Historia de la virología

La historia de la virología, el estudio científico de los virus y las infecciones que causan, comenzó en los últimos años del siglo XIX. Aunque Louis Pasteur y Edward Jenner desarrollaron las primeras vacunas para proteger contra las infecciones virales, no sabían que existían los virus. La primera evidencia de la existencia de virus provino de experimentos con filtros que tenían poros lo suficientemente pequeños como para retener bacterias. En 1892, Dmitri Ivanovsky utilizó uno de estos filtros para demostrar que la savia de una planta de tabaco enferma seguía siendo infecciosa para las plantas de tabaco sanas a pesar de haber sido filtrada. Martinus Beijerinck llamó a la sustancia infecciosa filtrada un "virus" y este descubrimiento se considera el comienzo de la virología.

El descubrimiento posterior y la caracterización parcial de los bacteriófagos por parte de Frederick Twort y Félix d'Herelle catalizaron aún más el campo y, a principios del siglo XX, se habían descubierto muchos virus. En 1926, Thomas Milton Rivers definió a los virus como parásitos obligados. Wendell Meredith Stanley demostró que los virus son partículas, en lugar de un fluido, y la invención del microscopio electrónico en 1931 permitió visualizar sus estructuras complejas.

Pioneros

A pesar de sus otros éxitos, Louis Pasteur (1822–1895) no pudo encontrar un agente causante de la rabia y especuló sobre un patógeno demasiado pequeño para ser detectado con un microscopio. En 1884, el microbiólogo francés Charles Chamberland (1851–1931) inventó un filtro, conocido hoy como el filtro de Chamberland, que tenía poros más pequeños que las bacterias. Por lo tanto, podía pasar una solución que contenía bacterias a través del filtro y eliminarlas por completo de la solución.

En 1876, Adolf Mayer, que dirigía la Estación Experimental Agrícola de Wageningen, fue el primero en demostrar que lo que él denominó "enfermedad del mosaico del tabaco" era infecciosa. Pensó que era causado por una toxina o una bacteria muy pequeña. Más tarde, en 1892, el biólogo ruso Dmitry Ivanovsky (1864-1920) utilizó un filtro de Chamberland para estudiar lo que ahora se conoce como el virus del mosaico del tabaco. Sus experimentos demostraron que los extractos de hojas trituradas de plantas de tabaco infectadas siguen siendo infecciosos después de la filtración. Ivanovsky sugirió que la infección podría ser causada por una toxina producida por una bacteria, pero no persiguió la idea.

En 1898, el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck (1851–1931), profesor de microbiología en la Escuela Agrícola de Wageningen, repitió los experimentos de Adolf Mayer y se convenció de que el filtrado contenía una nueva forma de agente infeccioso. Observó que el agente se multiplicaba sólo en las células que se estaban dividiendo y lo llamó contagium vivum fluidum (germen vivo soluble) y reintrodujo la palabra virus. Beijerinck sostenía que los virus eran de naturaleza líquida, una teoría desacreditada más tarde por el bioquímico y virólogo estadounidense Wendell Meredith Stanley (1904-1971), quien demostró que, de hecho, eran partículas.En el mismo año, 1898, Friedrich Loeffler (1852–1915) y Paul Frosch (1860–1928) pasaron el primer virus animal a través de un filtro similar y descubrieron la causa de la fiebre aftosa.

El primer virus humano que se identificó fue el virus de la fiebre amarilla. En 1881, Carlos Finlay (1833–1915), un médico cubano, realizó y publicó por primera vez una investigación que indicaba que los mosquitos eran los causantes de la fiebre amarilla, teoría comprobada en 1900 por una comisión encabezada por Walter Reed (1851–1902). Durante 1901 y 1902, William Crawford Gorgas (1854–1920) organizó la destrucción de los hábitats de reproducción de los mosquitos en Cuba, lo que redujo drásticamente la prevalencia de la enfermedad. Más tarde, Gorgas organizó la eliminación de los mosquitos de Panamá, lo que permitió que se abriera el Canal de Panamá en 1914. El virus fue finalmente aislado por Max Theiler (1899-1972) en 1932, quien desarrolló una vacuna exitosa.

