Virus

Esquema de las hipótesis clásicas sobre el origen de los virus.

Existen tres hipótesis clásicas sobre el origen de los virus:[59][60][61]

• Hipótesis de la reducción (también conocida como «hipótesis de la degeneración» o «hipótesis del reduccionismo»): es posible que los virus fueran, al principio, pequeñas células que parasitaban a otras más grandes. A lo largo del tiempo, estos precursores de los virus fueron perdiendo los genes que no necesitaban a causa de su parasitismo. Las bacterias Rickettsia y Chlamydia son células vivientes que, como los virus, solo pueden reproducirse dentro de células huésped. El ejemplo de estas bacterias parece apoyar esta hipótesis, pues es probable que su dependencia del parasitismo haya causado la pérdida de los genes que les permitían sobrevivir fuera de una célula.[62][63]

• Hipótesis del escape (también llamada «hipótesis del nomadismo», «hipótesis del vagabundeo» o «hipótesis del origen molecular-celular»):[62][64] los virus podrían haber evolucionado a partir de fragmentos de ADN o ARN que "escaparon" de los genes de sus huéspedes u organismos estrechamente emparentados. El material genético fugitivo podría haber provenido de transposones o retrotransposones (fragmentos de ADN que pueden moverse entre las células). Estos son moléculas de ADN que se multiplican y se mueven a diferentes posiciones en el interior de los genes de la célula.[65] Antiguamente llamados «genes saltarines», son ejemplos de elementos genéticos móviles y podrían ser el origen de algunos virus. Los transposones fueron descubiertos en 1950 por Barbara McClintock a partir de sus estudios en maíz.[66]
• Hipótesis del virus primero (también llamada «hipótesis virocetrica», «hipótesis de la coevolución»): los virus podrían haber aparecido antes que las células en la Tierra formándose a partir de complejas moléculas de proteínas y ácidos nucleicos, y habrían sido dependientes de la vida celular durante muchos millones de años. En la actualidad existen otros seres biológicos similares a los virus que pueden representar estados evolutivos intermedios. Por una parte, los viroides; son moléculas de ARN que no se clasifican como virus porque carecen de envoltura proteica. Se les llama también agentes subvíricos.[67] Los viroides son importantes patógenos de las plantas.[68] No codifican proteínas, pero interactúan con la célula huésped y la utilizan para multiplicarse y producir sus proteínas.[69] El virus de la hepatitis D de los humanos tiene un genoma de ARN similar al de los viroides, pero su envoltorio proteico deriva del virus de la hepatitis B y no puede producir uno propio. Por lo tanto, es un virus defectuoso que no puede multiplicarse sin la ayuda del virus de la hepatitis B.[70] Se aprovecha, por así decirlo, de otro tipo de virus. Es similar el caso de los virus satélite,[71] los cuales infectan a células que están ya parasitadas por otro virus, el cual se convierte en su "ayudante" (helper). Un ejemplo es el virófago sputnik, dependiente del mimivirus (un virus muy grande), el cual infecta al protozoo Acanthamoeba castellanii.[72] Los plásmidos compuestos por moléculas de ADN circular son entidades acelulares similares a los virus que se replican y evolucionan, pero a diferencia de los virus y los otros agentes mencionados que son patógenos, los plásmidos no son infecciosos y no forman parte del genoma del huésped. Se replican independientemente del genoma y se transmiten entre huéspedes. Los plásmidos están presentes en las bacterias, arqueas y levaduras y pueden hacer que las bacterias se vuelvan resistentes a los antibióticos o que se vuelvan patógenas.[73]

Ninguna de estas hipótesis se consideraba plenamente aceptada, por ejemplo la hipótesis de la reducción no explicaba por qué los virus no se parecen en nada a los parásitos celulares, la hipótesis del escape no explica el origen de las cápsides y las envolturas víricas y la hipótesis del virus primero no explica por qué los virus dependen de un huésped celular para su replicación. Un factor que impide identificar a los antepasados virales es la transferencia horizontal de genes, porque los virus y los organismos celulares pudieron intercambiar genes durante la evolución.[74][75] Según las investigaciones científicas la hipótesis más plausible para el origen de los virus es un híbrido entre la hipótesis del virus primero y el escape.[76]

Hay un debate candente desde hace décadas sobre si los virus constituyen una forma de vida[77] o son solo elementos genéticos móviles que interactúan con los seres vivos.[78] Dentro de la comunidad científica, aunque no existe un consenso científico absoluto, se tiende a no considerar a los virus como estructuras biológicas vivas.[79] Algunos autores se refieren a ellos como «organismos al límite de la vida».[80] Por una parte se asemejan a los organismos vivos: como ellos, tienen genes, se multiplican, tienen una estructura compleja y evolucionan por selección natural.[81] Sin embargo, existen contrargumentos severos, los virus al carecer de una célula no pueden cumplir las funciones vitales que definen la vida como, metabolismo, homeostasis, irritabilidad, desarrollo, reproducción, adaptación y autopoiesis. En contraste con las células compuestas de membranas celulares, cromosomas, ribosomas y orgánulos, los virus son entidades simples compuestas de un tipo de ácido nucleico (ARN o ADN) y proteínas y con un estado inerte.[82]

Los virus aparecen de forma súbita y en gran cantidad dentro de las células, lo cual es análogo al crecimiento autónomo de los cristales y además cuando ingresan a la célula se desintegran totalmente que se dividen en ácidos nucleicos y proteínas que comenzaran a ser pasados por el proceso de sintetización molecular del huésped (replicación). Una excepción a esto podrían ser los bacteriófagos de cola que inyectan sus ácidos nucleicos y proteínas con su cola a través de la membrana celular para que estos sean sintetizado por el huésped.[83] Por ello los virus se replican, pues los ácidos nucleicos virales son replicados en parte por las polimerasas, ribosomas y ARN mensajero del huésped. Esta etapa se ha descrito como la "fábrica de viriones" porque se refiere a que los virus son fabricados por la maquinaria celular. Los virus se multiplican y evolucionan solamente en las células, sin ellas son materia orgánica inanimada. Algunos autores han argumentado que la "fábrica de viriones" es el estado vivo del virus, pero esto no puede tomarse en serio porque las fábricas de viriones pueden ser comparadas con las maquinarias de las fábricas industriales o con el proceso de multiplicación de sistemas químicos no biológicos, que no se consideran vivos.[82]

Para muchos científicos los virus se asemejan más a los elementos genéticos móviles como los plásmidos o transposones o a los agentes subvirales menos complejos: viroides y priones no considerados seres vivos. Los virus también contribuyen a la transferencia genética horizontal mediante la transducción del material genético por lo que junto con los plásmidos y transposones son los únicos medios de transferencia genética horizontal. También partículas idénticas a los virus pero sin genoma, se han descubierto como órganulos en las bacterias y arqueas, como los microcompartimientos bacterianos y los nanocompartimientos de encapsulina, que desempeñan funciones metabólicas y nutricionales.[84]

Por esta razón muchos autores prefieren comparar a los virus y agentes subvirales con los elementos genéticos móviles en lugar de con las células. Según este punto de vista los virus y los agentes subvirales también serían elementos genéticos móviles y se han dividido a los elementos genéticos móviles en: elementos genéticos con cápsides (virus) y sin cápsides (los restantes).[84] Algunos biólogos consideran que los virus realizan dos funciones biológicas: regular la población de especies problemáticas para la naturaleza y transferir genes entre diversos organismos.[82] Además todos los virus no son infectivos por lo que solo contribuyen a la transferencia genética horizontal. Estos virus no infectivos fueron encontrados principalmente en los hongos, protistas, bacterias y arqueas.[85]

En general decidir si los virus están vivos o no depende de la definición filosófica que se quiera dar de vida. Por ejemplo si se usa la teoría celular como definición deben excluirse de dicho conjunto. Si usa otra definición de vida como "todo aquel sistema capaz de replicarse" si podrían considerarse seres vivos junto con otras formas comparables como los plásmidos,[75][86] no obstante, esta definición es controversial y no tiene mayor reconocimiento. Puesto que esta es una definición de vida muy simple a menudo descrita como puramente informática.[82]

