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Introducción

La intención de este artículo es proporcionar algunos conocimientos generales sobre los virus, cómo conducen a la infección y cómo responde el sistema inmunológico del cuerpo. Aunque son diminutos, los virus son entidades complejas y diversas que tienen la capacidad de infectar a los huéspedes, replicarse y luego propagarse a otros huéspedes. Además, a veces los virus pueden transferirse entre especies hospedadoras, o pueden mutar y reinfectar a la especie hospedadora original.

¿Qué es un virus?

Los virus son paquetes microscópicos de información genética (ADN o ARN, según el tipo de virus), envueltos en una cubierta proteica. Pueden variar en forma y tamaño, y suelen oscilar entre 20 y 300 nanómetros (un nanómetro es un metro dividido por mil millones) (Figura 1). Los virus pueden existir fuera de su huésped, pero no pueden replicarse de forma aislada, no tienen ninguna de las «maquinarias» celulares de una célula normal, ni ningún metabolismo. De hecho, se debate si los virus son realmente una forma de vida y a veces se considera que están en el «límite de la vida». Al igual que las verdaderas formas de vida, los virus poseen material genético, pueden reproducirse y evolucionan a través de procesos que implican la mutación y la selección natural (aunque la mutación requiere de células huésped en lugar de producirse de forma autónoma; a diferencia de los organismos vivos).

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Figura 1. Morfología y tamaño relativo aproximado de las diferentes familias de virus. Los virus están formados por ADN o ARN que a menudo están estrechamente asociados a proteínas para darles más estabilidad. El material genético (ADN o ARN) puede estar contenido dentro de proteínas de forma regular que dan formas geométricas (cápsides) o tener una cubierta de membrana más suelta, o ambas cosas.

Después de infectar a un huésped, un virus entrará en las células del mismo (dentro de un tejido específico o de forma más general, dependiendo del virus), y tomará el control de los sistemas celulares convirtiendo así la célula en una fábrica de virus que produce muchas partículas virales nuevas. Esta invasión y la alteración de su funcionamiento pueden provocar cambios drásticos en las células del huésped, que pueden dañarlas o matarlas. La producción de nuevas partículas víricas hace que se infecten más células del hospedador y es la base de la transmisión del virus a un nuevo hospedador.

Se calcula que cada mililitro de agua de mar contiene hasta 100 millones de virus, mientras que los sedimentos de los lagos contienen unos 20.000 millones de virus por gramo.El tiempo que un virus puede permanecer viable fuera de su hospedador depende del virus y de su entorno. Algunos virus pueden sobrevivir en el aire o en superficies sólidas durante varios días o semanas. Mientras que los virus en el agua tienden a sobrevivir durante más tiempo: hasta un año en agua fría y limpia. El calor, el detergente o la luz ultravioleta pueden inactivar los virus en cuestión de minutos. Por el contrario, las temperaturas de congelación pueden preservar los virus.

Hay muchos tipos diferentes de virus y están por todas partes. Por ejemplo, se calcula que cada mililitro de agua de mar contiene hasta 100 millones de virus, mientras que los sedimentos de los lagos contienen unos 20.000 millones de virus por gramo. Los individuos infectados pueden desprender muchas partículas de virus. Los pacientes con el rotavirus liberan hasta 10.000 millones de partículas de virus por gramo de heces.

La gama de organismos vivos que infectan los virus es muy amplia. De hecho, se considera que todos los organismos, desde entidades unicelulares como las bacterias, hasta plantas y animales multicelulares más complejos, son susceptibles de ser infectados por diferentes tipos de virus. Algunos virus infectan específicamente a determinadas especies de huéspedes, mientras que otros infectan a una amplia gama de especies diferentes. Las consecuencias de la infección viral también varían enormemente entre las interacciones particulares entre el virus y el huésped. Por lo general, aunque no siempre, la infección vírica provoca la enfermedad del organismo huésped.

¿De dónde vienen los virus?

Existen varias teorías sobre el origen de los virus. El hecho de que infecten todas las formas de vida sugiere que tienen un origen antiguo.Hay varias teorías sobre el origen de los virus. El hecho de que infecten todas las formas de vida sugiere que tienen orígenes antiguos. Como ya se ha dicho, los virus son esencialmente material genético (ADN o ARN) rodeado de una capa de proteínas. Para tener éxito, el material genético de los virus (comúnmente descrito como «genoma viral») necesita codificar un número suficiente de genes para que un virus pueda lograr el ciclo de infección-replicación-reinfección. La cantidad de información genética dentro de un virus es minúscula. Por ejemplo, los genomas de los coronavirus contienen alrededor de 30.000 bases de nucleótidos, mientras que el genoma humano es unas 10.000 veces mayor y consta de más de 3.000 millones de pares de bases («bases» y «pares de bases» son términos biológicos que hacen referencia a las estructuras químicas del ARN y el ADN; las secuencias de bases en el ARN y el ADN codifican todas las proteínas y determinan las características físicas de los organismos).