En 1928 se sabía lo suficiente sobre los virus como para permitir la publicación de Filterable Viruses, una colección de ensayos que cubren todos los virus conocidos editados por Thomas Milton Rivers (1888–1962). Rivers, sobreviviente de la fiebre tifoidea contraída a la edad de doce años, tuvo una distinguida carrera en virología. En 1926, fue invitado a hablar en una reunión organizada por la Sociedad Estadounidense de Bacteriología donde dijo por primera vez: "Los virus parecen ser parásitos obligados en el sentido de que su reproducción depende de las células vivas".

La noción de que los virus eran partículas no se consideraba antinatural y encajaba muy bien con la teoría de los gérmenes. Se supone que el Dr. J. Buist de Edimburgo fue la primera persona en ver partículas de virus en 1886, cuando informó haber visto "micrococos" en la linfa de la vacuna, aunque probablemente había observado grupos de vaccinia. En los años que siguieron, a medida que se mejoraron los microscopios ópticos, se observaron "cuerpos de inclusión" en muchas células infectadas por virus, pero estos agregados de partículas de virus aún eran demasiado pequeños para revelar una estructura detallada. No fue hasta la invención del microscopio electrónico en 1931 por los ingenieros alemanes Ernst Ruska (1906-1988) y Max Knoll (1887-1969),que se demostró que las partículas de virus, especialmente los bacteriófagos, tienen estructuras complejas. Los tamaños de los virus determinados con este nuevo microscopio encajaban bien con los estimados por los experimentos de filtración. Se esperaba que los virus fueran pequeños, pero la variedad de tamaños fue una sorpresa. Algunos eran solo un poco más pequeños que las bacterias más pequeñas conocidas, y los virus más pequeños tenían tamaños similares a las moléculas orgánicas complejas.

En 1935, Wendell Stanley examinó el virus del mosaico del tabaco y descubrió que estaba compuesto principalmente de proteínas. En 1939, Stanley y Max Lauffer (1914) separaron el virus en proteína y ácido nucleico, que el becario posdoctoral de Stanley, Hubert S. Loring, demostró que era específicamente ARN. El descubrimiento del ARN en las partículas fue importante porque en 1928, Fred Griffith (c. 1879-1941) proporcionó la primera evidencia de que su "primo", el ADN, formaba genes.

En la época de Pasteur, y durante muchos años después de su muerte, la palabra "virus" se usaba para describir cualquier causa de enfermedad infecciosa. Muchos bacteriólogos pronto descubrieron la causa de numerosas infecciones. Sin embargo, algunas infecciones permanecieron, muchas de ellas horrendas, para las cuales no se pudo encontrar una causa bacteriana. Estos agentes eran invisibles y solo podían crecer en animales vivos. El descubrimiento de los virus allanó el camino para comprender estas misteriosas infecciones. Y, aunque los postulados de Koch no pudieron cumplirse para muchas de estas infecciones, esto no impidió que los virólogos pioneros buscaran virus en infecciones para las que no se podía encontrar otra causa.

Bacteriófagos

Descubrimiento

Los bacteriófagos son los virus que infectan y se replican en las bacterias. Fueron descubiertos a principios del siglo XX por el bacteriólogo inglés Frederick Twort (1877-1950). Pero antes de eso, en 1896, el bacteriólogo Ernest Hanbury Hankin (1865–1939) informó que algo en las aguas del río Ganges podría matar a Vibrio cholerae, la causa del cólera. El agente en el agua podía pasar a través de filtros que eliminan las bacterias, pero se destruía al hervirlo.Twort descubrió la acción de los bacteriófagos sobre las bacterias estafilococos. Se dio cuenta de que cuando se cultivaban en agar nutritivo, algunas colonias de bacterias se volvían acuosas. Recolectó algunas de estas colonias acuosas y las pasó a través de un filtro Chamberland para eliminar las bacterias y descubrió que cuando el filtrado se añadía a cultivos frescos de bacterias, a su vez se volvían acuosos. Propuso que el agente podría ser "una ameba, un virus ultramicroscópico, un protoplasma vivo o una enzima con poder de crecimiento".

