Els virus i els viroides

Concepte i coneixement dels virus

Les organitzacions biològiques més simplificades, però dotades amb informació genètica suficient per a multiplicarse i donar lloc a partícules d’estructura i morfologia definides, capaces de perdurar en l’ambient extracel·lular, són els virus. La seva simplicitat estructural i funcional queda palesa en el fet que els virus no són cèl·lules, sinó que necessiten sempre utilitzar una cèl·lula, procariòtica o eucariòtica, per a poder-se reproduir. Per aquest motiu, alguns autors els anomenen microorganismes acel·lulars. No tenen metabolisme, per bé que poden contenir alguns enzims que actuen en el moment en què aquests agents parasítics estrictes infecten les cèl·lules susceptibles. Llur mida és submicroscòpica, i només es poden observar utilitzant la microscòpia electrònica. Les dimensions dels virus en llur fase perfectament formada (els anomenats virions) va des d’uns pocs nanometres, com en els casos del virus de la poliomielitis o del refredat comú (20-30 nm de diàmetre), fins a les dimensions dels virus iridiscents de molts dípters o dels de la verola, que poden tenir fins a 300 o 400 nm d’amplada. En aquests darrers casos, les partícules virals podrien ésser vistes amb un bon equip de microscòpia òptica. Per altra banda, alguns virus d’insectes (grup dels baculovirus), de plantes (virus de l’esgrogueïment de la remolatxa) i d’animals (virus de la ràbia), per bé que, igual que tots els altres, són de mida submicroscòpica, poden formar agregats intracel·lulars, perfectament visibles amb la microscòpia òptica.

Els virus van ésser descoberts a la darreria del segle XIX, i l’únic que se’n sabia en aquella època i al començament del segle XX era que es tractava de "principis infecciosos de natura filtrable". El terme virus amb què se’ls va batejar vol dir "principi metzinós". Hom parlà inicialment de "virus filtrables", és a dir, agents infecciosos que, a diferència dels bacteris i dels protozous patògens, no eren retinguts pels filtres de porcellana porosa utilitzats per a purificar l’aigua. Va ser durant la primera meitat del segle XX quan diferents tècniques físico-químiques i la microscòpia electrònica van permetre descobrir la natura i la morfologia dels virus.

Els primers virus descoberts varen ser els de les plantes. El rus Ivanovski, l’any 1892, va descobrir la natura filtrable del principi infecciós d’una malaltia de la planta del tabac anomenada mosaic. Beijerinck, el 1898, va corroborar aquest descobriment i, els anys següents, contribuí significativament a la caracterització dels virus. Al mateix any, Loeffler i Frosch descobriren el virus de la glossopeda o febre aftosa del bestiar. Ellerman i Bang varen descobrir, el 1908, el virus de la leucosi aviar, i pocs anys després, el 1911, Roux descobrí un virus capaç de produir tumors als mateixos animals. D’aquests descobriments arrenca la moderna teoria de l’origen víric de diversos càncers, que va ser defensada brillantment per l’il·lustre català Duran i Reynals.

Els virus dels bacteris foren descoberts independentment per l’anglès Twort, el 1915, i pel francès D’Hérelle, el 1917. Foren anomenats bacteriòfags, és a dir "devoradors de bacteris", per aquest darrer autor, al·ludint al fet que es reprodueixen tot destruint els bacteris dins els quals s’han multiplicat. Quan el procés d’infecció d’un bacteriòfag es produeix sobre un cultiu uniforme (cultiu confluent) de bacteris en una càpsula de Petri, la destrucció cel·lular dona lloc a forats transparents anomenats calbes. D’una manera semblant, els virus animals també produeixen calbes sobre cultius de cèl·lules de soques escollides.

Morfologia

La morfologia dels virions és molt variada, però gairebé sempre correspon a dos models de simetria bàsica, de vegades combinats en la mateixa partícula viral. Es tracta de la simetria helicoidal, representada pels virions cilíndrics i filamentosos, per una banda, i de la simetria cúbica, representada per les partícules polièdriques, i, sobretot, icosaèdriques, per l’altra. Els tipus bàsics de simetria viral poden quedar emmascarats per diferents capes exteriors, que podem trobar envoltant la partícula viral. L’estructura dels virions és constituïda per una zona central, ocupada per l’àcid nucleic propi dels virus, i un embolcall proteic que determina la simetria viral. El conjunt rep el nom de nucleocàpsida, i en el cas de molts virus és envoltat per altres capes de natura proteica, lipídica, glucolipídica, etc.