Pero, ¿cómo surgieron los virus? Una idea es que los virus evolucionaron a partir de secuencias cortas de material genético que originalmente formaban parte de una entidad mayor. Se sugiere que estas cortas secuencias de material genético, que encapsulan un genoma viral viable, escaparon de la célula original. De hecho, se sabe que algunas secuencias de ADN tienen la capacidad de salirse del genoma de una célula y reinsertarse en otra parte del genoma. Si estos «elementos transponibles» quedaran ligados a un trozo de la membrana celular y escaparan de la célula, podrían trasladarse a otra, de forma similar a como lo haría un virus. Sin embargo, otro punto de vista propone que los virus son en realidad más antiguos que otras células. Esto se debe a que la mayoría de las proteínas virales no tienen ninguna similitud con las proteínas de otros organismos, lo que sugiere que sus genomas son distintos y que son anteriores a la vida celular. Como hay tantos tipos diferentes de virus, es posible que ambas ideas sean correctas y que diferentes familias de virus hayan surgido de forma independiente.

Diferentes tipos de virus emplean diversas estrategias de replicación cuando infectan una célula. Los retrovirus, por ejemplo, tienen un genoma de ARN. Los retrovirus también poseen una enzima que puede utilizar la plantilla de ARN para producir ADN, que luego puede insertarse en el ADN de la célula huésped. Esto significa que la célula infectada y cualquiera de su progenie contendrá ADN viral. Un ejemplo de retrovirus es el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Este proceso de integración del genoma vírico en el genoma de la célula huésped lleva ocurriendo millones de años y se calcula que alrededor del 8% de nuestro ADN procede de los virus.

¿Cómo nos infectan los virus?

La superficie de la mayoría de los virus está repleta de proteínas que permiten que las partículas víricas se adhieran a las células huésped y entren en ellas. La interacción de los virus y las células huésped se produce a través de la interacción de proteínas específicas del virus y de la célula huésped: bloquear esta interacción es una forma potencial de inhibir las infecciones virales. Una vez dentro de una célula, las partículas virales se desensamblan y la información genética viral se convierte en una plantilla para que la célula huésped comience a fabricar nuevas proteínas y genomas virales. Las nuevas partículas víricas se liberan de la célula huésped mientras ésta sigue funcionando, o bien la célula huésped estalla y muere, liberando así las partículas víricas que contiene.

¿Cómo responde el organismo a un virus?

Diferentes especies han desarrollado diferentes estrategias para superar las infecciones víricas. En los seres humanos, el sistema inmunitario puede clasificarse en dos tipos: innato y adaptativo, y ambos proporcionan protección frente a la infección vírica. El sistema inmunitario innato comprende barreras físicas (por ejemplo, las mucosas), mensajeros químicos (por ejemplo, citoquinas; un tipo de molécula de señalización utilizada por las células) y diversos tipos de células (por ejemplo, leucocitos; glóbulos blancos) y es la primera línea de defensa contra los microorganismos invasores. Una citoquina especialmente importante es el interferón, que es liberado por las células cuando se infectan con partículas de virus. Las moléculas de interferón liberadas por una célula infectada pueden activar mecanismos de señalización en las células vecinas para inhibir una mayor infección viral. Se ha sugerido que las células infectadas por el SARS-CoV-2 podrían no liberar interferones en el mismo grado que con otras infecciones víricas.

A diferencia del sistema inmunitario innato, la gran ventaja del sistema inmunitario adaptativo es que recuerda los virus y las bacterias que ha encontrado.Las intervenciones más específicas contra los virus proceden del sistema inmunitario adaptativo. El sistema inmunitario adaptativo también implica a los leucocitos, como los linfocitos que reconocen las proteínas extrañas y producen anticuerpos. Un anticuerpo se unirá a una región específica (conocida como epítopo) en una proteína extraña, permitiendo así que sólo el material invasor sea el objetivo para su eliminación. La producción de anticuerpos a través del sistema inmunitario adaptativo puede tardar varios días en desarrollarse, por lo que puede haber un desfase entre el inicio de la infección y la capacidad de organizar una respuesta. Sin embargo, a diferencia del sistema inmunitario innato, la gran ventaja del sistema inmunitario adaptativo es que recuerda los virus y bacterias que ha encontrado. En consecuencia, si el organismo se expone de nuevo al mismo patógeno, puede volver a aumentar rápidamente la producción de esos anticuerpos específicos. Esta inmunidad puede disminuir con el tiempo a medida que las células que recuerdan el patógeno disminuyen, razón por la cual las personas pueden necesitar volver a vacunarse contra una enfermedad específica.

