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¿Pueden los virus que normalmente infectan células eucariotas también infectar bacterias?

¿Pueden los virus que normalmente infectan células eucariotas también infectar bacterias?


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¿Pueden los virus estándar infectar bacterias? No estoy hablando de bacteriófagos, sino de virus típicos de ADN y ARN como la influenza y el Ébola.


No estoy tan seguro de mi respuesta. Pero creo que "bacteriófago" es un nombre polifilético del cual se definió por la capacidad de infectar bacterias, pero no se definió por las relaciones genéticas, evolutivas o morfológicas.

Parece que si una especie (o un taxón en un nivel taxonómico superior) de virus es infeccioso para las bacterias, se clasificará como miembro del bacteriófago.

Aquí hay un artículo de revisión sobre la clasificación de fagos.


La palabra infectar es una encapsulación de varias actividades: transcripción, traducción, entrada viral, gemación, lisis, etc. Cuando pregunta si un virus eucariota (influenza, ébola) puede infectar una célula procaritoica (bacteria), pregunta si estos virus pueden haz las mismas actividades. La respuesta es no.

  • La traducción está mediada por ribosomas, que son diferentes en procariotas / eucariotas.
  • La transcripción está mediada por la ARN polimerasa viral que puede estar contenida en el ácido nucleico viral. Esto es posible, pero inútil sin la traducción del ARNm.
  • La entrada viral está mediada por características de la superficie celular y sería incompatible con la entrada viral eucariota en las células prokaytoicas y viceversa.
  • La gemación viral está mediada por proteínas virales insertadas en la membrana celular. Esto está prohibido ya que un virus eucariota no puede ingresar a una célula procariota / traducir sus proteínas.
  • La lisis está mediada por la acumulación excesiva de partículas virales dentro de una célula. Esto también está prohibido por una incompatibilidad de la superficie celular eucariota / procariota, maquinaria de traducción.

10.2: Tamaño y formas de los virus

  • Contribuido por Gary Kaiser
  • Profesor (Microbiología) en Community College of Baltimore Country (Cantonsville)

Los virus suelen ser mucho más pequeños que las bacterias y la gran mayoría son submicroscópicos. Si bien la mayoría de los virus varían en tamaño de 5 a 300 nanómetros (nm), en los últimos años se han identificado varios virus gigantes, incluidos Mimivirus y Pandoravirus con un diámetro de 0,4 micrómetros (& micrómetros). Para comparar el tamaño de un virus, una bacteria y una célula humana, desplácese hacia abajo para ver qué tan grande es. en el recurso Tamaño de celda y escala en la página web de la Universidad de Utah (consulte la Figura ( PageIndex <1> ) A, la Figura ( PageIndex <1> ) B y la Figura ( PageIndex <1> ) C),


Los biólogos descubren cómo los virus secuestran la maquinaria celular

Los biólogos de la Universidad de California en San Diego han documentado por primera vez cómo los virus de gran tamaño reprograman la maquinaria celular de las bacterias durante la infección para parecerse más a una célula animal o humana, un proceso que permite a estos invasores extraterrestres engañar a las células para que produzcan cientos de nuevos virus. que eventualmente explotan y matan las células que infectan.

En un artículo publicado en la edición del 13 de enero de Ciencias, los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos que les permitieron ver en detalle lo que sucede dentro de las células bacterianas a medida que se replican los virus invasores.

"Los científicos han estado estudiando virus durante cien años, pero nunca antes habíamos visto algo así", dijo Joe Pogliano, profesor de biología molecular que encabezó el equipo de investigación. "Cada experimento produjo algo nuevo y emocionante sobre este sistema".

Los virus que infectan a las bacterias, también conocidos como bacteriófagos, son algunas de las entidades más numerosas de la tierra.

"Elegimos estudiar una familia de bacteriófagos inusualmente grande y aplicar métodos de vanguardia para observar su replicación con un detalle sin precedentes", dijo Kit Pogliano, profesor de biología molecular que participó en el estudio.

Joe Pogliano y sus colegas descubrieron que poco después de que los bacteriófagos infectan a las bacterias, destruyen gran parte de la arquitectura existente de las células bacterianas, incluido el ADN bacteriano, y luego secuestran la maquinaria celular restante. Luego, los virus reorganizan toda la célula en una fábrica centralizada y eficiente para producir la próxima generación de virus.

"Esta fábrica y la disposición circundante de la célula infectada son notablemente similares a la organización que se observa en las células vegetales y animales", dijo Pogliano.

Las bacterias carecen de muchas de las estructuras especializadas que compartimentan los procesos celulares en las células vegetales o animales, que los biólogos llaman células "eucariotas". Las bacterias, por ejemplo, carecen de un núcleo cerrado, que contiene información genética y actúa como el centro de control de la célula.