Singularitats estructurals

Morfologies víriques, idealitzades a partir de bacteriòfags (1-10), de virus d’animals (11-21) i de virus de plantes (22-28).1 Virus de Mycoplasma del grup MV-L2; 2 bacteriòfag (sèrie T), amb una cua contràctil, d’Escherichia coli; 3 tipus ø6, amb embolcall lipídic, de Pseudomonas; 4 tipus T7, de cua curta, d’E.coli; 5 tipus λ, de cua llarga no contràctil, d’E. Coli; 6 tipus ø x 174, amb nusos als vèrtexs, d’E. Coli; 7 tipus MS2, petit i amb ARN, d’E. Coli; 8 tipus PRD1, amb una capa lipídica dins de la càpsida; 9 ripus filamentós fd, d’E.coli; 10 tipus PM2, amb una capa lipídica entre capes proteiques; 11 virus de vaccí; 12virus de l’herpes humà, amb embolcalls lipídics i proteics; 13 coronavirus de la bronquitis infecciosa; 14 virus de la ràbia; 15 reovirus amb doble embolcall proteic; 16 virus de la poliomielitis; 17 parvovirus; 18 retrovirus del sarcoma de Rous; 19 adenovirus humà; 20 baculovirus de la poliedrosi dels insectes; 21paramixovirus, del tipus dels del xarrampió i de les galteres; 22 rabdovirus de l’esgrogueïment necròtic de l’enciam; 23 virus del mosaic del tabac; 24 virus Y de la patatera; 26 virus del mosaic de la coliflor; 27 virus del mosaic del cogombre; 28 reovirus tumoral de les ferides de les plantes.

Maber, a partir de dades de l’autor

Les característiques diferencials entre els virus i les cèl·lules procariòtiques i eucariòtiques són molt marcades, i d’una transcendència evolutiva indubtable. En efecte, per una banda, els virus es componen d’una zona central d’àcid nucleic i d’un o diversos embolcalls protectors, el principal dels quals, la càpsida, és de natura proteica. Els virus no presenten sistemes de síntesi proteica, ni fenòmens de transport ni de síntesi d’energia. Són mancats, doncs, de metabolisme, tal com l’entenem, referit als intercanvis que es produeixen en una cèl·lula. Per altra banda, un virus té sempre un sol tipus d’àcid nucleic, que constitueix el seu genoma. Pot ser ADN o bé ARN, ja sia d’un sol filament (monocatenari) o també de dos filaments (bicatenari).

El nombre d’enzims que pot contenir un virió sempre és molt magre en comparació amb la dotació enzimàtica d’una cèl·lula veritable, fins i tot d’una de les més simples conegudes. Els enzims dels virions van normalment relacionats amb les fases inicials de la infecció cel·lular o amb les primeres etapes de la rèplica (elaboració de còpies) dels àcids nucleics virals. Per la seva multiplicació, un virus depèn sempre d’una cèl·lula hoste, de la qual aconsegueix de modificar la maquinària biosintètica preexistent, tot fent-la treballar a favor de la multiplicació vírica. No hi ha cap cèl·lula paràsita estricta que modifiqui d’aquesta manera el metabolisme de l’hoste. Tots els virus presenten una fase de rèplica intracel·lular durant la qual no se’ls pot distingir com a virions, ja que han perdut la seva estructura particulada. No hi ha cap cèl·lula paràsita que perdi la seva estructura cel·lular durant el procés infecciós.

Origen dels virus

No hi ha proves certes sobre l’origen dels virus. Tenim dues teories per a explicar llur origen. Segons la primera, els virus podrien ser estructures portadores de conjunts de gens escollits, que haurien sortit fora d’una cèl·lula originària, i que un cop dins d’una cèl·lula hoste adequada s’haurien multiplicat, utilitzant el sistema enzimàtic d’aquesta, en lloc d’ésser degradats per ella. Encara que ha estat comprovat que els gens de les cèl·lules poden ser incorporats als genomes virals, es fa més difícil pensar en l’origen cel·lular de tots els gens vírics, especialment dels responsables de les proteïnes de la càpsida i d’altres factors que regulen l’estructura i la forma dels virions. La segona teoria de l’origen dels virus proposa que aquests no són més que cèl·lules molt simplificades per adaptació a la vida parasitària, que han anat perdent propietats innecessàries per a la seva vida parasítica, fins a arribar al tipus d’organització viral, amb el mínim d’enzims indispensables.

Fa falta molta recerca encara abans de poder optar per una teoria o per l’altra. El que sembla evident és que l’origen dels virus va lligat a l’existència prèvia d’organismes cel·lulars, tant procariòtics com eucariòtics. Per tant, els virus no poden ser estructures biològiques més primitives que els procariotes.