Para evitar la propagación del virus en nuestro cuerpo, algunas células infectadas se someten a un tipo especializado de desaparición conocido como apoptosis (también llamada «muerte celular programada»). La apoptosis es un proceso fisiológico y es una parte normal de la vida que se utiliza de forma muy regulada para eliminar las células dañadas, no deseadas o infectadas en todos los tejidos. Las células infectadas por un virus pueden desencadenar la apoptosis y, por tanto, morir. Esto parece una medida drástica, pero limita eficazmente la liberación continua de nuevos virus de una célula.

No todos los virus son «malos»

En los últimos años, muchas bacterias se han vuelto resistentes a los antibióticos. Por ello, los virus que infectan y destruyen las bacterias se han convertido en el centro de la investigación médica. Estos virus, conocidos como bacteriófagos, no infectan células humanas, por lo que pueden utilizarse como agentes antibióticos selectivos. Otros virus que infectan selectivamente a las células humanas pueden utilizarse para introducir ADN terapéutico en las células del paciente, una técnica conocida como terapia génica.

¿Qué sabemos del nuevo coronavirus que causa el COVID-19?

El COVID-19 es una enfermedad causada por un tipo de coronavirus recientemente reconocido, llamado SARS-CoV-2. Se han propuesto teorías sobre cómo surgió este nuevo coronavirus, pero se necesita más información antes de poder establecer su origen. Otros miembros de la familia de los coronavirus son los virus responsables del Síndrome Respiratorio Agudo Severo (SARS) y del Síndrome Respiratorio de Oriente Medio (MERS), que también causan graves infecciones de las vías respiratorias superiores en los seres humanos. Estos mismos virus también pueden infectar a los animales. En los pollos también causan infecciones de las vías respiratorias, mientras que en las vacas y los cerdos provocan diarrea. Los datos actuales sugieren que el SARS-CoV-2 provoca un menor riesgo de mortalidad (~1% de las personas infectadas mueren) en comparación con el SARS (10%) y el MERS (37%), pero mayor que la gripe (0,1%).

La superficie del SARS-CoV-2 está cubierta por grupos de proteínas «espiga» (Figura 2). Estas proteínas se unen específicamente a una proteína llamada enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2), que está presente en la superficie de las células de los pulmones y otros órganos como el corazón, los riñones y los intestinos. Una vez adherido, el SARS-CoV-2 se internaliza en la célula, la partícula del virus se abre y libera su genoma de ARN, que se utiliza como plantilla para fabricar más ARN y proteínas virales. Se ha descubierto que las células implicadas en los sistemas inmunitarios innato y adaptativo pueden agotarse rápidamente tras la infección por el SRAS-CoV-2, lo que compromete gravemente la inmunidad antivírica.

The Open University bajo licencia Creative Commons BY-NC-SA 4.0

Figura 2. Diagrama de la estructura del coronavirus.

La ilustración muestra la estructura de un coronavirus en sección transversal. El genoma del coronavirus es una larga cadena de ARN enrollada alrededor de una proteína y ensamblada dentro de una envoltura de proteína de membrana. Esta estructura está rodeada por una envoltura, que contiene otras dos proteínas, una de las cuales, la proteína espiga, es responsable de la adhesión del virus a la célula objetivo antes de la infección. Para más detalles ver: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22816037.

Actualmente se está poniendo un énfasis considerable en los modelos matemáticos de la transmisión del SARS-CoV-2, que informan de las decisiones de salud pública para evitar la sobrecarga de la asistencia sanitaria. La elaboración de modelos matemáticos está fuera del alcance de este artículo, pero se remite al lector interesado a un vídeo informal que explica un «modelo SIR» (Susceptible, Infectado, Recuperado/Extraído) de transmisión de la enfermedad que puede aplicarse a COVID-19: https://www.youtube.com/watch?v=k6nLfCbAzgo.

¿Qué es la ‘inmunidad de rebaño’?

Una infección vírica sólo puede extenderse por una población si los individuos susceptibles a ella entran en contacto con las partículas víricas. Si la gente se aísla, hay muchas menos posibilidades de encontrar el virus o de transmitirlo a individuos susceptibles. Además, una vez que alguien ha tenido una infección viral y ha desarrollado anticuerpos protectores contra ella, generalmente no es susceptible de reinfectarse. Cuantas más personas de una población se hayan recuperado del virus, menor será la posibilidad de que el virus se encuentre con una persona susceptible y menor la posibilidad de que se propague. Este concepto se conoce como inmunidad de rebaño.