Pero Vorrapon Chaikeeratisak, un becario postdoctoral, y Katrina Nguyen, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Pogliano, encontraron que los virus invasores organizan las estructuras dentro de las bacterias para imitar las que se encuentran en las células eucariotas.

Usando microscopía fluorescente, los dos biólogos descubrieron que a medida que los virus se replican dentro de las células bacterianas, construyen compartimentos para separar los diferentes procesos que ocurren durante la infección.

"Estos compartimentos encierran todo el ADN viral, tal como lo hace un núcleo en una planta o una célula de mamífero", dijo Chaikeeratisak, el primer autor del artículo. "Los procesos de ADN, como la replicación o la transcripción, ocurren dentro del compartimento mientras que las proteínas se producen fuera del compartimento".

Elizabeth Villa, profesora de química y bioquímica en UC San Diego, y David Agard, profesor de bioquímica y biofísica en UC San Francisco, utilizaron una técnica especializada, llamada "tomografía crioelectrónica", para producir imágenes de los procesos que Chaikeeratisak y Nguyen inicialmente descubierto con un aumento extremadamente alto.

Esas imágenes mostraron que la descendencia viral se ensambla alrededor del compartimento similar a un núcleo en la bacteria. Con el tiempo, estos nuevos virus revientan la célula y se propagan para infectar las células vecinas.

"Estas observaciones de la manipulación viral de una célula son completamente inesperadas, ya que no se ha visto que ningún virus bacteriano reorganice una célula de una manera tan drástica", dijo Pogliano. "La reestructuración de una célula simple para que se parezca a un sistema existente más complicado difumina la línea entre las células bacterianas simples y las de organismos 'superiores', como plantas y animales".

¿Podría ser así como evolucionaron los organismos multicelulares? Una teoría existente, llamada "eucariogénesis viral", sugiere que la primera célula eucariota se creó cuando un virus grande se apoderó de una bacteria. Finalmente, la bacteria y el virus formaron una célula compuesta, en la que el virus evolucionó hacia el núcleo.

"Puede que sea demasiado pronto para saber si este virus en particular es un paso intermedio en la transición de bacterias y virus a eucariotas multicelulares, pero este descubrimiento podría ampliar el conocimiento sobre los orígenes de la vida tal como la conocemos", dijo Pogliano.


Mitocondrias: un objetivo para las bacterias

Las células eucariotas desarrollaron estrategias para detectar y erradicar infecciones. El sistema inmunológico innato, que es la primera línea de defensa contra los patógenos invasores, se basa en el reconocimiento de patrones moleculares conservados entre los patógenos. El patrón molecular asociado al patógeno que se une al receptor de reconocimiento de patrones desencadena la activación de varias vías de señalización que conducen al establecimiento de un estado proinflamatorio requerido para controlar la infección. Además, los patógenos evolucionaron para subvertir esas respuestas (con estrategias pasivas y activas) permitiendo su entrada y persistencia en las células y tejidos del huésped. De hecho, varias bacterias manipulan activamente el sistema inmunológico o interfieren con el destino de las células para su propio beneficio. Uno puede imaginar que los efectores bacterianos potencialmente pueden manipular cada orgánulo en la célula. Sin embargo, las múltiples funciones que cumplen las mitocondrias, especialmente su participación en la regulación de la respuesta inmune innata, hacen que las mitocondrias sean un objetivo de elección para los patógenos bacterianos, ya que no solo son un componente clave del metabolismo central a través de la producción de ATP y la síntesis de varias biomoléculas, sino que también también participan en la señalización celular a través de la producción de ROS y el control de la homeostasis del calcio, así como el control de la supervivencia celular / muerte celular programada. Además, considerando que las mitocondrias derivan de una endosimbiosis bacteriana ancestral, no es sorprendente que exista una conexión especial entre este orgánulo y las bacterias. En esta revisión, discutiremos diferentes funciones mitocondriales que se ven afectadas durante la infección bacteriana, así como diferentes estrategias desarrolladas por patógenos bacterianos para subvertir funciones relacionadas con la homeostasis del calcio, el mantenimiento del estado redox y la morfología mitocondrial.

Palabras clave: Bacterias Calcio Inmunidad Metabolismo Mitocondrias mtROS.