Els virus a la natura

El mosaic del tabac és una malaltia, causada pel virus del mateix nom, que provoca a les fulles de la planta el típic esgrogueïment en taques que veiem en aquests exemplars de plantes de tabac, conreats en un hivernacle.

Martí Nadal

Tal com passa amb els bacteris, podem dir que els virus es troben a tot arreu. L’única condició per a la seva presència és que hi hagi cèl·lules que puguin servir, o hagin servit, com a substrat per a la multiplicació vírica.

De vegades els virions són difícils de veure, ja que el virus es troba en forma d’àcid nucleic víric integrat i, per tant, amagat en el genòfor bacterià o en l’ADN cromosòmic d’una cèl·lula eucariòtica. En el darrer cas, es pot produir el fenòmen de la transformació cel·lular, que és a la base de molts processos tumorals que es produeixen en animals i en plantes.

En el cas dels bacteris, aquests virus, que poden romandre integrats en el genòfor de l’hoste, reben el nom de bacteriòfags atenuats, i són causa de molts problemes en processos industrials basats en l’activitat bacteriana, ja que, un cop han retornat a la forma infecciosa autònoma, poden destruir una gran part de la població de microorganismes responsables de fermentacions. Així s’esdevé a l’indústria formatgera i d’altres derivats làctics, a la de síntesi d’antibiòtics, etc.

Calbes de lisi produïdes pels bacteriòfags de les aigües residuals urbanes en destruir els bacteris de cultius confluents d’Escherichia coli, en plaques de Petri, acolorits en vermell. A la placa de la dreta hi ha una terbolesa deguda al desenvolupament dels bacteris que hi havia a l’aigua inoculada. A la placa de l’esquerra, els bacteris de l’inòcul foren eliminats prèviament, i per això les calbes de lisi apareixen més nítides.

Francesc Torrella

Com a organismes eminentment paràsits que són, els virus juguen un paper important en la natura, ja que poden regular les poblacions d’éssers vius. El seu paper es fa més evident en les ocasions en què s’arriba a una proliferació incontrolada d’organismes hostes. L’home, un d’aquests organismes, amb la seva tecnologia sanitària, ha aconseguit de trencar aquesta dinàmica natural en alguns casos, com en el del virus de la verola, que des de fa alguns anys ha estat eliminat de la població humana i sols es conserva als laboratoris especialitzats.

Diversos bacteriòfags d’una bassa d’autodepuració d’aigües residuals, vistos al microscopi electrònic de transmissió (tinció amb acetat d’uranil). A dalt, restes d’una cèl·lula bacteriana, amb molts bacteriòfags de cua llarga, que han causat la seva lisi, fixats (la taca negra central és el citoplasma bacterià col·lapsat; la paret del bacteri, amb els virions adherits, conserva la seva forma). A baix, a l’esquerra, bacteriòfag, al costat d’un flagel bacterià amb la beina parcialment desnaturalitzada (el diàmetre del cos central del flagel i el del peu del virus són molt semblants). A baix, a la dreta, bacteriòfag de cua contràctil.

Francesc Torrella

Per altra banda, i sobretot en el cas dels procariotes, cada cop es fa més evident que els virus han jugat i encara juguen un paper significatiu en l’evolució. Això és causat per la capacitat vírica per a transferir segments d’ADN (gens) d’uns organismes a uns altres mitjançant la transducció o altres processos semblants. La polivalència dels virus (és a dir, la capacitat per a infectar diferents hostes) avui dia és limitada, ja que les cèl·lules han passat per llargs processos evolutius i tenen sistemes de defensa contra l’entrada d’àcids nucleics estranys. Hi ha, però, la possibilitat que aquesta mena de transferència gènica dels virus hagi tingut molta importància en l’evolució dels sistemes cel·lulars a la Terra primitiva. Un dels llocs on és més fàcil trobar una gran varietat de partícules virals són les basses d’aigües residuals, on van a parar excrements d’animals i de l’home, que són molt rics en virus bacterians i en virus d’animals. L’activitat d’aquests virus intervé en els processos d’autodepuració.

Els viroides

Són àcids nucleics infecciosos, de baix pes molecular, que no estan protegits per una molècula proteica com els virus. Són formats per cadenes d’ARN circular amb un grau elevat de complementarietat interna, que en condicions natives li confereix propietats de filament doble. Són coneguts com agents de malalties de plantes, i se sospita que poden ser ells els causants d’algunes malalties dels animals.