Poxviridae

Poxviridae es una familia de virus de ADN de doble cadena. Los vertebrados y artrópodos sirven como huéspedes naturales. Actualmente existen 83 especies en esta familia, divididas en 22 géneros, que se dividen en dos subfamilias. Las enfermedades asociadas con esta familia incluyen la viruela.

Cuatro géneros de poxvirus pueden infectar a los humanos: Orthopoxvirus, Parapoxvirus, Yatapoxvirus y Molluscipoxvirus. Ortopoxvirus: virus de la viruela (variola), virus vaccinia, virus de la viruela vacuna, virus de la viruela simica; Parapoxvirus: virus orf, pseudoviruela vacuna, virus de la estomatitis papular bovina; Yatapoxvirus: virus tanapox, virus del tumor del mono yaba; Molluscipoxvirus: virus del molusco contagioso (MCV). Las más comunes son la vaccinia (que se observa en el subcontinente indio) y el molusco contagioso, pero las infecciones por viruela simica están aumentando (que se observan en los países con bosques tropicales de África occidental y central). La varicela, una enfermedad con un nombre similar, no es un verdadero poxvirus y es causada por el herpesvirus varicela zoster.

Etimología

El nombre de la familia, Poxviridae, es un legado del grupo original de virus asociados con enfermedades que producían viruelas en la piel. La clasificación viral moderna se basa en características fenotípicas; Morfología, tipo de ácido nucleico, modo de replicación, organismos huéspedes y tipo de enfermedad que causan. El virus de la viruela sigue siendo el miembro más notable de la familia.

Historia

Las enfermedades causadas por virus de póx, especialmente la viruela, han sido conocidas durante siglos. Uno de los primeros casos sospechosos es el del faraón egipcio Ramses V que se cree que ha muerto de viruela alrededor de 1150 años BCE. Se pensaba que la viruela había sido transferida a Europa a principios del siglo VIII y luego a las Américas a principios del siglo XVI, lo que dio lugar a la muerte de 3,2 millones de aztecas en un plazo de dos años de introducción. Este número de muertos se puede atribuir a la total falta de exposición de la población indígena al virus durante milenios.

Un siglo después de que Edward Jenner demostrara que la viruela menos potente podría ser utilizada para vacunar eficazmente contra la viruela más mortal, un esfuerzo mundial para vacunar a todos contra la viruela comenzó con el objetivo final de librar al mundo de la epidemia de plagas. El último caso de viruela endémica ocurrió en Somalia en 1977. Durante dos años no se detectaron más casos, y en 1979 la Organización Mundial de la Salud (OMS) declaró oficialmente la enfermedad erradicada.

En 1986, todas las muestras de virus fueron destruidas o transferidas a dos laboratorios de referencia aprobados por la OMS: en la sede de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (C.D.C.) federales en Atlanta, Georgia (Estados Unidos) y en el Instituto de Preparativos de virus en Moscú. Después del 11 de septiembre de 2001, los gobiernos de Estados Unidos y el Reino Unido han mostrado una creciente preocupación por el uso de la viruela, o una enfermedad similar a la viruela, en el bioterrorismo. Sin embargo, actualmente se están investigando en estudios preclínicos y clínicos varios poxvirus, incluidos el virus vaccinia, el virus del mixoma, el virus tanapox y el virus de la viruela del mapache, por su potencial terapéutico en diversos cánceres humanos.

Microbiología

Estructura

Las partículas virales (viriones) de

Poxviridae generalmente están envueltas (virión con envoltura externa), aunque la forma de virión maduro intracelular del virus, que contiene una envoltura diferente, también es infecciosa. Varían en su forma dependiendo de la especie, pero generalmente tienen forma de ladrillo o de forma ovalada similar a un ladrillo redondeado porque están envueltos por el retículo endoplásmico. El virión es excepcionalmente grande, su tamaño es de alrededor de 200 nm de diámetro y 300 nm de longitud y lleva su genoma en un segmento de ADN simple, lineal y bicatenario. En comparación, los rinovirus son 1/10 del tamaño de un virión típico de Poxviridae.