Biología celular y molecular del virus simio 40: implicaciones para las infecciones y enfermedades humanas

El virus Simian 40 (SV40), un poliomavirus de origen macaco rhesus, se descubrió en 1960 como un contaminante de las vacunas contra la polio que se distribuyeron a millones de personas desde 1955 hasta principios de 1963. El SV40 es un potente virus tumoral de ADN que induce tumores en roedores y transforma muchos tipos de células en cultivo, incluidas las de origen humano. Este virus ha sido un modelo de laboratorio preferido para estudios mecanicistas de procesos moleculares en células eucariotas y de transformación celular. La proteína de replicación viral, denominada antígeno T grande (T-ag), también es la oncoproteína viral. Existe un solo serotipo de SV40, pero existen múltiples cepas de virus que se distinguen por diferencias de nucleótidos en la región reguladora del genoma viral y en la parte del gen T-ag que codifica el extremo carboxilo de la proteína. Las infecciones naturales en monos por SV40 suelen ser benignas, pero pueden volverse patógenas en animales inmunodeprimidos y pueden infectarse múltiples tejidos. SV40 puede replicarse en ciertos tipos de células humanas y de simios. Se han detectado anticuerpos neutralizantes de SV40 en personas no expuestas a vacunas contra la poliomielitis contaminadas. Se ha identificado ADN de SV40 en algunos tejidos humanos normales, y hay informes acumulados de detección de ADN de SV40 y / o T-ag en una variedad de tumores humanos. Esta revisión presenta aspectos de la replicación y transformación celular por SV40 y considera sus implicaciones para las infecciones humanas y la patogénesis de la enfermedad por el virus. La evaluación crítica de los datos virológicos y epidemiológicos sugiere un papel causal probable de SV40 en ciertos cánceres humanos, pero se necesitan estudios adicionales para probar la etiología.


Microbiología unicelular

Los microbiólogos están preparados para adoptar la heterogeneidad mediante el uso de tecnologías unicelulares.

Los microbiólogos han dominado el arte de extraer biología significativa de estudios de poblaciones a granel cultivadas. Pero los estudios masivos pueden enmascarar fenotipos heterogéneos. Las poblaciones naturales de bacterias comprenden un espectro diverso de células individuales. Las poblaciones virales pueden formar enjambres de mutantes conocidos colectivamente como una cuasiespecie y las células eucariotas infectadas y colonizadas por estos microbios tampoco se igualan. Las tecnologías unicelulares tienen el potencial de arrojar luz sobre los fenotipos celulares individuales que sustentan procesos como la dinámica de la infección, la aparición de resistencia a los fármacos y la contribución de los fenotipos microbianos al metabolismo humano. Pero varios factores aún obstaculizan la adopción más amplia de estos métodos en la investigación microbiológica.

Los bacteriólogos han utilizado durante mucho tiempo las imágenes unicelulares para estudiar el crecimiento, la organización celular, la división celular, la infección y la biología de la biopelícula. Pero apenas estamos comenzando a darnos cuenta del potencial de los métodos ómicos de alto rendimiento para perfilar ADN, ARN, proteínas, metabolitos y otros analitos. Estos enfoques podrían proporcionar una comprensión mucho más granular de las interacciones huésped-patógeno y separar las interacciones de la comunidad con mayor detalle. Pero aún no han sido ampliamente aceptados por la comunidad de microbiología.

Una razón es que la citometría microbiana es un desafío para un laboratorio típico. El pequeño tamaño de las bacterias y los virus individuales significa que contienen mucho menos ADN, ARN y proteínas que las células eucariotas. El ARN bacteriano es inestable y no poliadenilado. Y los niveles bajos de ARN conducen a niveles bajos de proteínas traducidas, especialmente en comunidades bacterianas de crecimiento lento. Todo esto ha dado lugar a que sólo un puñado de publicaciones informan de la secuencia de ARN unicelular en bacterias (cultivadas).

Otro obstáculo para la secuenciación precisa del genoma microbiano unicelular es el alto contenido de GC, un factor para muchos virus y muchos clados de bacterias del suelo. El uso de secuenciación de lectura corta para estudiar virus lisogénicos (que a menudo se insertan en el ADN repetitivo del huésped) también es un desafío.

Hasta ahora, la comprensión de las funciones de las comunidades microbianas en el medio ambiente y en sus huéspedes se ha basado en gran medida en la metagenómica en masa. Encontrar especies raras y ensamblar sus genomas no es fácil usando la metagenómica porque la mayoría de los algoritmos colapsan la heterogeneidad presente en las poblaciones clonales. La capacidad de unir plásmidos y virus a sus genomas de la célula huésped sería de gran utilidad para comprender la transferencia horizontal de ADN y su papel en la aparición de nuevos fenotipos, como la resistencia a los antibióticos. Aquí es donde la genómica unicelular puede dar sus frutos.

En la genómica microbiana unicelular, la citometría de flujo separa las células y todo el genoma se extrae y amplifica antes de la secuenciación. A diferencia de la metagenómica, las secuencias del genoma se pueden comparar fácilmente con organismos cultivados y, por lo general, las lecturas de secuencias son de alta calidad. La genómica unicelular se adapta bien al ensamblaje del genoma individual y los plásmidos y los virus se pueden vincular correctamente a sus genomas de la célula huésped y, a través de los datos de citometría de flujo, a otras mediciones físicas, como el tamaño de la célula.