Como último argumento todos los seres vivos son clasificados en un árbol filogenético llamado "árbol de la vida" el cual se construye principalmente usando el ARN ribosómico, pero el hecho es que los virus no poseen ribosomas. Además los virus no cumplían los requisitos necesarios para poder ubicarlos de una manera fiable en el árbol de la vida: por ejemplo a todos les falta un ácido nucleico, no tienen registro fósil, no existe ni un gen compartido entre la mayoría de los grupos virales, ya que son de nueva síntesis, la mayoría de sus genes se mezclan con las de los organismos celulares y como último las partículas virales no tienen un ancestro en común por tanto son un conjunto polifilético es decir tienen varios orígenes.[82]

El ácido nucleico en los virus contiene la información específica y el potencial para modificar operaciones en la célula infectada.[87] Los ácidos nucleicos son macromoléculas constituidas por cadenas de nucleótidos, los cuales a su vez están constituidos por una base nitrogenada asociada a un azúcar del grupo de las pentosas y a uno o más grupos de fosfatos. Existen cuatro posibles tipos de ácido nucleico viral:[88] ADN de cadena sencilla, ADN de cadena doble, ARN de cadena sencilla y ARN de cadena doble. Virus que contienen cualquiera de estos tipos de ácido nucleico pueden ser encontrados tanto entre los fagos como entre los virus que infectan a plantas o animales.[89]

El ADN de algunos bacteriófagos se caracteriza por contener bases raras que substituyen alguna o algunas de las bases normalmente presentes en el ADN.[89] El ADN de cadena doble presente en algunos virus, se caracteriza por tener segmentos de cadena sencilla en ambos extremos de la molécula debido a que las secuencias de nucleótidos presentes en ambos extremos son complementarias. El ADN naturalmente circular puede ser de cadena sencilla como en el fago ØXI74,[89] o de cadena doble, como en el virus SV4O. Existe evidencia de que algunos virus ARN que producen infecciones en vegetales como el limonero y la papa contienen moléculas circulares de ARN.

En los últimos diez años se han desarrollado una variedad de técnicas y métodos que permiten determinar la secuencia de nucleótidos en cualquier tipo de ácido nucleico. La primera secuencia completa de un ARN viral fue determinada en el fago MS2 por el grupo de Walter Fiers en 1976.[89] En 1977, Fred Sanger y colaboradores publicaron la secuencia completa del genoma del fago ØXl74,[89] constituido por ADN de cadena sencilla. Posteriormente muchos otros genomas virales de mayor tamaño y complejidad han sido secuenciados en parte o en su totalidad.

Diagrama de cómo se puede construir una cápside vírica a partir de múltiples copias de solo dos moléculas proteicas.

Los virus presentan una amplia diversidad de morfologías, es decir, de formas y tamaños. Son unas 100 veces más pequeños que las bacterias. La mayoría de los virus estudiados tienen un diámetro de entre 10 y 300 nanómetros. Algunos Filovirus tienen un tamaño total de hasta 1400 nm, sin embargo, solo miden unos 80 nm de diámetro.[90] La mayoría de virus no pueden ser observados con un microscopio óptico, de manera que se utilizan microscopios electrónicos de barrido y de transmisión para visualizar partículas víricas.[91] Para aumentar el contraste entre los virus y el trasfondo se utilizan tinciones densas en electrones. Son soluciones de sales de metales pesados como el wolframio, que dispersan electrones en las regiones cubiertas por la tinción. Cuando las partículas víricas están cubiertas por la tinción (tinción positiva), oscurecen los detalles finos. La tinción negativa evita este problema, tiñendo únicamente el trasfondo.[92]

Retroviridae.	Myoviridae.	Cystoviridae.
Virgaviridae.	Lipothrixviridae.	Inoviridae.
Ampullaviridae.	Fuselloviridae.	Spiraviridae.
Nimaviridae.	Barnaviridae.	Pithoviridae.
Rhabdoviridae.	Ascoviridae.	Clavaviridae.
Reoviridae.	Alphasatellitidae.	Adenoviridae.
Baculoviridae.	Poxviridae.	Endornaviridae.
Parvoviridae.	Tombusviridae.	Rudiviridae.

Una partícula vírica completa, conocida como virión, consiste en un ácido nucleico rodeado por una capa de protección proteica llamada cápside. Las cápsides están compuestas de subunidades proteicas idénticas llamadas capsómeros.[93] Algunos virus tienen un «envoltorio lipídico» derivado de la membrana celular del huésped (virus con envoltorio), mientras que otros carecen de ella (virus desnudos). La cápside está formada por proteínas codificadas por el genoma vírico, y su forma es la base de la distinción morfológica.[94][95] Las subunidades proteicas codificadas por los virus se autoensamblan para formar una cápside, generalmente necesitando la presencia del genoma viral. Sin embargo, los virus complejos codifican proteínas que contribuyen a la construcción de su cápside. Las proteínas asociadas con los ácidos nucleicos son conocidas como nucleoproteínas, y la asociación de proteínas de la cápside vírica con ácidos nucleicos víricos recibe el nombre de nucleocápside.[96][97] En general, hay cuatro tipos principales de morfología vírica:

Diagrama de la estructura del virus del mosaico del tabaco: el ARN viral está enrollado en la hélice formada por subunidades proteicas repetidas.

Helicoidal

Las cápsides helicoidales se componen de un único tipo de capsómero apilado alrededor de un eje central para formar una estructura helicoidal que puede tener una cavidad central o un tubo hueco. Esta formación produce viriones en forma de barra o de hilo, que pueden ser cortos y muy rígidos o largos y muy flexibles. El material genético, normalmente ARN monocatenario, pero a veces ADN monocatenario, queda unido a la hélice proteica por interacciones entre el ácido nucleico con carga negativa y la carga positiva de las proteínas. En general, la longitud de una cápside helicoidal está en relación con la longitud del ácido nucleico que contiene, y el diámetro depende del tamaño y la distribución de los capsómeros. El conocido virus del mosaico del tabaco es un ejemplo de virus helicoidal.[98]

Cápside icosaédrica del adenovirus 01.

Icosaédrica

La mayoría de virus que infectan los animales son icosaédricos o casi-esféricos con simetría icosaédrica. Un icosaedro regular es la mejor manera de formar una carcasa cerrada a partir de subunidades idénticas. El número mínimo requerido de capsómeros idénticos es doce, cada uno compuesto de cinco subunidades idénticas. Muchos virus, como los rotavirus, tienen más de doce capsómeros y parecen esféricos, manteniendo esta simetría. Los ápices de los capsómeros están rodeados por otros cinco capsómeros y reciben el nombre de pentones. Las caras triangulares de estos también se componen de otros seis capsómeros y reciben el nombre de hexones.[99]

El virus del Herpes tiene una envoltura lipídica.

Con envoltura

Algunas especies de virus tienen una envoltura, que es una forma modificada de una de las membranas celulares, ya sea la membrana externa que rodea una célula huésped infectada o bien membranas internas como la membrana nuclear o el retículo endoplasmático, consiguiendo así una bicapa lipídica exterior conocida como envoltura víricae. Esta membrana se rellena de proteínas codificadas por el genoma vírico y el del huésped, y la membrana lipídica en sí y todos los carbohidratos presentes son codificados completamente por el huésped. El virus de la gripe y el VIH utilizan esta estrategia. La mayoría de los virus que afectan a los animales poseen envoltorio y dependen de él para infectar.[100]

Complejos

Los virus tienen una cápside que no es ni puramente helicoidal, ni puramente icosaédrica, y que puede poseer estructuras adicionales como colas proteicas o una pared exterior compleja. Algunos bacteriófagos (como el Fago T4) tienen una estructura compleja que consiste en un cuerpo icosaédrico unido a una cola helicoidal (esta cola actúa como una jeringa molecular, atacando e inyectando el genoma del virus a la célula huésped),[101] que puede tener una base hexagonal con fibras caudales proteicas que sobresalgan.