Genoma

El análisis filogenético de 26 genomas diferentes de cordopoxvirus ha demostrado que la región central del genoma está conservada y contiene ~90 genes. Los términos, por el contrario, no se conservan entre especies. De este grupo, el Avipoxvirus es el más divergente. El siguiente más divergente es el Molluscipoxvirus. Los géneros Capripoxvirus, Leporipoxvirus, Suipoxvirus y Yatapoxvirus se agrupan: Capripoxvirus y Suipoxvirus comparten un ancestro común y son distintos del género Orthopoxvirus. Dentro del género Othopoxvirus, la cepa del virus Cowpox Brighton Red, el virus Ectromelia y el virus Monkeypox no se agrupan estrechamente con ningún otro miembro. El virus variola y el virus Camelpox forman un subgrupo. El virus vaccinia está más estrechamente relacionado con CPV-GRI-90.

El contenido de GC de los genomas de los miembros de la familia difiere considerablemente. Avipoxvirus, capripoxvirus, cervidpoxvirus, ortopoxvirus, suipoxvirus, yatapoxvirus y un género de Entomopox (Betaentomopoxvirus), junto con varios otros Entomopoxvirus no clasificados, tienen un bajo contenido de G+C, mientras que otros (Molluscipoxvirus, Orthopoxvirus, Parapoxvirus y algunos Chordopoxvirus no clasificados) tienen un G+ relativamente alto. Contenido C. Se desconocen las razones de estas diferencias.

Replicación

La replicación del poxvirus implica varias etapas. El virus primero se une a un receptor en la superficie de la célula huésped; Se cree que los receptores del poxvirus son los glucosaminoglicanos. Después de unirse al receptor, el virus ingresa a la célula donde se desprende. La eliminación del virus es un proceso de dos pasos. En primer lugar, se elimina la membrana externa cuando la partícula ingresa a la célula; en segundo lugar, la partícula del virus (sin la membrana externa) se fusiona con la membrana celular para liberar el núcleo en el citoplasma. Los genes del virus de la viruela se expresan en dos fases. Los primeros genes codifican la proteína no estructural, incluidas las proteínas necesarias para la replicación del genoma viral, y se expresan antes de que se replique el genoma. Los genes tardíos se expresan después de que el genoma se ha replicado y codifican las proteínas estructurales para producir la partícula viral. El ensamblaje de la partícula viral se produce en cinco etapas de maduración que conducen a la exocitosis final del nuevo virión envuelto. Una vez replicado el genoma, el virión inmaduro ensambla la proteína A5 para crear el virión maduro intracelular. La proteína se alinea y la envoltura en forma de ladrillo del virión envuelta intracelular. Luego, estas partículas se fusionan con el plasma celular para formar el virión con envoltura celular, que encuentra los microtúbulos y se prepara para salir de la célula como un virión con envoltura extracelular. El ensamblaje de la partícula viral ocurre en el citoplasma de la célula y es un proceso complejo que actualmente se investiga para comprender con mayor profundidad cada etapa. Teniendo en cuenta el hecho de que este virus es grande y complejo, la replicación es relativamente rápida y tarda aproximadamente 12 horas hasta que la célula huésped muere por la liberación de virus.

La replicación del poxvirus es inusual para un virus con genoma de ADN de doble cadena porque ocurre en el citoplasma, aunque esto es típico de otros virus de ADN de gran tamaño. El poxvirus codifica su propia maquinaria para la transcripción del genoma, una ARN polimerasa dependiente de ADN, que hace posible la replicación en el citoplasma. La mayoría de los virus de ADN de doble cadena requieren la ARN polimerasa dependiente de ADN de la célula huésped para realizar la transcripción. Estas polimerasas del huésped se encuentran en el núcleo y, por lo tanto, la mayoría de los virus de ADN de doble cadena llevan a cabo una parte de su ciclo de infección dentro del núcleo de la célula huésped.

Evolución

Se desconoce el antepasado de los poxvirus, pero los estudios estructurales sugieren que puede haber sido un adenovirus o una especie relacionada tanto con los poxvirus como con los adenovirus.

Basándose en la organización del genoma y el mecanismo de replicación del ADN, pueden existir relaciones filogenéticas entre los rudivirus (Rudiviridae) y los grandes virus de ADN eucariotas: el virus de la peste porcina africana (Asfarviridae), virus Chlorella (Phycodnaviridae) y poxvirus (Poxviridae).

Se ha estimado que la tasa de mutación en los genomas de poxvirus es de 0,9 a 1,2 x 10⁻⁶ sustituciones por sitio por año. Una segunda estimación sitúa esta tasa en 0,5–7 × 10⁻⁶ sustituciones de nucleótidos por sitio por año. Una tercera estimación sitúa la tasa en 4–6 × 10⁻⁶.