Pero la genómica unicelular es mucho más cara que la metagenómica convencional y requiere un citómetro de flujo, salas blancas y manipuladores de líquidos robóticos, con flujos de trabajo para minimizar la contaminación. La mayoría de los investigadores necesitan colaborar y utilizar instalaciones centralizadas, de las cuales solo hay unas pocas en todo el mundo. Las configuraciones de microfluidos eliminan algunos de estos obstáculos técnicos, pero deben diseñarse a medida y no permiten la medición de tantos parámetros celulares como sea posible utilizando la citometría de flujo de menor rendimiento.

Las aplicaciones de la genómica unicelular han incluido la identificación de linajes no cultivados que son importantes en procesos biogeoquímicos específicos, sus historias evolutivas, biogeografía, estructura de la población e interacciones físicas en el medio ambiente. Es importante destacar que, con la secuencia del genoma en la mano, podemos obtener información sobre cómo cultivar bacterias y arqueas que antes no se podían cultivar, lo que podría impulsar la investigación de laboratorio y la bioprospección de estas nuevas especies.

Los virólogos también están comenzando a aplicar técnicas unicelulares para identificar nuevos virus y comprender el papel de la heterogeneidad celular en la replicación e infección viral. Tradicionalmente, la clonación y sincronización de células se han utilizado para controlar la heterogeneidad al estudiar las interacciones virus-huésped. Pero el advenimiento de los métodos unicelulares significa que ahora es factible codificar una población de células con códigos de barras y determinar el estado, las decisiones y el destino de las células durante la infección viral. Hasta ahora, los resultados han incluido la identificación de presuntos biomarcadores de susceptibilidad a la infección por VIH a nivel unicelular. La adopción de enfoques unicelulares podría arrojar luz sobre la transición de una célula infectada de un estado hipersensible a un estado resistente, por ejemplo, y ayudar a identificar las características de aquellas células que mueren a causa de una infección viral o la sobreviven, proporcionando inventarios detallados de las diferencias celulares antes de que el virus intervenga e interrumpa las funciones celulares. Dichos sistemas también pueden resultar útiles para comprender los modelos virales de oncogénesis y para estudiar las infecciones víricas en los tipos de células primarias nativas más informativas.

Por tanto, las tecnologías unicelulares ofrecen una nueva y poderosa herramienta en microbiología. Tienen el potencial de delinear los primeros pasos en las infecciones bacterianas y virales que podrían ser el objetivo de la terapéutica, para dilucidar la estructura espacial de las comunidades, para identificar la aparición de rasgos patógenos y de resistencia a los antibióticos mediante el mapeo de la transferencia horizontal de genes entre los miembros de la comunidad, y para discernir las funciones metabólicas de especies raras en la microbiota humana.

Como dijo Louis Pasteur, "Dans les champs de l'observation le hasard ne favorise que les esprits préparés. " (“En los campos de la observación, el azar favorece solo a la mente preparada”). Los microbiólogos están trabajando constantemente para superar los desafíos técnicos de las tecnologías ómicas unicelulares. Esperamos presentar investigaciones que describan métodos transformadores y los conocimientos biológicos que permiten.


Orígenes controvertidos

Desde esas primeras publicaciones de Takemura y Bell, varios descubrimientos se han alineado bien con la idea de un origen viral para el núcleo. Se han descubierto ramas enteras del árbol genealógico de los virus gigantes, por ejemplo, ampliando nuestra comprensión de su evolución y, en particular, los genes esenciales que han intercambiado con sus anfitriones, los que han robado o, en algunos casos, tal vez les hayan dado. células.

Además, en 2017, los investigadores descubrieron un virus que construyó una fábrica viral dentro de un huésped bacteriano. Hasta entonces, las fábricas de virus parecían ser exclusivas de los virus que infectan a los eucariotas, por lo que encontrar una en un procariota reforzó la idea de que algo similar podría haber sucedido hace mucho tiempo para iniciar la formación de un núcleo.

En el caso de ese virus, “esta estructura similar a un núcleo no está basada en membranas”, dijo Takemura, lo que la distingue de muchas fábricas virales y núcleos eucariotas. Aún así, siente que este caso de un virus que construye un "compartimento" protector alrededor de su genoma dentro de las células procariotas "sugiere fuertemente que en [la] célula eucariota ancestral ... el mismo tipo de compartimentación por virus [podría haber] ocurrido".

Solo este año, los investigadores detectaron poros en las fábricas virales de coronavirus unidas a doble membrana, que recuerdan inquietantemente los poros que se encuentran en los núcleos de las células. "Si este resultado se mantiene, y asumiendo que la proteína formadora de poros no se derivó de un genoma eucariota, entonces se torna un argumento en contra del modelo del virus", escribió David A. Baum, biólogo evolutivo de la Universidad de Wisconsin. Madison, en un correo electrónico.