Los poxvirus son virus grandes y complejos con una morfología inusual. El genoma vírico está asociado con proteínas dentro de una estructura discal central conocida como nucleoide. El nucleoide está rodeado por una membrana y dos cuerpos laterales de función desconocida. El virus tiene una envoltura exterior con una espesa capa de proteína en la superficie. La partícula en general es ligeramente pleomorfa, con una forma que puede ir de la de un huevo a la de un ladrillo.[102] El mimivirus es uno de los tipos de virus más grandes conocidos, con un diámetro en su cápside de 400 nm. De su superficie se proyectan filamentos proteicos de 100 nm. La cápside, vista al microscopio electrónico, tiene una forma hexagonal, de manera que probablemente es icosaédrica.[103]

Algunos virus que infectan a las arqueas tienen estructuras inusuales, que no están relacionadas con ningún otro virus conocido. De igual manera, algunos bacteriófagos pueden tener diferentes estructuras en cuanto a su cola, con formas algo raras con respecto a otros virus.[104]

Los virus con cápsides icosaedricas son estructuralmente similares a los microcompartimientos bacterianos y los nanocompartimientos de encapsulina, un conjunto de orgánulos proteicos encontrados en las bacterias y arqueas, que desempeñan funciones metabólicas y nutricionales.[105]

Se puede ver una enorme variedad de estructuras genómicas entre las especies de virus que, como grupo, contienen una diversidad genómica superior a la de los reinos de las plantas, los animales o las bacterias. Hay millones de diferentes tipos de virus;[9] y únicamente alrededor de 5000 de ellos han sido descritos detalladamente.[8] Los virus tienen un genoma compuesto de ADN o bien de ARN, y reciben respectivamente los nombres de «virus ADN» y «virus ARN». La gran mayoría de virus utilizan el ARN. Los virus de las plantas tienden a tener ARN monocatenario y los bacteriófagos tienden a tener ADN bicatenario.[106]

Los genomas víricos pueden ser circulares, como los polyomaviridae o lineales, como los adenoviridae. El tipo de ácido nucleico es irrelevante para la forma del genoma. En los virus ARN, el genoma a menudo está dividido en partes separadas dentro del virión, y se le califica de «segmentado». Cada segmento suele codificar una proteína y los segmentos suelen estar reunidos en una cápside. No es necesario que cada segmento se encuentre en el mismo virión porque el virus en general es infeccioso, como lo demuestra el Brome mosaic virus.[90]

Poco importa el tipo de ácido nucleico, un genoma vírico puede ser o bien monocatenario o bicatenario. Los genomas monocatenarios consisten en un ácido nucleico no emparejado, similar a una de las mitades de una escalera de mano cortada a lo largo por la mitad. Los virus bicatenarios consisten en dos ácidos nucleicos emparejados y complementarios, similares a una escalera de mano entera. Algunos virus, como los Hepadnaviridae, contienen un genoma que es parcialmente bicatenario y parcialmente monocatenario.[106]

Bacteriófagos de la familia Cystoviridae infectando dos bacterias.

Micrografía mostrando viriones de hepatitis B.

Virófago infectando al Mamavirus.

Bacteriófagos de los Caudovirales infectando una bacteria.

Bacteriófago perteneciente al orden de los Caudoviricetes.

Parvovirus, cada virión mide 20-30 nm. Este virus es perteneciente al virus ADN monocatenario.

Micrografía electrónica de un rotavirus. La barra mide 100 nm.

Virus del Nilo Occidental perteneciente al orden Flaviviridae.

Micrografía del virus de la inmunodeficiencia humana.

Micrografía hecha del virus de Ébola.

En los virus ARN o los virus ADN monocatenarios, las cadenas pueden ser o bien positivas (cadenas plus) o negativas (cadenas minus), dependiendo de si son complementarias en el ARN mensajero (ARNm) vírico. El ARN viral positivo es idéntico al ARNm viral y por tanto puede ser traducido inmediatamente por la célula huésped. El ARN viral negativo es complementario del ARNm y por tanto debe ser convertido en ARN positivo por una ARN polimerasa antes de ser traducido. La nomenclatura del ADN es similar a la del ARN, en cuanto a la «cadena codificadora» del ARNm vírico que le es complementaria (–), y la «cadena no codificadora» que es una copia (+).[106]

El tamaño del genoma varía mucho entre especies. Los genomas víricos más pequeños solo codifican cuatro proteínas y pesan unos 10⁶ daltons; los más grandes pesan unos 10⁸ daltons y codifican más de un centenar de proteínas.[106] Los virus ARN suelen tener genomas más pequeños que los virus ADN debido a una tasa de error más alta a la hora de replicarse, y tienen un límite superior de tamaño. Por encima de este límite, los errores en la replicación del genoma hacen que el virus sea inofensivo o incluso, incompetente. Para compensar esto, los virus ARN a menudo inician un proceso de segmentación en el que el genoma es separado en moléculas más pequeñas, reduciendo así las posibilidades de error. En cambio, los virus ADN tienen genomas mayores gracias a la elevada fidelidad de sus enzimas de replicación.[107]

Los virus sufren cambios genéticos por diversos mecanismos. Entre estos se incluye un proceso llamado deriva genética en el que las bases individuales del ADN o el ARN mutan en otras bases. La mayoría de estas mutaciones puntuales son imperceptibles, pues la proteína que codifica el gen no cambia, pero aun así, pueden conferir ventajas evolutivas como resistencia a los medicamentos antivíricos.[108] El cambio antigénico se produce cuando hay un cambio significativo en el genoma del virus. Esto ocurre como resultado de una recombinación genética. Cuando esto se produce en los virus de la gripe pueden ocurrir pandemias.[109] Los virus ARN suelen existir como quasiespecies o en enjambres de virus de la misma especie, pero con secuencias de nucleósidos del genoma ligeramente diferentes. Estos grupos son un objetivo destacado por la selección natural.[110]

Los genomas segmentados ofrecen ventajas evolutivas; diferentes cepas de un virus con el genoma segmentado pueden intercambiar y combinar genes, produciendo virus progenénicos (o descendientes) con características únicas. Esto recibe el nombre de «sexo vírico».[111]

La recombinación genética es el proceso por el cual una cadena de ADN se rompe y luego se une al extremo de una molécula de ADN diferente. Esto se puede producir cuando diferentes virus infectan las mismas células al mismo tiempo, y estudios de la evolución de los virus han demostrado que la recombinación tiene un papel muy importante en las especies estudiadas.[112] La recombinación es común en los virus ARN y ADN.[113][114]

Ciclo replicativo de los virus.

Representación esquemática del proceso de replicación de un flevovirus.

