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¿QUÉ SON LOS VIRUS Y CÓMO INVADEN UN ORGANISMO?
Los virus son pequeños pedazos de ARN (ácido ribonucleico) o ADN (ácido desoxirribonucleico), muchos están encapsulados en una envoltura hecha a base de proteínas conocida como cápside, otros protegen su material genético con una membrana o envoltura derivada de la célula a la que infectan y algunos otros además rodean su cápside con una membrana celular.
Los virus han evolucionado para reproducirse dentro de la célula que infectan, ya que por si solos no son capaces de hacerlo porque carecen de la maquinaria molecular necesaria. Entonces, hay tres problemas que un virus debe resolver para poder hacer más copias de él mismo:
1) ¿cómo reproducirse dentro de la célula que infecta?
2) ¿cómo esparcirse de un hospedero a otro?
3) ¿cómo ingresan a las células?
De manera general los virus de ADN utilizan partes de la información del hospedero, así como también parte de su maquinaria celular. El problema con esta estrategia es que la mayor parte de las células maduras del hospedero no están replicándose activamente, se encuentran reposando para ahorrar energía. Por lo tanto, los virus de ADN necesitan encontrar la manera de activar el motor (“pasarle corriente”) de la célula hospedera o, alternativamente, traer consigo los aditamentos de aquellas partes celulares que no están activas cuando el virus entra. Básicamente lo que los virus hacen para reproducirse es secuestrar la fábrica de la célula para producir virus en lugar de nuevas células. Por otro lado, los virus de RNA traen consigo sus propias máquinas de copiado de información genética (ej. enzima RNA-polimerasa) o poseen genes (información genética) que producen las proteínas que se requieren para ensamblar las máquinas de copiado dentro de la célula que infectan, lo que los hace independientes de la maquinaria celular y capaces de infectar células que no están activamente reproduciéndose.
La forma en que los diferentes tipos de virus se esparcen es muy variada: por vía aérea cuando respiramos, cuando los ingerimos con los alimentos, los que obtenemos directamente de nuestras madres, los que obtenemos por contacto sexual y los que se trasmiten por picaduras de insectos como los mosquitos. La piel representa una barrera impenetrable para un virus porque esta conformada por capas de células muertas, y los virus necesitan células vivas para poder reproducirse. Por lo tanto, a menos que la piel se rompa (ej. heridas) o sea picada (ej. mosquitos), los virus han elegido tomar otras rutas de entrada al hospedero. Por ejemplo, atacando la barrera de mucosa celular que recubre al sistema respiratorio y reproductivo.
Aún así, la barrera de mucosa es altamente efectiva y ayuda a eliminar a la mayoría de los virus que quedan atrapados en ella. La mucosa es ayudada por macrófagos (células de defensa) que ingieren a los virus y los eliminan. En el caso de la vagina, además de la mucosa, las bacterias que colonizan el tracto reproductivo producen ácido, el cual hace que el medio sea poco propicio porque muchos virus son sensibles a las condiciones ácidas. Y por si fuera poco, aquellos virus que deciden entrar por el aparato digestivo deben lidiar con defensas muy agresivas, tal es el caso de la saliva que contiene compuestos potentes que desactivan a los virus. Además, si logran pasar la saliva, los espera un baño de ácidos estomacales aderezados con enzimas digestivas (diseñadas para desbaratar proteínas, carbohidratos y lípidos) y sales biliares (detergente para desintegrar las grasas ingeridas) que son muy efectivos en desintegrar las envolturas que protegen el material genético de los virus.
Finalmente, una vez que los virus logran pasar las barreras físicas impuestas por la piel, éstos se enfrentan al sistema inmunológico innato y adaptativo. El sistema innato se llama así porque es un sistema de defensa que todos los animales parecen tener. Esta constituido por cuatro armas: 1) los fagocitos, que son células blancas (ej. macrófagos) que patrullan los tejidos del cuerpo limpiándolo de basura, restos celulares e invasores. 2) El sistema complementario, el cuál esta conformado por aproximadamente veinte proteínas producidas en el hígado y que se encuentran en altas concentraciones en la sangre y los tejidos, éstas trabajan en conjunto para destruir a los invasores (hacen perforaciones en la envoltura proteínica o membrana celular de los invasores) y para dar la señal de alarma a otros miembro del equipo del sistema inmune. Este sistema es muy antiguo, incluso los erizos de mar que evolucionaron hace aproximadamente 700 millones de años lo tienen. 3) El sistema de alerta de interferones, que son proteínas producidas por las células que se unen a pequeños receptores (llaves) de la membrana celular y que sirven para alertar a la célula de que pronto será atacada por virus, en cuyo caso la célula infectada cometerá suicidio! Y 4) las células naturales asesinas, este tipo de células se encargan de destruir a todas las células que han sido infectadas por algún virus; el misterio es ¿cómo lo hacen? Al parecer hay señales a nivel molecular, como los interferones, que les indican algo como “mátame porque estoy infectas”, pero también hay señales que dicen “no me mates estoy sana”, los detalles todavía están siendo descubiertos.