Aún así, Baum no compra la idea de que los virus tengan algo que ver con el origen del núcleo. Para él, la idea solo complica las cosas. "¿Qué problema en eucariogénesis requiere virus como solución?" el escribio.

Baum, junto con su primo, Buzz Baum, un biólogo celular del University College de Londres, ha propuesto una hipótesis diferente: que el núcleo es en realidad un remanente de la membrana externa de la arqueona ancestral. Esencialmente, piensan que una arqueona ancestral comenzó a llegar al mundo que la rodea y a asociarse con bacterias a través de estas ampollas exploratorias de membrana. Con el tiempo, las ampollas crecieron y crecieron, hasta que se fusionaron nuevamente, generando una nueva membrana externa y pliegues de la membrana interna que dieron lugar a otros compartimentos intracelulares. "Los parientes vivos más cercanos conocidos de los eucariotas tienen extensas protuberancias extracelulares" que interactúan con los procariotas, señaló David Baum, "muy sorprendentemente similar al modelo que propusimos".

En cuanto a la evidencia de que los virus dieron a los eucariotas algunas de sus proteínas nucleares más esenciales, su principal preocupación es que es muy difícil estar seguro de la direccionalidad. "Los virus son los mejores cleptómanos", dijo, por lo que constantemente toman genes de sus anfitriones. “Creo que debemos tener mucho cuidado al preguntarnos si encontramos similitudes entre virus y eucariotas. No sabemos si se lo dieron a los eucariotas o si los eucariotas se lo dieron a ellos ".

Purificación López-García, ecóloga microbiana de la Universidad Paris-Saclay y directora de investigación del Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia, tampoco está convencida de que los eucariotas dependan de lo que originalmente eran proteínas virales. "No hay ninguna evidencia de que exista una relación homóloga entre los virus y los núcleos celulares y eucariotas", dijo.

Sin embargo, López-García tampoco está de acuerdo con el modelo de ampollas de los Baum. Ella y sus colegas no creen que los eucariotas comenzaran con una arqueona que engulle bacterias que se convertirían en mitocondrias. En cambio, en su opinión, el arqueón ya vivía dentro de una bacteria más grande, el resultado de un evento endosimbiótico anterior. “Entonces, en nuestro modelo, el núcleo se derivaría de esta arqueona y el citoplasma se derivaría de una bacteria”, y este dúo incluyó las futuras mitocondrias, explicó.

Pero Takemura dice que estas otras hipótesis son erróneas, porque en el mejor de los casos "solo explican el fenómeno de que surgió el núcleo"; carecen de la lógica evolutiva de por qué el genoma estaba encerrado y por qué se excluyeron las partes productoras de proteínas. Eso también es un punto de fricción para Bell: no ve cómo ninguna de las otras hipótesis explica la separación de la transcripción y la traducción.

El origen viral tiene más sentido y tiene la evidencia más sólida, dijo Forterre. "No creo que sean realmente serios", dijo sobre las teorías opuestas. "Yo diría que los virus juegan un papel importante en esta historia".


En los virus gigantes antiguos se encuentra la verdad detrás de la evolución del núcleo en las células eucariotas

Quizás desde la historia de la investigación y la filosofía, la gente ha intentado descubrir cómo surgió la vida en la tierra. En las últimas décadas, con un avance exponencial en los campos de la genómica, la biología molecular y la virología, varios científicos en esta búsqueda se han dedicado a investigar los giros y vueltas evolutivas que han dado lugar a las células eucariotas, el tipo de célula que forma la mayoría formas de vida hoy.

Las teorías más aceptadas que han surgido establecen que la célula eucariota es el producto evolutivo de la evolución intracelular de las células protoeucariotas, que fueron las primeras células complejas, y las relaciones simbióticas entre las células protoeucariotas y otros organismos unicelulares y más simples como bacterias y arqueas. Pero según el profesor Masaharu Takemura de la Universidad de Ciencias de Tokio, Japón, "estas hipótesis explican y explican la fuerza impulsora y las presiones evolutivas. Pero no logran describir el proceso preciso que subyace a la evolución del núcleo eucariota".

El profesor Takemura cita esto como su motivación detrás de su reciente artículo publicado en Fronteras en microbiología, donde indaga en las teorías recientes que, además de su propio cuerpo de investigación, han construido su hipótesis actual sobre el tema.

En cierto modo, la hipótesis del profesor Takemura tiene sus raíces en 2001 cuando, junto con PJ Bell, hizo la revolucionaria propuesta de que los virus de ADN de gran tamaño, como el poxvirus, tenían algo que ver con el surgimiento del núcleo de las células eucariotas. El profesor Takemura explica además las razones de su investigación sobre el núcleo de la célula eucariota como tal: "Aunque la estructura, función y diversas funciones biológicas del núcleo celular se han investigado intensamente, el origen evolutivo del núcleo celular, un hito de evolución eucariota, sigue sin estar clara ".