Félix d'Herelle (1873-1949) fue un microbiólogo francocanadiense principalmente autodidacta. En 1917 descubrió que "un antagonista invisible", cuando se añadía a bacterias en agar, producía áreas de bacterias muertas. El antagonista, que ahora se sabe que es un bacteriófago, podría pasar a través de un filtro de Chamberland. Diluyó con precisión una suspensión de estos virus y descubrió que las diluciones más altas (las concentraciones de virus más bajas), en lugar de matar a todas las bacterias, formaban áreas discretas de organismos muertos. Contar estas áreas y multiplicarlas por el factor de dilución le permitió calcular la cantidad de virus en la suspensión original. Se dio cuenta de que había descubierto una nueva forma de virus y más tarde acuñó el término "bacteriofago". Entre 1918 y 1921, d'Herelle descubrió diferentes tipos de bacteriófagos que podían infectar a varias otras especies de bacterias, incluida Vibrio cholerae. Los bacteriófagos fueron anunciados como un tratamiento potencial para enfermedades como la fiebre tifoidea y el cólera, pero su promesa se olvidó con el desarrollo de la penicilina. Desde principios de la década de 1970, las bacterias han seguido desarrollando resistencia a los antibióticos como la penicilina, y esto ha llevado a un renovado interés en el uso de bacteriófagos para tratar infecciones graves.

1920-1940: Primeras investigaciones D'Herelle viajó mucho para promover el uso de bacteriófagos en el tratamiento de infecciones bacterianas. En 1928, se convirtió en profesor de biología en Yale y fundó varios institutos de investigación. Estaba convencido de que los bacteriófagos eran virus a pesar de la oposición de reconocidos bacteriólogos como el ganador del Premio Nobel Jules Bordet (1870-1961). Bordet argumentó que los bacteriófagos no eran virus, sino simplemente enzimas liberadas por bacterias "lisogénicas". Dijo que "el mundo invisible de d'Herelle no existe".Pero en la década de 1930, Christopher Andrewes (1896-1988) y otros proporcionaron la prueba de que los bacteriófagos eran virus. Demostraron que estos virus diferían en tamaño y en sus propiedades químicas y serológicas. En 1940, se publicó la primera micrografía electrónica de un bacteriófago y esto silenció a los escépticos que habían argumentado que los bacteriófagos eran enzimas relativamente simples y no virus. Numerosos otros tipos de bacteriófagos se descubrieron rápidamente y se demostró que infectan bacterias dondequiera que se encuentren. Las primeras investigaciones fueron interrumpidas por la Segunda Guerra Mundial. d'Herelle, a pesar de su ciudadanía canadiense, fue internado por el Gobierno de Vichy hasta el final de la guerra.

Era moderna

El conocimiento de los bacteriófagos aumentó en la década de 1940 tras la formación del Grupo de fagos por parte de científicos de todo Estados Unidos. Entre los miembros se encontraba Max Delbrück (1906–1981), quien fundó un curso sobre bacteriófagos en el Laboratorio Cold Spring Harbor. Otros miembros clave del Phage Group incluyeron a Salvador Luria (1912–1991) y Alfred Hershey (1908–1997). Durante la década de 1950, Hershey y Chase hicieron importantes descubrimientos sobre la replicación del ADN durante sus estudios sobre un bacteriófago llamado T2. Junto con Delbruck, recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1969 "por sus descubrimientos sobre el mecanismo de replicación y la estructura genética de los virus".Desde entonces, el estudio de los bacteriófagos ha proporcionado información sobre la activación y desactivación de genes y un mecanismo útil para introducir genes extraños en bacterias y muchos otros mecanismos fundamentales de la biología molecular.