• La adhesión o adsorción es una unión específica entre proteínas de la cápside vírica y receptores específicos de la superficie celular del huésped, pero algunos bacteriófagos también son capaces de adherirse a los flagelos, vellosidades (pili) o cápsulas presentes en la superficie de la bacteria hospedante. Para que esto suceda la bacteria debe contener el factor sexual "F" o ciertas colicinas (factores de resistencia contra agentes antimicrobianos). Los bacteriófagos filamentosos con ADN de cadena sencilla se adhieren a las puntas de estos pili mientras que los bacteriófagos esféricos de ARN se adhieren a los costados de estos. La especificidad de unión —proteína y cápside— se determina por la variedad de huéspedes de los virus. Por ejemplo, el VIH solo infecta linfocitos T humanos, pues su proteína de superficie, gp120, puede interactuar con la CD4 y con receptores de la superficie del linfocito T. Este mecanismo ha evolucionado para favorecer los virus que solo pueden infectar células en que se pueden replicar. La adhesión al receptor que puede inducir cambios en la proteína de la envoltura viral que resultan en la fusión de las membranas viral y celular.
• La penetración sigue a la adhesión;[n. 3] los virus se introducen en la célula huésped mediante endocitosis mediada por receptores (también llamado viropexis) o por fusión de membrana. Esto recibe a menudo el nombre de penetración vírica. La infección de las células vegetales es diferente a la de las células animales. Las plantas tienen una pared celular rígida hecha de celulosa y los virus solo pueden entrar en las células cuando se produce un trauma en la pared celular.[115] Los virus como el virus del mosaico del tabaco también pueden moverse directamente a las plantas, entre células, a través de poros llamados plasmodesmos.[116] Las bacterias, como las de las plantas, tienen una fuerte pared celular que los virus tienen que romper para infectar la célula. Algunos virus han evolucionado mecanismos para inyectar su genoma a la célula bacteriana mientras la cápside viral permanece en el exterior.[117]
• El despojo es el proceso en que la cápside vírica es degradada por enzimas virales o del huésped, liberando así el ácido nucleico y las proteínas del genoma vírico los cuales comenzaran a replicarse.
• La replicación implica la síntesis de ARN mensajero (ARNm) vírico en todos los virus con rasgos de ARN positivos, la síntesis de proteínas víricas, el ensamblaje de proteínas víricas y la replicación del genoma viral. El proceso de replicación es esencial para mantener la estabilidad de la información genética contenida en el ADN. Esta replicación utiliza enzimas idénticas a las involucradas en la replicación del ADN celular y una característica común es la presencia de estructuras circulares temporales por lo menos en algunas de dicho proceso.
• Tras el ensamblaje de partículas víricas, a menudo se produce una modificación postraduccional de las proteínas víricas. En virus como el VIH, esta modificación (a veces llamada «maduración»), se produce después de que el virus haya sido liberado de la célula huésped.[118] El ensamblaje puede producir nuevas partículas virales. Los virus pueden autoensamblarse en un proceso similar a la cristalización, ya que las partículas virales, al igual que los cristales, constituyen estructuras que se encuentran en un estado mínimo de energía libre. Sin embargo, el genoma viral también puede especificar ciertos factores "morfogenéticos" que no contribuyen directamente a formar la estructura del virión, pero son necesarios para el proceso de ensamblaje. El fenómeno de autoensamblaje ocurre en la formación de diversas estructuras biológicas.
• Los virus son liberados de la célula huésped por lisis, un proceso que mata a la célula reventando su membrana. Los virus envueltos (como el VIH) son liberados de la célula huésped por gemación. Durante este proceso, el virus adquiere su envoltura, que es una parte modificada de la membrana plasmática del huésped.

La variedad de efectos estructurales y bioquímicos de los virus sobre las células huésped es grande.[119] Reciben el nombre de «efectos citopáticos».[120] La mayoría de infecciones víricas acaban provocando la muerte de la célula huésped, entre cuyas causas están la lisis de la célula, las alteraciones de la membrana superficial de la célula y la apoptosis.[121] A menudo, la muerte de la célula es causada por el paro de sus actividades normales debido a la supresión por proteínas específicas del virus, que no son todas componentes de la partícula vírica.[122]

Algunos virus no causan cambios aparentes en la célula infectada. Las células en que los virus está latente e inactivo presentan pocos signos de infección y a menudo funcionan normalmente.[123] Esto causa infecciones persistentes y el virus a menudo permanece durmiente durante muchos meses o años. Este suele ser el caso del herpes simple.[124][125] Algunos virus, como el virus de Epstein-Barr, a menudo hacen proliferar las células sin causar malignidad,[126] pero otros, como los papilomavirus, son una causa demostrada de cáncer.[127]

El Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) desarrolló el sistema de clasificación actual y escribió pautas que dan más importancia a ciertas propiedades de los virus para mantener la uniformidad familiar. Un sistema universal para clasificar los virus y una taxonomía unificada han sido establecidos desde 1966. El 7.º Informe del ICTV formalizó por primera vez el concepto de especie vírica como el taxón más bajo de una jerarquía ramificada de taxones de virus.[n. 4][130] Sin embargo, actualmente solo se ha estudiado una pequeña parte de toda la diversidad de los virus; y análisis de muestras obtenidas de humanos revelan que aproximadamente un 20 % de secuencias víricas recuperadas no han sido observadas anteriormente. Muestras del ambiente, como los sedimentos marinos y oceánicos, revelan que la gran mayoría de secuencias son completamente nuevas.[131]

La estructura general de la taxonomía es la siguiente:

Dominio (-viria)

Reino (-virae)

Filo (-viricota)

Subfilo (-viricotina)

Clase (-viricetes)

Orden (-virales)

Suborden (-virineae)

Familia (-viridae)

Subfamilia (-virinae)

Género (-virus)

Especie (-virus)

Nótese que, a diferencia de otros comités de taxonomía, el ICTV recomienda escribir todos los taxones en cursiva.[132] La taxonomía actual del ICTV (2020) reconoce 5 dominios o superreinos (Riboviria, Duplodnaviria, Varidnaviria, Monodnaviria y Adnaviria) y 10 reinos entre ellos se destacan el reino Orthornavirae que incluye la mayoría de virus de ARN y el reino Pararnavirae que contiene los virus retrotranscritos, estos últimos incluidos en el dominio Riboviria. Los demás reinos y dominios (salvo Ribozyviria) contienen únicamente virus de ADN. Además sobran alrededor de 17 familias que todavía no han sido asignadas.[133]

El comité no distingue formalmente entre subespecies, cepas y aislamientos. En 2021, ya se contaba con un total de 6 dominios, 10 reinos, 17 filos, 2 subfilos, 39 clases, 65 órdenes, 8 subórdenes, 233 familias, 168 subfamilias, 2606 géneros y 10434 especies.[134][135]

Esquema de la clasificación Baltimore de los virus. Los distintos grupos se caracterizan por la forma en la se obtiene el ARNm en función del genoma del virus.

David Baltimore, biólogo ganador del Premio Nobel, diseñó el sistema de clasificación que lleva su nombre.[44][136] El sistema de clasificación del ICTV se utiliza en combinación con el sistema de clasificación de Baltimore en la clasificación moderna de los virus.[137][138][139]

La clasificación de Baltimore de los virus se basa en el mecanismo de producción de ARNm. Los virus deben generar ARNm de su genoma para producir proteínas y replicarse, pero cada familia de virus utiliza mecanismos diferentes. El genoma de los virus puede ser monocatenario (ss) o bicatenario (ds), de ARN o ADN, y pueden utilizar o no la transcriptasa inversa. Además, los virus ARN monocatenarios pueden ser o positivos (+) o negativos (–). Esta clasificación reparte los virus en siete grupos:

• I: Virus ADN bicatenario (p. ej., adenovirus, herpesvirus, poxvirus)

• II: Virus ADN monocatenario (p. ej., parvovirus)

• III: Virus ARN bicatenario (p. ej., reovirus)

• IV: Virus ARN monocatenario positivo (p. ej., picornavirus, togavirus)

• V: Virus ARN monocatenario negativo (p. ej., Ortomixovirus, rabdovirus)

• VI: Virus ARN monocatenario retrotranscrito (p. ej., retrovirus)

• VII: Virus ADN bicatenario retrotranscrito (p. ej., Hepadnaviridae)

Como ejemplo de la clasificación vírica, el virus de la varicela, varicela zoster (VZV), pertenece al orden de los herpesvirales, la familia de los Herpesviridae, la subfamilia de los Alphaherpesvirinae y el género Varicellovirus. El VZV se encuentra en el grupo I de la clasificación de Baltimore porque es un virus ADN bicatenario que no utiliza la transcriptasa inversa.