El origen del núcleo eucariota debe ser un hito en el desarrollo de la propia célula, considerando que es el factor definitorio que distingue a las células eucariotas de la otra amplia categoría de células: la célula procariota. La célula eucariota está perfectamente compartimentada en orgánulos unidos a la membrana que realizan diversas funciones. Entre ellos, el núcleo alberga el material genético. Los otros orgánulos flotan en lo que se llama citoplasma. Las células procariotas no contienen tal compartimentación. Las bacterias y las arqueas son células procariotas.

La hipótesis de 2001 del profesor Takemura y PJ Bell se basa en sorprendentes similitudes entre el núcleo de las células eucariotas y los poxvirus: en particular, la propiedad de mantener el genoma separado en un compartimento. Se descubrieron más similitudes después del descubrimiento y caracterización de un tipo de virus de ADN grande llamado "virus gigante", que puede tener hasta 2,5 micras de diámetro y contener información de "codificación" de ADN para la producción de más de 400 proteínas. Los análisis filogenéticos independientes sugirieron que los genes se habían transferido entre estos virus y las células eucariotas a medida que interactuaban en varios puntos del camino evolutivo, en un proceso llamado "transferencia lateral de genes".

Los virus son "paquetes" de ADN o ARN y no pueden sobrevivir por sí solos. Deben entrar en una célula "huésped" y utilizar la maquinaria de esa célula para replicar su material genético y, por lo tanto, multiplicarse. A medida que avanzaba la evolución, parece que el material genético viral se integró con el material genético del huésped y las propiedades de ambos se alteraron.

En 2019, el profesor Takemura y sus colegas hicieron otro gran descubrimiento: el medusavirus. El medusavirus recibió su nombre porque, al igual que el monstruo mítico, causa enquistamiento en su huésped, es decir, le da a su célula huésped una cubierta "dura".

A través de experimentos que involucran la infección de una ameba, el profesor Takemura y sus colegas encontraron que el medusavirus alberga un conjunto completo de histonas, que se asemejan a las histonas en eucariotas. Las histonas son proteínas que mantienen las hebras de ADN enrolladas y empaquetadas en el núcleo celular. También contiene un gen de la ADN polimerasa y un gen de la proteína de la cápside principal muy similar a los de la ameba. Además, a diferencia de otros virus, no construye su propia "fábrica viral" encerrada en el citoplasma de la célula dentro de la cual replicar su ADN y no contiene ninguno de los genes necesarios para llevar a cabo el proceso de replicación. En cambio, ocupa la totalidad del núcleo del anfitrión y utiliza la maquinaria nuclear del anfitrión para replicarse.

Estas características, sostiene el profesor Takemura, indican que el medusavirus ancestral y sus correspondientes células protoeucarióticas del huésped participaron en la transferencia lateral de genes, los genes de síntesis de ADN adquiridos (ADN polimerasa) y de condensación (histonas) de su huésped y la proteína estructural adquirida por el huésped. (proteína de la cápside principal) genes del virus. Basado en evidencia de investigación adicional, el profesor Takemura extiende esta nueva hipótesis a varios otros virus gigantes también.

Por lo tanto, el profesor Takemura conecta los puntos entre sus hallazgos en 2019 y su hipótesis original en 2001, vinculándolos a través de su trabajo y el de otros en las dos décadas intermedias. Todo esto en conjunto, queda claro cómo el medusavirus es la principal evidencia del origen viral del núcleo eucariota.

Él dice: "Esta nueva hipótesis actualizada puede impactar profundamente el estudio de los orígenes de las células eucariotas y proporcionar una base para una mayor discusión sobre la participación de los virus en la evolución del núcleo eucariota". De hecho, su trabajo puede haber abierto varias posibilidades nuevas para futuras investigaciones en el campo.


Los biólogos descubren cómo los virus secuestran la maquinaria celular

La tomografía crioelectrónica muestra cómo la célula bacteriana se reorganiza para parecerse a una célula vegetal o animal más complicada con un compartimento rojo similar a un núcleo y ribosomas, las estructuras de color azul claro más pequeñas. Los virus que se reproducen aparecen con cabezas de color azul oscuro y colas rosadas. Imagen de Vorrapon Chaikeeratisak, Kanika Khanna, Axel Brilot, Katrina Nguyen

Los biólogos de UC San Diego han documentado por primera vez cómo los virus muy grandes reprograman la maquinaria celular de las bacterias durante la infección para parecerse más a una célula animal o humana, un proceso que permite a estos invasores alienígenas engañar a las células para que produzcan cientos de nuevos virus. que eventualmente explotan y matan las células que infectan.