Por lo regular el sistema inmune innato es suficientemente bueno controlando las infecciones, pero hay ocasiones en la que este sistema no se da abasto, principalmente cuando la cantidad de virus producidos durante las fases iniciales de la infección es muy alta. Es en este momento cuando el sistema inmune adaptativo entra en acción. Este sistema esta constituido por dos armas: anticuerpos y células asesinas T (conocidas también como CTL por sus siglas en inglés):
1) los anticuerpos (pequeñas etiquetas moleculares) son producidos en células especiales conocidas como células B. Dichas células poseen una diversidad enorme de pequeñas etiquetas sobre su superficie (membrana celular), las cuales se utilizan para reconocer a cualquier molécula orgánica que pueda existir, como los patógenos. Cuando las células B encuentran a un invasor (ej. virus), se produce una reacción en cadena que hace que se generen muchas células B que van a producir únicamente las etiquetas (anticuerpos) específicas que fueron seleccionadas por el invasor. De esta manera los anticuerpos o etiquetas se adhieren a la superficie del invasor o de las células infectadas y envían un mensaje de alerta (algunas etiquetas ayudan a prevenir que los virus infecten células sanas bloqueando los accesos de entrada a las células); estos mensajes serían algo como: “Oigan, soy una célula que está infectada, por favor destrúyanme” o “Aquí hay un virus, hay que destruirlo”. Finalmente, algunas células B se convierten en células de memoria del sistema inmune; es decir, son las células que nos protegerán en caso de que el mismo invasor llegue de nuevo al cuerpo.
2) Las células asesinas T o CTL son células blancas que, al igual que las células B, poseen una gran variedad de etiquetas en su superficie que son utilizadas para analizar los fragmentos de proteínas que las células del cuerpo exponen sobre su superficie. Como los virus utilizan la maquinaria de la célula infectada para producir proteínas virales, fragmentos de éstas son llevados a la superficie celular y expuestas al exterior por moléculas (mostradores) especiales; una vez ahí, estas son evaluadas por las células CTL y en caso de detectar una infección, las células asesinas T destruirán a la célula que ha sido infectada.
La manera en que los virus evaden estas defensas del hospedero son muy variadas (de eso se hablarà luego). Asumiendo que los virus han evadido todas las defensas, éstos tiene dos estrategias generales para ingresar al interior de la célula que van a infectar:
1) las proteínas sobre la superficie de la envoltura del virus se unen a receptores moleculares de la membrana celular, una vez hecho eso se abre una puerta por la que se inyecta el material genético viral en el citoplasma de la célula.
2) las proteínas de la envoltura del virus se unen a los receptores moleculares de la membrana celular, y entonces el virus completo es encapsulado en contenedores especiales hechos de membrana celular, los cuales son llevados al interior de la célula. Una vez ahí la envoltura proteínica del virus y la membrana del contenedor se fusionan y el material genético del virus es liberado, éste utiliza señales moleculares para dirigirse al núcleo de la célula y poder utilizar la maquinaria celular para hacer más copias de él mismo.
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DEFENSAS CONTRA LA INFECCIÓN
Por
Larry M. Bush , MD, FACP, Charles E. Schmidt College of Medicine, Florida Atlantic University
Tanto las barreras naturales como el sistema inmunitario defienden el cuerpo contra los microorganismos que causan infecciones.
Las barreras naturales son la piel, las membranas mucosas, las lágrimas, la cera de los oídos, el moco y el ácido del estómago. Además, el flujo normal de orina elimina los microorganismos que ascienden por el tracto urinario.
El sistema inmunitario utiliza los glóbulos blancos (leucocitos) y los anticuerpos para identificar y eliminar los microorganismos que han atravesado las barreras naturales. Barreras naturales Por lo general, la piel evita la invasión de microorganismos a menos que esté físicamente dañada, (por ejemplo, debido a un traumatismo, una picadura de insecto o una quemadura). Las membranas mucosas, tales como el revestimiento de la boca, la nariz y los párpados, también son barreras eficaces. Generalmente, estas membranas están cubiertas de secreciones que combaten a los microorganismos. Por ejemplo, las membranas mucosas de los ojos están bañadas en lágrimas, que contienen una enzima llamada lisozima que ataca a las bacterias y que actúa como protección de los ojos contra las infecciones.