El material genético y el método por el cual los virus se replican varían entre los diferentes tipos:

La replicación del genoma de la mayoría de virus ADN se produce en el núcleo de la célula. Si la célula tiene el receptor adecuado a la superficie, estos virus entran por fusión con la membrana celular o por endocitosis. La mayoría de virus ADN son completamente dependientes de la maquinaria de síntesis de ADN y ARN de la célula hospedadora y su maquinaria de procesamiento de ARN. El genoma vírico debe atravesar la envoltura nuclear de la célula para acceder a esta maquinaria.[140][141][142][143]

Virus ADN bicatenario

Este tipo de virus tiene su material genético compuesto por ADN de doble cadena y se replica usando una ADN polimerasa,[141] que es dependiente del ADN y no del ARN. Este tipo de virus, por lo general, debe entrar en el núcleo de la célula hospedadora antes de que sea capaz de replicarse. Además, estos virus requieren de las polimerasas de la célula hospedadora para replicar el genoma viral y, por lo tanto, son altamente dependientes del ciclo celular.[142] Para que pueda realizarse la infección y la producción de progenie del virus se requiere que la célula esté en la fase de replicación, que es cuando las polimerasas de la célula están activas. El virus puede forzar a la célula a realizar la división celular y de forma crónica esto puede conducir a la transformación de la célula y, en última instancia, producir cáncer.[144][145][143]

Virus ADN monocatenario

Este tipo de virus posee en su material genético ADN de cadena sencilla y se replica usando una ADN polimerasa dependiente del ADN —al igual que el virus ADN bicatenario—.[145] A diferencias de los virus ADN bicatenarios, estos poseen un ADN infectante monocatenario (de cadena simple), es decir, formado por una única cadena de nucleótidos, en lugar de la habitual doble hélice. Para que exista la replicación en este virus, es necesario que el ADN de cadena simple se convierta en ADN de cadena doble en las células infectadas.[142]

Los virus ARN son únicos porque su información genética está codificada en ARN; esto quiere decir que usan el ácido ribonucleico (ARN) como material genético, o bien que en su proceso de replicación necesita el ARN. La replicación se suele producir en el citoplasma. Los virus ARN se pueden clasificar en unos cuatro grupos según su modo de replicación. La polaridad del ARN (si puede ser utilizado directamente o no para producir proteínas) determina en gran medida el mecanismo de replicación, y si el material genético es monocatenario o bicatenario. Los virus ARN utilizan su propia ARN polimerasa dependiente de ARN para crear copias de su genoma.[146]

Virus ARN bicatenario

Los de virus ARN bicatenario son virus que poseen ARN de cadena doble en su genoma y no se replican usando ADN intermediario. Como la mayoría de los virus ARN, se replican en el citoplasma y no dependen de las polimerasas de las células huésped como lo hacen los virus ADN, pues incluyen estas enzimas en el virión.[145] La traducción suele ser monocistrónica, lo que significa que cada uno de los segmentos codifica una sola proteína, a diferencia de otros virus que exhiben una traducción más compleja. Una característica particular de estos es su capacidad para llevar a cabo la transcripción de los segmentos de ARN bicatenarios bajo las condiciones apropiadas dentro de la cápside.

Virus ARN monocatenario positivo

Los virus ARN monocatenarios positivos tienen ácido ribonucleico (ARN) de cadena sencilla de sentido positivo como material genético y no se replican usando ADN intermedio. Los virus ARN positivos son idénticos al ARNm y por lo tanto pueden ser inmediatamente traducidos por la célula huésped. Aunque el ARN purificado de un virus positivo puede causar directamente una infección, es menos infeccioso que el virus completo. La replicación tiene lugar principalmente en el citoplasma y no es tan dependiente del ciclo celular como en los virus ADN. Los virus ARN de sentido positivo tienen genomas con la misma polaridad del ARNm y pueden ser empleados directamente para la síntesis de proteínas usando la maquinaria de traducción de la célula huésped. Una de estas proteínas codificadas es la ARN replicasa, una ARN polimerasa que copia el ARN viral sin necesidad de pasar por una cadena de ADN intermedia.[145]

Virus ARN monocatenario negativo

Este virus tiene ácido ribonucleico (ARN) de cadena sencilla de sentido negativo como material genético y no se replica usando ADN intermedio.[145] El ARN viral negativo es complementario del ARNm y por lo tanto debe convertirse en ARN positivo por una ARN polimerasa antes de la traducción. El ARN purificado de un virus negativo no es por sí mismo infeccioso, puesto que necesita ser traducido en ARN positivo. Los virus ARN de sentido negativo utilizan una ARN polimerasa o transcriptasa para formar ARN de sentido positivo. Esto significa que el virus debe aportar la enzima ARN polimerasa, puesto que esta es dependiente del ARN. La molécula ARN de sentido positivo entonces actúa como un ARNm viral, que se traduce en proteínas por los ribosomas del hospedero. Las proteína resultante se dedica directamente a la producción de los elementos de los nuevos viriones, tales como las proteínas de la cápside y la ARN replicasa, que se encarga de la producción de nuevas moléculas de ARN de sentido negativo.

El virus retrotranscrito puede tener dos tipos de genoma:

Virus ARN monocatenario retrotranscrito

Un virus ARN monocatenario retrotranscrito (o virus ssRNA-RT) es un virus con ARN de cadena sencilla en su genoma que se replica en la célula hospedadora mediante transcripción inversa, es decir, mediante la formación de ADN a partir del molde ARN.[145] Estos virus usan transcriptasa inversa codificada viralmente, es decir, una ADN polimerasa dependiente del ARN, para producir ADN a partir del genoma ARN viral. Este ADN a menudo se integra en el genoma del huésped, como en el caso de los retrovirus y pseudovirus, donde es replicado y transcrito por el huésped.

Virus ADN bicatenario retrotranscrito

Los virus de transcripción inversa se replican mediante la transcripción inversa, que es la formación de ADN a partir de una plantilla de ARN.[145] Los virus de transcripción inversa que contienen un genoma de ARN utilizan un intermedio de ADN para replicarse, mientras que los que contienen un genoma de ADN utilizan un intermedio de ARN durante la replicación del genoma.

Existe una organización no oficial, con un sentido didáctico, de los principales virus, virus satélite, viroides, virusoides y priones, distribuidos y presentados al estilo de la tabla periódica de los elementos. Esta clasificación organiza estas partículas infecciosas en función de la clasificación de Baltimore y atendiendo a la familia, según el ICTV, a la que pertenezca cada virus.[147]

Los virus infectan todo tipo de vida celular y, aunque los virus existen en todo el mundo, cada especie celular tiene un grupo de virus específico, que a menudo solo infectan esta especie.[148]

Los virus son importantes patógenos del ganado. Enfermedades como la fiebre aftosa y la lengua azul son causadas por virus.[149] Los animales de compañía (como perros, gatos y caballos), si no se les vacuna, son susceptibles a infecciones víricas graves. El parvovirus canino es causado por un pequeño virus ADN y las infecciones a menudo son fatales en los cachorros.[150] Como todos los invertebrados, la abeja de la miel es susceptible a muchas infecciones víricas.[151] Afortunadamente, la mayoría de virus coexisten de manera inofensiva con su huésped y no causan signos o síntomas de enfermedad.[152]

Hay muchos tipos de virus de las plantas o fitovirus, pero a menudo solo causan una pérdida de producción, y no es económicamente viable intentar controlarlos. Los virus de las plantas a menudo son transmitidos de una planta a otra por organismos conocidos como vectores. Normalmente son insectos, pero también se ha demostrado que algunos hongos, nemátodos y organismos unicelulares son vectores. Cuando se considera económico el control de infecciones por fitovirus (en los frutos perennes, por ejemplo), los esfuerzos se concentran en matar a los vectores y eliminar huéspedes alternativos como malas hierbas.[153][154]

Las plantas tienen mecanismos de defensa elaborados y eficientes contra los virus. Uno de los más eficientes es la presencia de los llamados genes de resistencia (R). Cada gen R confiere resistencia a un virus determinado desencadenando zonas localizadas de muerte celular alrededor de la célula infectada, que se pueden ver a simple vista en forma de manchas grandes. Esto detiene la expansión de la infección.[155] La interferencia del ARN también es una defensa efectiva en las plantas. Cuando están infectadas, las plantas a menudo producen desinfectantes naturales que matan los virus, como el ácido salicílico, el óxido nítrico y moléculas reactivas de oxígeno.[156]

Los efectos de las infecciones por micovirus pueden variar de ventajosas a perjudiciales, pero la mayoría de los micovirus son asintomáticos o crípticos. En consecuencia, los síntomas solo pueden aparecer cuando ciertas condiciones del sistema virus-hongo cambian y se desequilibran. Esto podría ser externo (ambiental) así como interno (citoplasmático). Todavía no se sabe por qué algunas combinaciones de micovirus y hongos suelen ser perjudiciales, mientras que otras son asintomáticas o incluso beneficiosas. Se desconoce si el transporte viral es un proceso activo o pasivo, generalmente se supone que los virus fúngicos avanzan por flujo de plasma. Es posible que los micovirus simplemente no necesiten una ruta externa de infección, ya que tienen muchos medios de transmisión y propagación debido al estilo de vida de su huésped fúngico como la plasmogamia e intercambio citoplasmático durante largos períodos de tiempo, producción de grandes cantidades de esporas asexuales, pasar el invierno a través de esclerocios y transmisión más o menos efectiva en esporas sexuales.[157]