En un artículo publicado en la edición del 13 de enero de Ciencias, los investigadores llevaron a cabo una serie de experimentos que les permitieron ver en detalle lo que sucede dentro de las células bacterianas a medida que se replican los virus invasores.

"Los científicos han estado estudiando los virus durante cien años, pero nunca antes habíamos visto algo así", dijo Joe Pogliano, profesor de biología molecular que encabezó el equipo de investigación. "Cada experimento produjo algo nuevo y emocionante sobre este sistema".

Los virus que infectan a las bacterias, también conocidos como bacteriófagos, son algunas de las entidades más numerosas de la tierra.

“Elegimos estudiar una familia de bacteriófagos inusualmente grande y aplicar métodos de vanguardia para observar su replicación con un detalle sin precedentes”, dijo Kit Pogliano, profesor de biología molecular que participó en el estudio.

Joe Pogliano y sus colegas descubrieron que poco después de que los bacteriófagos infectan a las bacterias, destruyen gran parte de la arquitectura existente de las células bacterianas, incluido el ADN bacteriano, y luego secuestran la maquinaria celular restante. Luego, los virus reorganizan toda la célula en una fábrica centralizada y eficiente para producir la próxima generación de virus.

“Esta fábrica y la disposición circundante de la célula infectada son notablemente similares a la organización que se observa en las células vegetales y animales”, dijo Pogliano.

Las bacterias carecen de muchas de las estructuras especializadas que compartimentan los procesos celulares en las células vegetales o animales, que los biólogos denominan células "eucariotas". Las bacterias, por ejemplo, carecen de un núcleo cerrado, que contiene información genética y actúa como centro de control de la célula.

Pero Vorrapon Chaikeeratisak, un becario postdoctoral, y Katrina Nguyen, una estudiante de posgrado en el laboratorio de Pogliano, encontraron que los virus invasores organizan las estructuras dentro de las bacterias para imitar las que se encuentran en las células eucariotas.

Usando microscopía fluorescente, los dos biólogos descubrieron que a medida que los virus se replican dentro de las células bacterianas, construyen compartimentos para separar los diferentes procesos que ocurren durante la infección.

“Estos compartimentos encierran todo el ADN viral, tal como lo hace un núcleo en una planta o una célula de mamífero”, dijo Chaikeeratisak, el primer autor del artículo. "Los procesos de ADN, como la replicación o la transcripción, ocurren dentro del compartimento mientras que las proteínas se producen fuera del compartimento".

Elizabeth Villa, profesora de química y bioquímica en UC San Diego, y David Agard, profesor de bioquímica y biofísica en UC San Francisco, utilizaron una técnica especializada, llamada "tomografía crioelectrónica", para producir imágenes de los procesos que Chaikeeratisak y Nguyen inicialmente descubierto con un aumento extremadamente alto.

Esas imágenes mostraron que la descendencia viral se ensambla alrededor del compartimento similar a un núcleo en la bacteria. Con el tiempo, estos nuevos virus revientan la célula y se propagan para infectar las células vecinas.

“Estas observaciones de la manipulación viral de una célula son completamente inesperadas, ya que no se ha visto que ningún virus bacteriano reorganice una célula de una manera tan drástica”, dijo Pogliano. "La reestructuración de una célula simple para que se parezca a un sistema existente más complicado difumina la línea entre las células bacterianas simples y las de organismos 'superiores', como plantas y animales".

¿Podría ser así como evolucionaron los organismos multicelulares? One existing theory, called “viral eukaryogenesis,” suggests that the first eukaryotic cell was created when a large virus took over a bacterium. Eventually, the bacterium and virus formed a compound cell, in which the virus evolved into the nucleus.

“It may be too early to know if this particular virus is an intermediate step in the transition from bacteria and viruses to multicellular eukaryotes, but this discovery could broaden knowledge about the origins of life as we know it,” said Pogliano.

The study was supported by grants from the National Institutes of Health (GM031627, GM104556, GM57045, 1DP2GM123494-01) and the Howard Hughes Medical Institute.


Comentarios

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 18, 2020:

Thank you, Jeremiah. I appreciate your visit.

Jeremías on August 18, 2020:

Good work! The article is detailed.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 18, 2020:

Thank you very much, Umesh.

Umesh Chandra Bhatt from Kharghar, Navi Mumbai, India on August 18, 2020:

It is a great resource to refer anytime. Well explained.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 12, 2020:

Hi, Denise. I think there&aposs a high probability that the discoveries will help us fight harmful bacteria. I&aposm not so sure about viruses. It&aposs possible that the studies will be indirectly useful in increasing our understanding of viruses, though.

Blessings to you as well, Denise.

Denise McGill from Fresno CA on August 12, 2020:

I feel like a biology student. These studies will help us better understand and combat bacterial infections and maybe even fight viruses, yes? I think we have come a long way since I was in school last. So many new things to study and new words to learn.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 12, 2020:

Thank you for the visit and the comment, Nell.