El último ancestro común de los poxvirus existentes que infectan a los vertebrados existió hace 0,5 millones de años. El género Avipoxvirus se separó de su ancestro hace 249 ± 69 mil años. El ancestro del género Orthopoxvirus fue el siguiente en divergir de los otros clados hace hace 0,3 millones de años. Una segunda estimación de este tiempo de divergencia sitúa este evento hace 166.000 ± 43.000 años. La división del Orthopoxvirus en los géneros existentes ocurrió hace ~14.000 años. El género Leporipoxvirus divergió hace ~137.000 ± 35.000 años. A este le siguió el ancestro del género Yatapoxvirus. El último ancestro común del Capripoxvirus y el Suipoxvirus divergió hace 111.000 ± 29.000 años.

Un aislado de un pez, el virus de las branquias del salmón, parece ser la rama más temprana de Chordopoxvirinae. Recientemente se ha propuesto una nueva sistemática tras los hallazgos de un nuevo virus de la viruela de la ardilla en Berlín, Alemania.

Viruela

La fecha de aparición de la viruela no está establecida. Lo más probable es que evolucionó a partir de un virus de roedor hace entre 68.000 y 16.000 años. La amplia gama de fechas se debe a los diferentes registros utilizados para calibrar el reloj molecular. Un clado fueron las cepas principales de variola (la forma clínicamente más grave de viruela) que se propagaron desde Asia hace entre 400 y 1.600 años. Un segundo clado incluía tanto alastrim minor (una viruela fenotípicamente leve) descrita en el continente americano como aislados de África occidental que divergieron de una cepa ancestral entre 1.400 y 6.300 años antes del presente. Este clado se dividió aún más en dos subclados hace al menos 800 años.

Una segunda estimación ha situado la separación de la variola de Taterapox hace 3.000 a 4.000 años. Esto es consistente con la evidencia arqueológica e histórica sobre la aparición de la viruela como una enfermedad humana que sugiere un origen relativamente reciente. Sin embargo, si se supone que la tasa de mutación es similar a la de los herpesvirus, se estima que la fecha de divergencia entre la variola y Taterapox fue hace 50.000 años. Si bien esto es consistente con las otras estimaciones publicadas, sugiere que la evidencia arqueológica e histórica es muy incompleta. Se necesitan mejores estimaciones de las tasas de mutación de estos virus.

Taxonomía

Las especies de la subfamilia Chordopoxvirinae infectan a los vertebrados y las de la subfamilia Entomopoxvirinae infectan a los insectos. Hay diez géneros reconocidos en Chordopoxvirinae y tres en Entomopoxvirinae.

Se reconocen las siguientes subfamilias y géneros (-virinae denotes subfamily and -virus denotes genus):

Ambas subfamilias también contienen una serie de especies no clasificadas para las que pueden crearse nuevos géneros en el futuro.

• El virus de Cotia de 2012 es un codopoxvirus inusual que puede pertenecer a un nuevo género. El virus Cotia fue asignado al nuevo género Oryzopoxvirus en 2019. Un virus de porcupinepox brasileño descubierto en 2019 está estrechamente relacionado con el virus.
• Dos más chordopoxvirus son NY_014 y murmansk poxvirus. Se consideran estrechamente relacionados con un "Yoka poxvirus". ICTV los clasifica bajo un género Centapoxvirus, creado 2016.

Virus de la vacuna

El poxvirus prototípico es el virus de la vacuna, conocido por su papel en la erradicación de la viruela. El virus de la vacuna es una herramienta eficaz para la expresión de proteínas extranjeras, ya que provoca una respuesta inmunitaria de host fuerte. El virus vaccinia entra en células principalmente por fusión celular, aunque actualmente se desconoce el receptor responsable.

Vaccinia contiene tres clases de genes: tempranos, intermedios y tardíos. Estos genes son transcritos por la ARN polimerasa viral y factores de transcripción asociados. Vaccinia replica su genoma en el citoplasma de las células infectadas y, después de la expresión genética en etapa tardía, sufre morfogénesis del virión, que produce viriones maduros intracelulares contenidos dentro de una membrana envolvente. Aún se desconoce el origen de la membrana envolvente. Los viriones maduros intracelulares luego se transportan al aparato de Golgi, donde se envuelven con dos membranas adicionales, convirtiéndose en el virus con envoltura intracelular. Éste se transporta a lo largo de los microtúbulos del citoesqueleto hasta llegar a la periferia celular, donde se fusiona con la membrana plasmática para convertirse en el virus con envoltura asociado a las células. Esto desencadena colas de actina en las superficies celulares o se libera como un virión con envoltura externa.