Los virus protistas pueden infectar a diversos organismos eucariotas primitivos como algas, protozoos, mohos mucilaginosos y pseudohongos. Se desconoce mucho las características de los virus protistas, pero pueden transmitirse por esporas, difusión pasiva, reproducción y fagocitosis de partículas virales. Los virus protistas pueden jugar un papel importante en el control de la proliferación de algas y la población de protozoos, incluyendo protozoos parásitos. Los protistas se destacan por albergar los virus más grandes conocidos que infectan principalmente amebas y mohos mucilaginosos.[158]

Los bacteriófagos son un grupo extremadamente común y diverso de virus. Por ejemplo, los bacteriófagos son la forma más común de entidad biológica en los medios acuáticos; en los océanos hay hasta diez veces más de estos virus que de bacterias,[159] alcanzando niveles de 250 millones de bacteriófagos por milímetro cúbico de agua marina.[160] Estos virus infectan bacterias específicas uniéndose a moléculas receptoras de superficie y entrando en la célula. En un periodo corto de tiempo (en algunos casos en unos minutos), las polimerasas bacterianas empiezan a traducir ARN vírico en proteína. Estas proteínas se convierten en nuevos viriones dentro de la célula, proteínas colaboradoras que ayudan a parecerse nuevos viriones, o proteínas implicadas en la lisis celular. Las enzimas víricas colaboran en la destrucción de la membrana celular y, en el caso del fago T4, un poco más de veinte minutos después de la inyección ya se pueden liberar más de 300 fagos.[161]

El mecanismo principal por el que las bacterias se defienden de los bacteriófagos es produciendo enzimas que destruyen el ADN ajeno. Estas enzimas, llamadas endonucleases de restricción, fragmentan el ADN vírico que los bacteriófagos introducen en las células bacterianas.[162] Las bacterias también tienen un sistema que utiliza secuencias CRISPR para retener fragmentos del genoma de virus que se han encontrado en el pasado, lo que les permite impedir la replicación del virus mediante una forma de interferencia del ARN.[163][164] Este sistema genético proporciona a las bacterias una inmunidad adquirida a las infecciones.

Algunos virus se replican dentro de las arqueas. Esto incluye virus con formas ya conocidas en las bacterias y eucariotas y otros con una variedad de formas inusuales, como botellas, barras con un gancho o incluso lágrimas que no parecen tener relación evolutiva con otros virus, estos últimos han sido descritos en mayor detalle en los termófilos, en particular los órdenes Sulfolobales y Thermoproteales.[10][104] La defensa contra estos virus pueden incluir la interferencia del ARN de secuencias de secuencias repetidas de ADN del genoma arqueobacterial que están relacionadas con los genes de los virus.[165][166]

Algunos virus pueden infectar a dos tipos de huéspedes distintos por cruzado como las familias Reoviridae y Rhabdoviridae; animales, plantas, hongos y protistas pasando por el ser humano y organismos unicelulares como los protozoos. Muchos virus asociados a huéspedes distintos son virus de hongos que a la vez se encuentran asociados con plantas como Alphaflexiviridae, Betaflexiviridae, Tymoviridae y Amalgaviridae, o protistas como Totiviridae, Narnaviridae y Mitoviridae. Los caudovirus (Caudoviricetes) o los famosos bacteriófagos de cola no solo infectan a las bacterias, sino también a arqueas y por lo tanto infectan huéspedes distintos por cruzado que serían células procariotas en contraposición con los anteriores que infectarían células eucariotas.

A pesar de que los virus sean dependientes de las células para su supervivencia, existen virus que dependen de otros virus para su existencia, denominados virus satélite que no pueden replicarse sin ayuda de un virus auxiliar y son más pequeños que los virus comunes. Los virus satélite generalmente necesitan un virus auxiliar del cual requeriran en parte la maquinaria replicativa (polimerasas y otras enzimas) del virus huésped, generalmente no son dañinos para sus virus auxiliares. Sin embargo algunos como los virófagos sin pueden ser parásitos o infectivos al inhibir su replicación, secuestrar totalmente su maquinaria replicativa, causarles malformación en su desarrollo y suprimir su número de viriones. Aunque los virus satélite se repliquen en un huésped viral, no pueden comenzar a hacerlo hasta que su virus auxiliar haya infectado a la célula huésped. Se cree que se podrían insertar en los genomas virales a modo de transposones víricos.[167][168]

Los virus satélite también pueden defender a las células huéspedes de sus virus, por ejemplo los alfasatélites y tolecusatélites pueden controlar a sus virus auxiliares reduciéndoles la virulencia y la infectividad cuando tomen su maquinaria replicativa.[169] Por otra parte, los virófagos se replican secuestrando los aparatos de replicación de los virus auxiliares, suprimiendo así el número de viriones producidos por los virus auxiliares, aumentando la probabilidad de supervivencia del huésped. Algunos virófagos pueden endogenizarse, y esta endogeneización puede considerarse una forma de inmunidad adaptativa para el huésped contra la infección por sus virus.[170]

La epidemiología viral es la rama de la ciencia médica que estudia la transmisión y el control de infecciones víricas en los humanos. La transmisión de virus puede ser vertical (de madre a hijo) u horizontal (de una persona a otra). Ejemplos de transmisión vertical incluyen el virus de la hepatitis B o el VIH, en que el bebé ya nace infectado con el virus.[188] Otro ejemplo más raro es el virus de la varicela zóster. Normalmente causa infecciones relativamente leves en los humanos, pero puede resultar fatal para los fetos y los bebés recién nacidos.[189] La transmisión horizontal es el mecanismo de contagio de virus más extendido. La transmisión puede ser por intercambio de sangre o por el cambio de fluidos en la actividad sexual (p. ej., VIH, hepatitis B y hepatitis C), por la boca por el intercambio de saliva (p. ej., virus de Epstein-Barr), por alimentos o agua contaminados (p. ej., norovirus), por la respiración de virus en forma de aerosol (p. ej., virus de la gripe) o por insectos vectores como los mosquitos (ej., dengue). La tasa y la velocidad de la transmisión de infecciones víricas dependen de factores como la densidad de población, el número de individuos susceptibles (los que no son inmunes),[190] la calidad del sistema sanitario y el tiempo.[191]

La epidemiología se utiliza para romper la cadena de infecciones en poblaciones durante brotes de enfermedades víricas.[192] Se utilizan medidas de control basándose en el conocimiento del modo de transmisión del virus. Una vez identificado el virus, a veces se puede romper la cadena de infecciones por medio de vacunas. Cuando no se puede contar con vacunas, pueden resultar eficientes el saneamiento y la desinfección. A menudo se aísla a las personas infectadas del resto de la comunidad, y los que han estado expuestos al virus son puestos en cuarentena.[193] Para controlar el brote de fiebre aftosa en bovinos británicos en 2001, se sacrificaron miles de cabezas de ganado.[194] La mayoría de infecciones víricas de los humanos y otros animales tienen un periodo de "incubación" durante el cual la infección no causa ningún signo o síntoma.[195] Los períodos de incubación de las enfermedades víricas van desde unos días hasta semanas, pero son conocidos en el caso de muchas infecciones.[196] Tras el periodo de incubación hay un «periodo de comunicabilidad», un tiempo durante el cual el individuo o animal infectado es contagioso y puede infectar otra persona o animal.[197] Este periodo también es conocido en muchas infecciones, y el conocimiento de la longitud de ambos periodos es importante en el control de brotes.[198] Cuando un brote causa una proporción inusualmente elevada de infecciones en una población, comunidad o región, se le llama epidemia. Si un brote se extiende en todo el mundo se le llama pandemia.[199]

Reconstrucción del tenebroso virus de la pandemia de gripe de 1918 que llegó a matar a cerca del 5 % de la población humana entre 1918 y 1919. Es considerada la más grave pandemia en toda la historia de la humanidad.