Nell Rose from England on August 12, 2020:

Really interesting. I could have done with studying your articles back in college. Really useful for schools etc.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 12, 2020:

Thank you very much, Moondot. I appreciate your kindness.

EK Jadoon from Abbottabad Pakistan on August 12, 2020:

Alicia, this is a very informative article. I think your articles are the best source of scientific knowledge for students. You reminded me of my college days. Thank you for sharing your knowledge.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 11, 2020:

Hi, Lisa. I learned about bacteria in school, too. I think it&aposs very interesting how much more has been discovered about them since then. Thank you for the comment.

Liza from USA on August 11, 2020:

A very detailed and informative article. I remember when I was in a biology class in high school learning about bacteria and how I have to answer the question in the exam. Reading the article brings back the memory, and I certainly learned a lot from it! Thanks for sharing, Linda.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 11, 2020:

Hi, Liz. The discoveries are amazing. Researchers are still exploring bacterial (and other) cells, so some new observations may be reported soon. Thanks for the comments about the article.

Liz Westwood from UK on August 11, 2020:

I am amazed at how much has been discovered not only about these cells, but about the compartments of the cells. Your article gives a detailed description of the compartments in a very structured and interesting manner. I especially appreciate the detailed diagrams that you have included to illustrate the points you make.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 11, 2020:

That&aposs a good way to describe bacteria and their structure! Thanks for the visit, Mary.

Mary Norton from Ontario, Canada on August 11, 2020:

I can&apost believe how complicated bacterial structures are. It is mind-boggling how they behave and affect us.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 11, 2020:

Thank you for the visit, Ankita. I appreciate your comment.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 11, 2020:

Thank you very much, Flourish. I&aposm looking forward to seeing what else researchers discover about the structure of bacteria.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 11, 2020:

Hi, Devika. I think it&aposs a very interesting topic. Thank you for the comment.

Ankita B on August 11, 2020:

This was greatly informative. You have detailed out so well. A wonderful read indeed.

FlourishAnyway from USA on August 11, 2020:

A detailed and thorough review of the topic. It definitely takes me back to biology class (and updates me as well). You do such a fine job with your research and plain-language explanations.

Devika Primić from Dubrovnik, Croatia on August 11, 2020:

Hi Linda this is a well-researched hub. Your time to create this hub shows me that you have a great interest on this topic. Informative and most useful indeed!

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

I agree, Heidi. The microscopic world is complex and fascinating. Thanks for the kind comment.

Heidi Thorne from Chicago Area on August 10, 2020:

One thing&aposs for sure. The microscopic world is way bigger and more complex than we can imagine. I read this stuff and just marvel at how this all comes together to make the world as we know it.

Thanks, as always, for sharing your seemingly bottomless depth of knowledge on biology!

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

Thanks, Nithya. I think that biology is a very interesting topic.

Nithya Venkat from Dubai on August 10, 2020:

Interesting and informative article, detailed, and well-researched. This article brought back memories of my college days. I got to know a lot more through your article, thank you for sharing.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

Thank you very much for the comment, Pamela. I appreciate your visit.

Pamela Oglesby from Sunny Florida on August 10, 2020:

This is a fascinating, well-written and very detailed article I need to read this article more than once. I do have more understanding now thanks to the way you explained everything. Thank you, Linda.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

I appreciate your comment, Peggy. I find the topic very interesting. The research could be helpful for us.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

Thanks for the kind and interesting comment, Bill. I hope you have a great week.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

I appreciate your comment, Maren. I think it would be interesting to coexist with some of the dinosaurs!

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

Thanks, Eric. The conditions in the cell stimulate the mitochondria.

Linda Crampton (author) from British Columbia, Canada on August 10, 2020:

Peggy Woods from Houston, Texas on August 10, 2020:

Continuing research into microbiology can be a cause to celebrate if scientists can figure out how to put this knowledge to good use when it comes to fighting disease. You have surely put a lot of work into creating this informative article.

Bill Holland from Olympia, WA on August 10, 2020:

Sign me up for your science class. Perfectly organized article, like your mind, I suspect.

Have a brilliant week, my friend!

Maren Elizabeth Morgan from Pennsylvania on August 10, 2020:

Wow - much more interesting than the "2 Kingdom and a few outliers" system I was taught back when dinosaurs roamed the earth (just kidding about the dinosaurs.) Thanks for the plain language explanations.



Comentarios:

  1. Halden

    Respuesta autorizada

  2. Neese

    el mensaje incomparable

  3. Darel

    El sitio es simplemente genial, ¡todos serían así!

  4. Sen

    Es un mensaje notable, muy útil.

  5. Norvel

    Espero que lleguen a la decisión correcta.

  6. Kirkwood

    Este muy buen pensamiento tiene que ser deliberadamente



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