Las vías respiratorias filtran partículas externas presentes en el aire inhalado. Las paredes de la nariz y las vías respiratorias están cubiertas de moco. Los microorganismos del aire quedan atrapados en el moco y son expulsados al toser o al sonarse la nariz. El movimiento coordinado de los cilios (diminutas proyecciones en forma de cabello) que revisten las vías respiratorias contribuye a la expulsión del moco. Las células ciliadas arrastran el moco en dirección ascendente por las vías respiratorias fuera de los pulmones.
El tracto gastrointestinal cuenta con una serie de barreras eficaces, como son el ácido del estómago, las enzimas pancreáticas, la bilis y las secreciones intestinales. Estas sustancias pueden matar bacterias o impedir que se multipliquen. Las contracciones del intestino (peristaltismo, que desplaza los contenidos del intestino a través del tubo digestivo) y el desprendimiento normal de las células que lo revisten ayudan a eliminar los microorganismos nocivos.
El tracto urinario también cuenta con varias barreras efectivas. La vejiga está protegida por la uretra, el tubo por el que la orina pasa cuando abandona el organismo. En los varones, la uretra es lo bastante larga para que las bacterias rara vez sean capaces de alcanzar la vejiga a través de ella, a menos que, involuntariamente, se facilite el paso de las bacterias cuando se introducen sondas o instrumentos quirúrgicos. En las mujeres, la uretra es más corta, lo que a veces permite el paso de las bacterias a la vejiga. En ambos sexos, al orinar, se expulsan las bacterias que hayan podido alcanzar la vejiga.
La vagina es normalmente ácida. La acidez de la vagina evita que las bacterias crezcan y ayuda a mantener el número de bacterias protectoras.
La sangre Una manera que tiene el organismo de defenderse contra las infecciones es el aumento en el número de ciertos tipos de glóbulos blancos (neutrófilos y monocitos), que se encargan de fagocitar (ingerir) y destruir los microorganismos que invaden el cuerpo. Dicho incremento puede producirse en unas pocas horas, en gran medida por la liberación de glóbulos blancos desde la médula ósea, donde se fabrican. El número de neutrófilos en la sangre aumenta primero. Si la infección persiste, la cantidad de monocitos aumenta. La sangre lleva los glóbulos blancos (leucocitos) a la zona de la infección. El número de eosinófilos, otro tipo de glóbulos blancos (leucocitos), aumentan de manera característica en las reacciones alérgicas y en algunas infestaciones parasitarias, pero habitualmente no lo hacen en las infecciones bacterianas.
Sin embargo, ciertas infecciones como la fiebre tifoidea, las infecciones víricas y las infecciones bacterianas que superan el sistema inmunitario, pueden producir una disminución en el número de glóbulos blancos (leucocitos).
Inflamación
Cualquier lesión, incluida una invasión de microorganismos, causa inflamación en el área afectada. La inflamación es un proceso complejo siendo el resultado de diversas circunstancias. Los tejidos dañados liberan sustancias que causan inflamación y que estimulan al sistema inmunitario para:
Levantar una barrera alrededor de la zona
Atacar y destruir a cualquier invasor
Eliminar el tejido muerto y dañado
Iniciar el proceso de reparación
Sin embargo, a veces la inflamación no es capaz de superar a los microorganismos si existe una gran cantidad de ellos.
Durante la inflamación, aumenta el suministro de sangre, lo que ayuda a las células inmunitarias a llegar a la zona afectada. La zona próxima a la superficie corporal infectada se pone roja y caliente. Las paredes de los vasos sanguíneos se vuelven más porosas, permitiendo de este modo que el líquido y los glóbulos blancos (leucocitos) pasen al tejido afectado. El aumento de líquido causa la inflamación tisular. Los glóbulos blancos (leucocitos) atacan a los microorganismos invasores y liberan sustancias que continúan con el proceso de inflamación.
Otras sustancias desencadenan la coagulación en los vasos de menor diámetro (capilares) de la zona inflamada, lo que retrasa la propagación de los microorganismos infectantes y sus toxinas. Muchas sustancias que se producen con la inflamación estimulan los nervios, causando dolor. La infección se suele acompañar de escalofríos, fiebre y dolores musculares producidos como reacción a las sustancias liberadas durante la misma.