Las poblaciones amerindias fueron devastadas por enfermedades contagiosas, especialmente la viruela, llevada a América por los colonos europeos. Es incierto el número de nativos americanos muertos por enfermedades extranjeras después de la llegada de Colón a América, pero se ha estimado que fue el 70 % de la población indígena. Los estragos causados por esta enfermedad contribuyeron significativamente a los intentos de los europeos de ahuyentar o conquistar la población nativa.[200] [201] [202] [203] [204] [205] [206] Una pandemia es una epidemia global. La pandemia de gripe de 1918, fue una pandemia de gripe de categoría 5 provocada por un virus de la gripe A inusualmente grave y mortal. Las víctimas a menudo eran adultos jóvenes sanos, en contraste con la mayoría de brotes de gripe, que afectan predominantemente pacientes jóvenes, ancianos o débiles.[207] La pandemia de gripe española duró de 1918 a 1919. Las estimaciones más antiguas dicen que mató entre 40 y 50 millones de personas,[208] mientras que las más recientes sugieren que podría haber muerto hasta 100 millones de personas, o un 5 % de la población mundial en 1918.[209]

La mayoría de investigadores creen que el VIH se originó en el África subsahariana durante el siglo XX;[210] y actualmente es una pandemia, con un número estimado de 38,6 millones de enfermos en todo el mundo.[211] El Programa Conjunto de las Naciones Unidas sobre el VIH/SIDA (UNAIDS) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) estiman que el sida ha matado a más de 25 millones de personas desde que fue reconocida por primera vez el 5 de junio de 1981, siendo una de las epidemias más destructivas de la historia.[212] En 2007 hubo 2,7 millones de infecciones con VIH y dos muertes relacionadas con este virus.[213]

Algunos patógenos víricos muy letales son miembros de la familia de los Filoviridae. Los Filovirus son virus similares a filamentos que causan la fiebre hemorrágica vírica, e incluyen el Ébola y los virus de Marburg. El virus de Marburg atrajo la atención de la prensa en abril de 2005 por un brote en Angola. El brote, que comenzó en 2004 y se extendió en 2005, fue la peor epidemia del mundo de cualquier tipo de fiebre hemorrágica vírica.[214]

En 2009, surgió en México, una pandemia de Influenzavirus A (H1N1);[215] conocido como Virus H1N1/09 Pandémico.[216] El origen de la infección es una variante de la cepa H1N1, con material genético proveniente de una cepa aviaria, dos cepas porcinas y una humana que sufrió una mutación y dio un salto entre especies (o heterocontagio) de los cerdos a los humanos, y contagiándose de persona a persona.[217] La pandemia fue clasificada, según la OMS, de Nivel 6. Aproximadamente, murieron 14.286 en todo el mundo a causa de esta enfermedad.[218]

Los virus son una causa establecida de cáncer en los humanos y otras especies. Los cánceres virales son extremadamente raros y solo ocurren de unas cuantas personas (o animales). Los virus que producen cáncer pueden provenir de muchas familias, tanto de virus ADN como de virus ARN, y no únicamente del oncovirus (un término obsoleto para referirse a los retrovirus). El desarrollo del cáncer puede deberse a gran cantidad de factores como la debilidad inmunitaria del huésped y mutaciones en este.[219][220] Los virus más importantes asociados con cánceres humanos son el papilomavirus humano, el virus de la hepatitis B, el virus de la hepatitis C, el virus de Epstein-Barr, y el virus T-linfotrópico humano. El más reciente descubrimiento de un virus que causa cáncer es el poliomavirus (Merkel cell polyomavirus) que es la causa de un raro cáncer de piel denominado carcinoma de células de Merkel.[221]

Los virus de la hepatitis pueden causar una infección crónica que provoca cáncer de hígado.[222][223] La infección con virus T-linfotrópico humano puede causar paraparesia espástica tropical y leucemia de linfocitos T del adulto.[224] Los papilomavirus humanos son una causa establecida de cáncer de cérvix, piel, ano y pene.[225] Dentro de los Herpesviridae, el human herpesvirus 8 causa sarcoma de Kaposi y linfoma de las cavidades corporales, y el virus de Epstein-Barr causa linfoma de Burkitt, enfermedad de Hodgkin, trastorno linfoproliferativo de los linfocitos B y carcinoma nasofaríngeo.[226] El Merkel cell poliomavirus está estrechamente relacionado con el SV40 y con los poliomavirus del ratón que han sido usados como modelos de animales para los virus del cáncer desde hace 50 años.[227]

La primera línea de defensa del organismo contra los virus es el sistema inmunitario innato. Este incluye las células y otros mecanismos que defienden al organismo de la infección de una forma no específica. Esto significa que las células del sistema innato reconocen y responden a los agentes patógenos de una manera genérica, pero, a diferencia del sistema inmune adaptativo, no confieren protección de larga duración o inmunidad.[228]

El ARN interferente es una importante defensa innata contra los virus.[229] Muchos virus tienen una estrategia de replicación que implica ARN bicatenario (dsRNA). Cuando tales virus infectan a una célula y liberan su molécula o moléculas de ARN, inmediatamente una proteína compleja denominada dicer se une al ARN y lo corta en pedazos más pequeños. Una vía bioquímica denominada complejo RISC se activa y degrada el ARNm viral. Los rotavirus evitan este mecanismo no desnudándose completamente dentro de la célula. El dsRNA genómico continúa protegido en el interior del núcleo del virión y se liberan los nuevos ARNm producidos a través de los poros de la cápside.[230][231]

Dos rotavirus; el de la derecha está recubierto por anticuerpos que impiden la adhesión a la célula huésped.

Cuando el sistema inmunitario adaptativo de un vertebrado encuentra un virus, produce anticuerpos específicos que se unen al virus y lo hacen no infeccioso, lo que se denomina inmunidad humoral. Dos tipos de anticuerpos son importantes. El primero se denomina IgM y es altamente eficaz para neutralizar los virus, pero solo es producido por las células del sistema inmune durante unas pocas semanas. El segundo, denominado IgG, se produce indefinidamente. La presencia de IgM en la sangre del huésped se utiliza para determinar una infección aguda, mientras que el IgG indica una infección en el pasado.[232] Los dos tipos de anticuerpos se analizan cuando se llevan a cabo las pruebas de inmunidad.[233]

Una segunda línea de defensa de los vertebrados frente a los virus se denomina inmunidad celular y consiste en las células inmunitarias conocidas como linfocitos T. Las células del organismo constantemente muestran cortos fragmentos de sus proteínas en la superficie celular. Si un linfocito T reconoce en una célula un fragmento sospechoso de ser viral, destruye dicha célula y a continuación se produce una proliferación de los linfocitos T específicos para ese virus. Los macrófagos son las células especialistas en la presentación antigénica.[234][235] La producción de interferón es un importante mecanismo que interviene también en la defensa, donde destaca la activación de proteínas dependientes de ARN de doble cadena, como la Proteína cinasa R.[236][237]

No todas las infecciones por virus producen de esta manera una respuesta inmune protectora. El VIH evade al sistema inmunológico por el cambio constante de la secuencia de aminoácidos de las proteínas en la superficie del virión. Estos persistentes virus eluden el control mediante el secuestro y bloqueo de la presentación antigénica, resistencia a las citoquinas, evasión a las actividades de los linfocitos T, inactivación de la apoptosis, y el cambio antigénico.[238] Otros virus, denominados "virus neurotróficos", se propagan en el sistema neural, donde el sistema inmunológico puede ser incapaz de llegar a ellos.

Dado que los virus utilizan la maquinaria de una célula huésped para reproducirse y residen en el interior, son difíciles de eliminar sin matar a la célula huésped. Los enfoques médicos más eficientes para enfrentarse a las enfermedades víricas conocidos hasta ahora son las vacunas, que ofrecen resistencia a la infección, y los antivirales.