La proporción de la población que debe ser inmune a la infección para lograr la inmunidad de rebaño depende de varios factores. Un factor crítico es la cantidad de contacto entre las personas, ya que así pueden propagarse las partículas del virus. En una población que se mezcla libremente, la inmunidad de rebaño depende del número de personas que, por término medio, se infectan por un individuo (conocido como «número básico de reproducción»; R0). El valor de R0 varía en función del tipo de virus. Se estima que el COVID-19 tiene un R0 de alrededor de 2,5. En cambio, el sarampión se propaga mucho más fácilmente, con un R0 de entre 12 y 18. La proporción de la población que se requiere para ser inmune a una enfermedad y, por tanto, detener eficazmente su propagación, se conoce como «umbral de inmunidad del rebaño», y puede calcularse utilizando R0 en la siguiente ecuación:

Umbral de inmunidad del rebaño = (R0 – 1)

Así, para COVID-19 con un R0 de 2.5, la ecuación sería:

Umbral de inmunidad del rebaño contra el COVID-19 = (2,5 – 1)

Así, alrededor del 60% de la población debe ser inmune al COVID-19 para evitar una mayor propagación.

La inmunidad de Herd puede lograrse a través de personas que se infectan y sus sistemas inmunitarios desarrollan resistencia, o a través de vacunas que utilizan trozos del virus que desencadenan una respuesta del sistema inmunitario adaptativo sin provocar la enfermedad. Cuanto más infecciosa es una enfermedad, mayor es la proporción de personas que deben ser vacunadas. En el caso del sarampión, por ejemplo, que tiene un R0 de 12-18, la Organización Mundial de la Salud recomienda una tasa de vacunación del 95% para eliminar la enfermedad, algo que el Reino Unido está luchando por conseguir actualmente.

Actualmente no existe ninguna vacuna para el COVID-19, lo que significa que la inmunidad de rebaño sólo podría producirse si aproximadamente el 60% de la población se infectara y desarrollara inmunidad. Para el Reino Unido, esto requeriría que se infectaran cerca de 40 millones de personas para alcanzar el objetivo de inmunidad de grupo. Sin embargo, con un riesgo de mortalidad de ~1%, muchos miles de personas morirían a causa de la infección. Además, muchas decenas de miles de las personas infectadas sufrirían trastornos respiratorios y requerirían hospitalización, y esas cifras, todas a la vez, saturarían el sistema sanitario. A largo plazo, la población mundial podría desarrollar una inmunidad contra el COVID-19 que mitigaría nuevos brotes, pero la inmunidad de rebaño no es una solución plausible para la actual crisis del COVID-19.

Por medio de la producción de diferentes proteínas, los virus pueden eludir la inmunidad obtenida a través de la vacunación o de una exposición previa al virus original.Se ha demostrado que los anticuerpos dirigidos contra la proteína pico del SARS-CoV-2 pueden impedir que el virus entre en las células. Estos avances en nuestro conocimiento del SARS-CoV-2 conducirán al desarrollo de pruebas que muestren si una persona ha sido infectada y ya no es susceptible, así como de vacunas terapéuticas.

Un dato fundamental que se necesita en la lucha contra el COVID-19 es saber en qué medida el genoma del virus del SARS-CoV-2 puede sufrir mutaciones. Una mutación surgiría de un cambio de secuencias de bases en su genoma de ARN, que llevaría a la producción de una proteína diferente. Al producir proteínas diferentes, los virus pueden eludir la inmunidad obtenida mediante la vacunación o una exposición previa al virus original. Se sabe que el SARS-CoV-2 puede mutar y, de hecho, el virus que se está propagando actualmente por el mundo habría sufrido mutaciones al pasar de su especie original a los humanos. Además, se sabe que hay diferencias genéticas entre el SARS-CoV-2 original que se desarrolló en Wuhan (China) y las cepas del virus que actualmente causan el COVID-19 en los Estados Unidos. Esto significa que el SARS-CoV-2 está mutando a medida que pasa por los huéspedes humanos. Sin embargo, la buena noticia es que la tasa de mutación del SARS-CoV-2 no es tan alta si se compara con la de otros virus, como los que causan la gripe.

Un número considerable de investigadores biomédicos, farmacéuticos y clínicos han centrado su atención en el SARS-CoV-2. Una rápida comprobación de las bases de datos de publicaciones de investigación, como PubMed, muestra que hubo 695 artículos publicados sobre el Coronavirus en todo 2019. Mientras que el recuento es ya de 1.818 publicaciones para los tres primeros meses de 2020. Con cada nuevo dato, nos acercamos más a la comprensión del virus y al desarrollo de soluciones para defendernos de él.