Respuesta inmunitaria
Cuando se produce una infección, el sistema inmunitario también responde produciendo distintas sustancias y agentes diseñados para atacar al microorganismo invasor concreto. Por ejemplo
Los linfocitos T citotóxicos (una variedad de glóbulos blancos o leucocitos) que pueden reconocer y destruir al microorganismo invasor.
Anticuerpos que se dirigen contra el microorganismo invasor concreto.
Los anticuerpos atacan e inmovilizan a los microorganismos. Los destruyen directamente o ayudan a los neutrófilos a seleccionar el objetivo y destruirlo.
La eficacia con la que el sistema inmunitario defiende el organismo contra todos los microorganismos depende parcialmente de la composición genética de cada persona.
Fiebre El aumento de la temperatura (fiebre) es una respuesta que protege al cuerpo ante la infección y la lesión. La temperatura corporal elevada (fiebre) mejora los mecanismos de defensa del organismo, aun cuando pueda causar malestar.
El hipotálamo, una parte del encéfalo, controla la temperatura corporal. La fiebre es consecuencia del reajuste en el termostato del hipotálamo. Para aumentar la temperatura corporal, el organismo desplaza la sangre de la superficie de la piel hacia el interior del cuerpo, lo que reduce la pérdida de calor. Los escalofríos se producen para aumentar la producción de calor mediante la contracción muscular. Los esfuerzos del organismo por conservar y producir calor continúan hasta que la sangre llegue al hipotálamo con una temperatura más alta. Entonces, esta nueva temperatura más alta se mantiene. Luego, al volver el termostato a su nivel normal, el organismo elimina el exceso de calor mediante el sudor y el desvío de la sangre hacia la piel.
En algunos individuos (alcohólicos, ancianos y personas muy jóvenes) existe una menor capacidad para generar fiebre. En estos casos se puede experimentar una caída de la temperatura en respuesta a la infección grave.
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¿CÒMO EVADE EL VIRUS A LAS DEFENSAS DEL HOSPEDERO?
La manera en que los virus evaden estas defensas del hospedero son muy variadas, algunas de ellas son:
1) producción de proteínas que interfieren o inhabilitan las señales moleculares de alerta de la célula (ej. bloquean el sistema de producción de interferón), y que pueden evitar que las moléculas involucradas en la activación de la programación de muerte celular entren en funcionamiento; permitiendo así, que la célula viva lo suficiente hasta que el virus haya producido un número grande de nuevos virus que infectarán a más células.
2) El sistema inmune adaptativo (células B) tiene memoria para los tipos de cepas virales a los que ya ha sido expuesto el individuo, pero las altas tasas demutaciónhacen que el virus cambie rápidamente por lo que el sistema inmune adaptativo ya no la reconoce y escapa (este método se conoce como “carnada y cambio”).
3) Algunos virus con diferente origen (ej. influenza humana e influenza aviar) pueden hacer mezclas de su material genético cuando infectan a un mismo individuo de la misma u otra especie (ej. cerdo), esto hace que el sistema inmune no tenga memoria en contra de esta nueva variante!
4) Utilizar disfraces para esconderse del sistema de defensa celular; por ejemplo, hay un grupo de virus conocido como rotavirus, los cuáles tienen una triple capa proteínica protegiendo su material genético, de las cuales únicamente la más exterior se elimina por enzimas del sistema digestivo, pero el material genético se mantiene escondido del sistema inmune dentro de las otras dos envolturas.
5) Esconderse del sistema de defensa tomando rutas alternativas de infección; por ejemplo, el virus de la hepatitis A entra por la vía oral, pero después toma un atajo para llegar al hígado que es donde se reproduce en grandes cantidades.Como el sistema de defensa en contra de invasores intestinales es diferente al que defiende órganos internos y la sangre, entonces le toma un tiempo al sistema de defensa darse cuenta de que ha sido engañado, y es ese tiempo el que le virus utiliza para reproducirse!
6) Fusión de varias células del hospedero (formando aglutinaciones conocidas como células gigantes) para transmitirse directamente entre ellas sin exponerse al sistema de defensa.
7) Destrucción de células de defensa que regulan la coordinación (el coach y el capitán del equipo) de la respuesta inmunológica del hospedero, provocando que no se genere la respuesta adecuada de defensa.
8) Utilizando señuelos para distraer al sistema de defensa; por ejemplo, el virus de hepatitis B produce muchas envolturas virales sin material genético (cajas vacías!), entonces el sistema de defensa reconoce dichas envolturas por las etiquetas que hay en su superficie, pero no puede distinguir entre las que traen material genético y las que no, así que muchos virus escapan!
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