Virus de plantas

En 1882, Adolf Mayer (1843-1942) describió una condición de las plantas de tabaco, a la que llamó "enfermedad del mosaico" ("mozaïkziekte"). Las plantas enfermas tenían hojas abigarradas que estaban moteadas. Excluyó la posibilidad de una infección por hongos y no pudo detectar ninguna bacteria y especuló que "estaba involucrado un principio infeccioso similar a una enzima soluble". No continuó con su idea, y fueron los experimentos de filtración de Ivanovsky y Beijerinck los que sugirieron que la causa era un agente infeccioso previamente no reconocido. Después de que el mosaico del tabaco fuera reconocido como una enfermedad viral, se descubrieron infecciones virales de muchas otras plantas.

No se puede subestimar la importancia del virus del mosaico del tabaco en la historia de los virus. Fue el primer virus en ser descubierto, y el primero en ser cristalizado y su estructura mostrada en detalle. Las primeras imágenes de difracción de rayos X del virus cristalizado fueron obtenidas por Bernal y Fankuchen en 1941. Sobre la base de sus imágenes, Rosalind Franklin descubrió la estructura completa del virus en 1955. En el mismo año, Heinz Fraenkel-Conrat y Robley Williams demostró que el ARN del virus del mosaico del tabaco purificado y su proteína de cubierta pueden ensamblarse por sí mismos para formar virus funcionales, lo que sugiere que este mecanismo simple fue probablemente el medio a través del cual se crearon los virus dentro de sus células huésped.

Para 1935, se pensaba que muchas enfermedades de las plantas eran causadas por virus. En 1922, John Kunkel Small (1869–1938) descubrió que los insectos podían actuar como vectores y transmitir virus a las plantas. En la década siguiente, se demostró que muchas enfermedades de las plantas eran causadas por virus que portaban los insectos y en 1939, Francis Holmes, un pionero en virología vegetal, describió 129 virus que causaban enfermedades en las plantas. La agricultura moderna e intensiva proporciona un entorno rico para muchos virus de plantas. En 1948, en Kansas, EE. UU., el virus del mosaico estriado del trigo destruyó el 7% de la cosecha de trigo. El virus fue propagado por ácaros llamados Aceria tulipae.

En 1970, el virólogo de plantas ruso Joseph Atabekov descubrió que muchos virus de plantas solo infectan a una sola especie de planta huésped. El Comité Internacional de Taxonomía de Virus ahora reconoce más de 900 virus de plantas.

Siglo 20

A fines del siglo XIX, los virus se definieron en términos de su infectividad, su capacidad para filtrarse y su requerimiento de huéspedes vivos. Hasta ese momento, los virus solo se habían cultivado en plantas y animales, pero en 1906, Ross Granville Harrison (1870–1959) inventó un método para cultivar tejido en la linfa y, en 1913, E Steinhardt, C Israeli y RA Lambert utilizó este método para hacer crecer el virus vaccinia en fragmentos de tejido corneal de cobayo. En 1928, HB y MC Maitland cultivaron el virus vaccinia en suspensiones de riñones de gallina triturados. Su método no fue ampliamente adoptado hasta la década de 1950, cuando el poliovirus se cultivó a gran escala para la producción de vacunas.En 1941–42, George Hirst (1909–94) desarrolló ensayos basados ​​en la hemaglutinación para cuantificar una amplia gama de virus, así como anticuerpos específicos de virus en suero.

Influenza

Aunque el virus de la influenza que causó la pandemia de influenza de 1918-1919 no se descubrió hasta la década de 1930, las descripciones de la enfermedad y la investigación posterior demostraron que era el culpable. La pandemia mató de 40 a 50 millones de personas en menos de un año, pero la prueba de que fue causada por un virus no se obtuvo hasta 1933. Haemophilus influenzae es una bacteria oportunista que comúnmente sigue a las infecciones de influenza; esto llevó al eminente bacteriólogo alemán Richard Pfeiffer (1858-1945) a concluir incorrectamente que esta bacteria era la causante de la influenza. Un gran avance se produjo en 1931, cuando el patólogo estadounidense Ernest William Goodpasture cultivó la influenza y varios otros virus en huevos de gallina fertilizados. Hirst identificó una actividad enzimática asociada con la partícula del virus, más tarde caracterizada como la neuraminidasa, la primera demostración de que los virus podían contener enzimas. Frank Macfarlane Burnet demostró a principios de la década de 1950 que el virus se recombina a altas frecuencias, y más tarde Hirst dedujo que tiene un genoma segmentado.

