicas tienen efectos celulares similares a las infecciones citocidas agudas, pero hay un número limitado de progenie y virus involucrados en la transformación. Por último, las infecciones lentas tienen un período de incubación más largo en el que no pueden estar involucrados cambios fisiológicos, morfológicos o subcelulares. [1]
Las infecciones por transformación se limitan a infecciones abortivas o restrictivas. [1] Esta constituye la categoría más amplia de infecciones, ya que puede incluir tanto infecciones citocidas como persistentes. La transformación viral se entiende más comúnmente como infecciones transformantes, por lo que el resto del artículo se centra en detallar las infecciones transformantes.
Para que una célula sea transformada por un virus , el ADN viral debe ingresar en la célula huésped . La consideración más simple es la transformación viral de una célula bacteriana. Este proceso se llama lisogenia . Como se muestra en la Figura 2, un bacteriófago aterriza en una célula y se fija a la célula. El fago puede entonces penetrar la membrana celular e inyectar el ADN viral en la célula huésped. El ADN viral puede entonces permanecer inactivo hasta que sea estimulado por una fuente como la luz ultravioleta o puede ser absorbido inmediatamente por el genoma del huésped . En cualquier caso, el ADN viral se replicará junto con el ADN del huésped original durante la replicación celular , lo que hará que ahora dos células se infecten con el virus. El proceso continuará propagando más y más células infectadas. [3] Este proceso contrasta con el ciclo lítico donde un virus solo usa la maquinaria de replicación de la célula huésped para replicarse a sí mismo antes de destruir la célula huésped. [4]
El proceso es similar en las células animales. En la mayoría de los casos, en lugar de inyectar ADN viral en una célula animal, una sección de la membrana encierra el virus y la célula absorbe tanto el virus como la sección de la membrana que lo encierra. Este proceso, llamado endocitosis , se muestra en la Figura 3. [5]
La transformación viral altera la expresión normal de los genes de la célula huésped a favor de la expresión de un número limitado de genes virales. El virus también puede alterar la comunicación entre células y hacer que estas se dividan a un ritmo mayor. [6]
La transformación viral puede imponer características determinables de manera característica a una célula. Los cambios fenotípicos típicos incluyen alta densidad de saturación, crecimiento independiente del anclaje, pérdida de inhibición por contacto, pérdida de crecimiento orientado, inmortalización y alteración del citoesqueleto de la célula .
Los genes virales se expresan mediante el uso de la maquinaria de replicación de la célula huésped; por lo tanto, muchos genes virales tienen promotores que apoyan la unión de muchos factores de transcripción que se encuentran naturalmente en las células huésped. Estos factores de transcripción junto con las propias proteínas del virus pueden reprimir o activar genes tanto del virus como del genoma de la célula huésped. Muchos virus también pueden aumentar la producción de las proteínas reguladoras de la célula. [1]
Dependiendo del virus, pueden ocurrir diversos cambios genéticos en la célula huésped. En el caso de un virus de ciclo lítico , la célula sólo sobrevivirá el tiempo suficiente para que la maquinaria de replicación se utilice para crear unidades virales adicionales. En otros casos, el ADN viral persistirá dentro de la célula huésped y se replicará a medida que la célula se replica. Este ADN viral puede incorporarse al material genético de la célula huésped o persistir como un vector genético separado. Cualquiera de los casos puede provocar daños en los cromosomas de la célula huésped . Es posible que el daño pueda repararse; sin embargo, el resultado más común es una inestabilidad en el material genético original o la supresión o alteración de la expresión génica. [1]
Un ensayo es una herramienta analítica que se utiliza a menudo en un entorno de laboratorio para evaluar o medir alguna cualidad de una entidad objetivo. [7] En virología , los ensayos se pueden utilizar para diferenciar entre células transformadas y no transformadas. Al variar el ensayo utilizado, se cambia la presión selectiva sobre las células y, por lo tanto, se pueden cambiar las propiedades que se seleccionan en las células transformadas. [6]
Los tres ensayos comunes utilizados son el ensayo de formación de foco, el ensayo de crecimiento independiente de Anchorage y el ensayo de suero reducido.
El ensayo de formación de focos (FFA) se utiliza para hacer crecer células que contienen un oncogén transformante en una monocapa de células no transformadas. Las células transformadas formarán manchas densas y elevadas en la muestra a medida que crecen sin inhibición por contacto. [8] Este ensayo es muy sensible en comparación con otros ensayos utilizados para el análisis viral, como el ensayo de reducción de rendimiento. [9]
Un ejemplo de ensayo de crecimiento independiente del anclaje es el ensayo en agar blando. El ensayo evalúa la capacidad de las células para crecer en un gel o fluido viscoso . Las células transformadas pueden crecer en este entorno y se consideran independientes del anclaje. Las células que solo pueden crecer cuando están adheridas a una superficie sólida son células no transformadas dependientes del anclaje. Este ensayo se considera uno de los más estrictos para la detección de la transformación maligna [10].
En un ensayo de suero reducido, las células se analizan aprovechando los cambios en los requisitos de suero de las células. Las células no transformadas requieren al menos un medio con un 5 % de suero para crecer; sin embargo, las células transformadas pueden crecer en un entorno con significativamente menos suero. [6]
La transformación natural es la transformación viral de las células sin la interferencia de la ciencia médica. Esta es la forma más comúnmente considerada de transformación viral e incluye muchos tipos de cáncer y enfermedades, como el VIH , la hepatitis B y el virus de la leucemia de células T tipo I.
Hasta un 20% de los tumores humanos son causados por virus. [11] Algunos de estos virus que se reconocen comúnmente incluyen el VPH , el virus de la leucemia de células T tipo I y el de la hepatitis B.