La vacunación es una forma barata y eficaz para la prevención de las infecciones causadas por los virus. Se han utilizado vacunas para prevenir enfermedades virales desde mucho antes del descubrimiento de los virus. Su uso ha dado lugar a una dramática disminución de la morbilidad (enfermedad) y mortalidad (muerte) asociada a infecciones virales como poliomielitis, sarampión, paperas y rubéola.[239] La viruela ha sido erradicada.[240] En la actualidad se dispone de vacunas para prevenir más de trece infecciones virales en los seres humanos,[241] y algunas más se utilizan para prevenir infecciones virales en animales.[242] El proceso de vacunación se basa en la idea de que se puede lograr inmunidad específica contra una enfermedad,[243] en particular si se provoca esta en condiciones controladas de manera que el individuo no padece los síntomas asociados con dicha enfermedad y el sistema inmune reacciona produciendo un arsenal de anticuerpos y células inmunes con capacidad para destruir o neutralizar cualquiera otra invasión por parte del mismo agente infeccioso, como los linfocitos T; que son los responsables de coordinar la respuesta inmune celular.[244]

Las vacunas pueden consistir en virus vivos atenuados o en virus muertos, o en solo las proteínas virales (antígenos).[245] Las vacunas vivas contienen formas debilitadas del virus que causa la enfermedad. Las vacunas vivas pueden ser peligrosas cuando se administran a las personas inmunodeficientes, puesto que en estas personas incluso el virus debilitado puede causar la enfermedad original.[246] Sin embargo, la vacuna contra el virus de la fiebre amarilla, obtenida de una cepa atenuada denominada 17D, es posiblemente una de las vacunas más seguras y eficaces fabricadas.

Se utilizan la biotecnología y las técnicas de ingeniería genética para producir vacunas a partir de subunidades de los virus. Estas vacunas usan solo la cápside de proteínas del virus. La vacuna de la hepatitis B es un ejemplo de este tipo de vacuna.[247] Las vacunas de subunidades son seguras para pacientes inmunodeficientes, ya que no pueden causar la enfermedad.[248]

El fármaco antiviral zidovudina (AZT), análogo de la timidina.

El primer fármaco que se presentó como agente antiviral verdaderamente selectivo y con éxito fue el aciclovir;[249] que fue utilizado como tratamiento profiláctico del herpes genital y cutáneo, y también en el tratamiento de las lesiones causadas por el Herpes zoster.[250] Durante los últimos veinte años, el desarrollo de fármacos antivirales continuó aumentando rápidamente, impulsado por la epidemia del sida. Los medicamentos antivirales son a menudo análogos de nucleósidos (falsos nucleósidos, los bloques de construcción de los ácidos nucleicos) que los virus incorporan a sus genomas durante la replicación. El ciclo de vida del virus entonces se detiene debido a que las nuevas cadenas de ADN sintetizadas son defectuosas. Esto se debe a que los análogos carecen de los grupos hidroxilos que, junto a los átomos de fósforo, forman los enlaces de la fuerte «columna vertebral» de la molécula de ADN. A esto se le denomina interrupción de la cadena de ADN.[251] Ejemplos de análogos de nucleósidos son el aciclovir para tratar el virus del herpes y lamivudina para las infecciones de VIH y hepatitis B. Aciclovir es uno de los fármacos antivirales más antiguos y frecuentemente prescritos.[252]

Guanosina.

El fármaco antiviral aciclovir, análogo de la guanosina.

La hepatitis C es causada por un virus ARN. En el 80 % de las personas infectadas, la enfermedad es crónica y sin tratamiento continúan siendo infecciosas para el resto de sus vidas. Sin embargo, ahora existe un tratamiento efectivo con el fármaco ribavirina, un análogo de nucleósido, en combinación con interferón.[253] Actualmente se está desarrollando una estrategia similar con lamivudina para el tratamiento de los portadores crónicos de hepatitis B.[254] Otros fármacos antivirales en uso tienen como objetivo diferentes etapas del ciclo replicativo viral. El VIH depende de una enzima proteolítica denominada proteasa VIH-1 para ser plenamente infeccioso. Existe una clase de medicamentos denominados inhibidores de la proteasa que han sido diseñados para inactivar esta enzima.

El sida, provocado por el VIH, tiene un tratamiento antiviral con la zidovudina (azidotimidina o AZT). La zidovudina es un potente inhibidor de la transcriptasa inversa (RT), enzima esencial en el proceso de replicación del VIH. Sin embargo, sus efectos no son duraderos y en algunos casos, estos son inútiles, puesto que el VIH es un retrovirus y su genoma de ARN debe ser transcrito por la RT para convertirlo en una molécula de ADN que constituye el provirus. La zidovudina no tiene ningún efecto sobre el provirus, ya que solo inhibe su formación mas no la expresión de esta en las células huéspedes. Por otra parte, el uso duradero de zidovudina podría provocar una mutación del VIH, haciendo resistente al virus a este tratamiento.

Los virus son importantes para el estudio de la biología molecular y celular, pues son sistemas sencillos que se pueden utilizar para manipular e investigar el funcionamiento de las células.[255] El estudio y el uso de los virus ha ofrecido información valiosa sobre aspectos de la biología celular.[256] Por ejemplo, los virus han resultado útiles en el estudio de la genética y han contribuido a comprender los mecanismos básicos de la genética molecular, como la replicación del ADN, la transcripción, la maduración del ARN, la traducción, el transporte de proteínas y la inmunología.

Los genetistas a menudo utilizan virus como vectores para introducir genes en células que están estudiando. Esto es útil para hacer que la célula produzca una sustancia ajena, o para estudiar el efecto de la introducción de un nuevo gen en el genoma. A este proceso se le denomina transducción. De manera similar, la viroterapia utiliza virus como vectores para tratar diversas enfermedades, pues pueden dirigirse específicamente a células y al ADN. Tiene un uso prometedor en el tratamiento del cáncer y en la terapia génica. Científicos del este de Europa han utilizado la terapia fágica como alternativa a los antibióticos desde hace un tiempo, y el interés por este enfoque está creciendo debido al alto nivel de resistencia a los antibióticos observado actualmente en algunas bacterias patógenas.[257]

Las tendencias actuales en nanotecnología prometen hacer un uso mucho más versátil de los virus. Desde el punto de vista de un científico de materiales, los virus pueden ser considerados nanopartículas orgánicas. Su superficie porta herramientas específicas diseñadas para cruzar las barreras de la célula huésped. El tamaño y la forma de los virus, así como el número y la naturaleza de los grupos funcionales de su superficie, están definidos con precisión. Por tanto, los virus son utilizados habitualmente en ciencia de materiales como carcasas de modificaciones de superficie unidas de forma covalente. Una cualidad particular de los virus es que pueden ser diseñados por evolución dirigida. Las técnicas potentes desarrolladas por las ciencias de la vida están siendo la base de enfoques de ingeniería hacia los nanomateriales, abriendo una gran variedad de usos mucho más allá de la biología y la medicina.[258]

Debido a su tamaño, forma y estructuras químicas bien definidas, los virus han sido utilizados como moldes para organizar materiales a nanoescala. Entre los ejemplos recientes está el trabajo realizado en el Naval Research Laboratory de Washington D. C., utilizando partículas del Cowpea mosaic virus (CPMV) para amplificar señales en sensores basados en chips de ADN. En este uso, las partículas víricas separan las tinciones fluorescentes utilizadas con el fin de evitar la formación de dímeros no fluorescentes que actúen como extintores.[259] Otro ejemplo es el uso del CPMV como nanoplaca de pruebas para moléculas electrónicas.[260]

La capacidad de los virus de causar epidemias devastadoras en las sociedades humanas ha llevado a la preocupación de que se puedan convertir en armas biológicas. Esta preocupación aumentó después de que se consiguiera recrear el virus de la gripe española en un laboratorio.[261] El virus de la viruela devastó numerosas sociedades a lo largo de la historia antes de ser erradicado. Actualmente solo existe en varios laboratorios seguros en diversos lugares del mundo,[262] pero los temores de que pueda ser utilizado como arma no están totalmente infundados;[262] la vacuna de la viruela no es segura —durante los años anteriores a la erradicación de la viruela cayó más gente gravemente enferma como resultado de la vacunación que por la propia viruela—[263] y la vacunación para la viruela ya no se practica.[264] Por este motivo gran parte de la población humana actual casi no tiene resistencia a la viruela.[262]