Poliomielitis

En 1949, John F. Enders (1897–1985), Thomas Weller (1915–2008) y Frederick Robbins (1916–2003) cultivaron el virus de la poliomielitis por primera vez en células de embrión humano cultivadas, el primer virus que se cultivó sin utilizar células sólidas. tejido animal o huevos. Las infecciones por poliovirus suelen causar los síntomas más leves. Esto no se supo hasta que se aisló el virus en células cultivadas y se demostró que muchas personas habían tenido infecciones leves que no provocaron poliomielitis. Pero, a diferencia de otras infecciones virales, la incidencia de la poliomielitis, la forma grave más rara de la infección, aumentó en el siglo XX y alcanzó su punto máximo alrededor de 1952. La invención de un sistema de cultivo celular para cultivar el virus permitió a Jonas Salk (1914-1995)) para hacer una vacuna eficaz contra la poliomielitis.

Virus de Epstein Barr

Denis Parsons Burkitt (1911–1993) nació en Enniskillen, Condado de Fermanagh, Irlanda. Fue el primero en describir un tipo de cáncer que ahora lleva el nombre de linfoma de Burkitt. Este tipo de cáncer era endémico en África ecuatorial y era la neoplasia maligna más frecuente en niños a principios de la década de 1960. En un intento por encontrar la causa del cáncer, Burkitt envió células del tumor a Anthony Epstein (n. 1921), un virólogo británico, quien, junto con Yvonne Barr y Bert Achong (1928–1996), y después de muchos fracasos, descubrió virus. que se parecía al virus del herpes en el líquido que rodeaba las células. Más tarde se demostró que el virus era un virus del herpes no reconocido anteriormente, que ahora se llama virus de Epstein-Barr.Sorprendentemente, el virus de Epstein-Barr es una infección muy común pero relativamente leve entre los europeos. No se comprende por completo por qué puede causar una enfermedad tan devastadora en los africanos, pero la inmunidad reducida al virus causada por la malaria podría ser la causa. El virus de Epstein-Barr es importante en la historia de los virus por ser el primer virus que se demostró que causa cáncer en humanos.

Finales del siglo XX y principios del XXI

La segunda mitad del siglo XX fue la edad de oro del descubrimiento de virus y la mayoría de las 2000 especies reconocidas de virus animales, vegetales y bacterianos se descubrieron durante estos años. En 1946 se descubrió la diarrea viral bovina, que sigue siendo posiblemente el patógeno más común del ganado bovino en todo el mundo y en 1957 se descubrió el arterivirus equino. En la década de 1950, las mejoras en los métodos de aislamiento y detección de virus dieron como resultado el descubrimiento de varios virus humanos importantes, incluido el virus de la varicela zoster, los paramixovirus, que incluyen el virus del sarampión y el virus respiratorio sincitial, y los rinovirus que causan el resfriado común.En la década de 1960 se descubrieron más virus. En 1963, Baruch Blumberg (n. 1925) descubrió el virus de la hepatitis B. La transcriptasa inversa, la enzima clave que utilizan los retrovirus para traducir su ARN en ADN, fue descrita por primera vez en 1970, de forma independiente por Howard Temin y David Baltimore (n. 1938). Esto fue importante para el desarrollo de medicamentos antivirales, un punto de inflexión clave en la historia de las infecciones virales. En 1983, Luc Montagnier (n. 1932) y su equipo del Instituto Pasteur de Francia aislaron por primera vez el retrovirus que ahora se llama VIH. En 1989, el equipo de Michael Houghton en Chiron Corporation descubrió la hepatitis C. En cada década de la segunda mitad del siglo XX se descubrieron nuevos virus y cepas de virus. Estos descubrimientos continuaron en el siglo XXI a medida que surgieron nuevas enfermedades virales como el SARS y el virus nipah. A pesar de los logros de los científicos en los últimos cien años, los virus continúan planteando nuevas amenazas y desafíos.