La oncogénesis viral es más común con virus tumorales de ADN y ARN, más frecuentemente los retrovirus. [12] Hay dos tipos de retrovirus oncogénicos : virus transformantes agudos y virus transformantes no agudos. Los virus transformantes agudos inducen un crecimiento tumoral rápido ya que llevan oncogenes virales en su ADN/ARN para inducir dicho crecimiento. Un ejemplo de un virus transformante agudo es el virus del sarcoma de Rous (VSR) que lleva el oncogén v-src. v-Src es parte del c-src, que es un protooncogén celular que estimula el crecimiento y la expansión celular rápidos. Un virus transformante no agudo, por otro lado, induce un crecimiento tumoral lento, ya que no lleva ningún oncogen viral. Induce el crecimiento tumoral activando transcripcionalmente los protooncogenes, particularmente la repetición terminal larga (LTR) en los protooncogenes. [12]
La oncogénesis viral a través de la transformación puede ocurrir a través de dos mecanismos: [1]
Uno o ambos de estos mecanismos pueden ocurrir en la misma célula huésped.
Se cree que la proteína X del virus de la hepatitis B causa carcinoma hepatocelular a través de la transformación, generalmente de células hepáticas. El ADN viral se incorpora al genoma de la célula huésped, lo que provoca una rápida replicación celular y el crecimiento del tumor. [13]
Los virus del papiloma suelen atacar las células epiteliales y causar desde verrugas hasta cáncer de cuello uterino. Cuando el virus del papiloma humano (VPH) transforma una célula, interfiere en la función de las proteínas celulares y degrada otras proteínas celulares. [14]
Se cree que los virus del herpes , el virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi y el virus de Epstein-Barr , causan cáncer en humanos, como el sarcoma de Kaposi, el linfoma de Burkitt y el carcinoma nasofaríngeo . Aunque se han identificado genes en estos virus que causan transformación, no se comprende la manera en que el virus transforma y replica la célula huésped. [14]
Los retrovirus incluyen el virus de la leucemia de células T tipo I , el VIH y el virus del sarcoma de Rous (VSR). El gen viral tax se expresa cuando el virus de la leucemia de células T transforma una célula alterando la expresión de los genes de control del crecimiento celular y haciendo que las células transformadas se vuelvan cancerosas. El VIH funciona de manera diferente al no causar directamente que las células se vuelvan cancerosas, sino que hace que los infectados sean más susceptibles al linfoma y al sarcoma de Kaposi . Muchos otros retrovirus contienen los tres genes, gag , pol y env , que no causan directamente la transformación o la formación de tumores. [14]
El virus de la inmunodeficiencia humana es una infección viral que ataca a los ganglios linfáticos . El VIH se une a la célula CD4 inmunitaria y la transcriptasa inversa altera el genoma de la célula huésped para permitir la integración del ADN viral a través de la integrasa . El virus se replica utilizando la maquinaria de la célula huésped y luego abandona la célula para infectar células adicionales mediante gemación . [15]
Existen muchas aplicaciones en las que se puede inducir artificialmente la transformación viral en un cultivo celular para tratar una enfermedad u otra afección. Se infecta un cultivo celular con un virus que provoca la transformación; las células transformadas se pueden utilizar para producir tratamientos o introducirlas directamente en el organismo.
Los interferones de tipo I (IFN) se utilizan para tratar una amplia variedad de afecciones médicas, entre ellas la hepatitis C , los cánceres y las enfermedades víricas e inflamatorias. Los IFN pueden extraerse de una fuente natural, como células humanas cultivadas o leucocitos sanguíneos , o pueden fabricarse con tecnologías de ADN recombinante . La mayoría de estos tratamientos con IFN tienen una tasa de respuesta baja. [16]
Se ha recomendado el uso de la transformación viral del virus de Epstein-Barr (VEB) para crear IFN personalizados. En este proceso, los linfocitos B primarios se transforman con el VEB. Estas células pueden luego usarse para producir IFN específicos para el paciente del que se extrajeron los linfocitos B. Esta personalización disminuye la probabilidad de una respuesta de anticuerpos y, por lo tanto, aumenta la efectividad del tratamiento. [16]
Cuando un virus transforma una célula, suele causar cáncer, ya sea alterando el genoma existente en la célula o introduciendo material genético adicional que hace que las células se repliquen sin control. [11] Rara vez se considera que lo que causa tanto daño también tiene la capacidad de revertir el proceso y frenar el crecimiento del cáncer o incluso provocar la remisión. Los virus transforman las células huésped para sobrevivir y replicarse; sin embargo, las respuestas inmunitarias de la célula huésped suelen verse comprometidas durante la transformación, lo que hace que las células transformadas sean más susceptibles a otros virus. [17]
La idea de utilizar virus para tratar el cáncer se introdujo por primera vez en 1951, cuando un niño de 4 años de edad entró repentinamente en una remisión temporal de la leucemia mientras tenía varicela . Esto condujo a la investigación en la década de 1990, donde los científicos trabajaron para crear una cepa del virus del herpes simple lo suficientemente fuerte como para infectar y transformar las células tumorales, pero lo suficientemente débil como para dejar intactas las células sanas. El tratamiento de pacientes con transformación viral tiene la posibilidad de tratar a los pacientes de forma más segura y eficaz que utilizando métodos tradicionales, como la quimioterapia . Los virus utilizados en el tratamiento del cáncer ganan fuerza y aumentan su eficacia a medida que se multiplican en el cuerpo, mientras que causan solo efectos secundarios menores, como náuseas , fatiga y dolores. [17]