Viroide

viroides son pequeños ARN circulares monocatenarios que son patógenos infecciosos. A diferencia de los virus, no tienen un recubrimiento proteico. Todos los viroides conocidos son habitantes de las angiospermas (plantas con flores), y la mayoría causan enfermedades, cuya importancia económica respectiva para los humanos varía ampliamente.

Los primeros descubrimientos de viroides en la década de 1970 desencadenaron la tercera mayor extensión histórica de la biosfera, para incluir entidades más pequeñas con apariencia de vida, después de los descubrimientos en 1675 por Antonie van Leeuwenhoek (de los microorganismos "subvisibles") y en 1892–1898 por Dmitri Iosifovich Ivanovsky y Martinus Beijerinck (de los virus "submicroscópicos"). Las propiedades únicas de los viroides han sido reconocidas por el Comité Internacional de Taxonomía de Virus, al crear un nuevo orden de agentes subvirales.

Theodor Otto Diener, patólogo de plantas del Centro de Investigación del Departamento de Agricultura de EE. UU. en Beltsville, Maryland, descubrió el primer viroide reconocido, el agente patógeno de la enfermedad del tubérculo ahusado de la papa, inicialmente caracterizado molecularmente y nombrado., en 1971. Este viroide ahora se llama viroide del tubérculo fusiforme de la patata, abreviado como PSTVd. El viroide Citrus exocortis (CEVd) se descubrió poco después, y la comprensión conjunta de PSTVd y CEVd dio forma al concepto de viroide.

Aunque los viroides están compuestos de ácido nucleico, no codifican ninguna proteína. El mecanismo de replicación del viroide utiliza la ARN polimerasa II, una enzima de la célula huésped normalmente asociada con la síntesis del ARN mensajero a partir del ADN, que en su lugar cataliza el 'círculo rodante'. síntesis de nuevo ARN utilizando el ARN del viroide como plantilla. Los viroides son a menudo ribozimas, que tienen propiedades catalíticas que permiten la autoescisión y la ligadura de genomas de tamaño unitario a partir de intermediarios de replicación más grandes.

Diener inicialmente planteó la hipótesis en 1989 de que los viroides podrían representar "reliquias vivientes" del mundo del ARN no celular, antiguo y ampliamente asumido, y otros han seguido esta conjetura. Tras el descubrimiento de las retrozimas, ahora se cree que los viroides y otros elementos similares a los viroides pueden derivar de esta clase de retrotransposón recién descubierta.

El virus de la hepatitis D patógeno humano es un agente subviral similar en estructura a un viroide.

Taxonomía

Estructura secundaria putante del viroide PSTVd. Los nucleótidos destacados se encuentran en la mayoría de otros viroides.

A partir de 2005:

• Familia Pospiviroidae
  • Genus Pospiviroid; especie tipo: Viroide de tubero husillo de patata; 356–361 nucleótidos(nt)
    • Tomato chlorotic enwarf viroid; (TCDVd); adhesión AF162131, longitud del genoma 360nt
    • Viroide de papita mexicana; (MPVd); adhesión L78454, longitud del genoma 360nt
    • Tomato planta macho viroide; (TPMVd); adhesión K00817, longitud del genoma 360nt
    • Citrus exocortis viroid; 368-467 nt
    • Chrysanthemum stunt viroid; (CSVd); adhesión V01107, genoma longitud 356nt
    • Tomato apical stunt viroid; (TASVd); adhesión K00818, longitud del genoma 360nt
    • Iresine 1 viroid; (IrVd-1); adhesión X95734, longitud del genoma 370nt
    • Columnea viroide latente; (CLVd); adhesión X15663, longitud del genoma 370nt
  • Genus Hostuviroid; especie tipo: Hop stunt viroid; 294–303 nt
  • Genus Cocadviroid; especie tipo: Coconut cadang-cadang viroid; 246–247 nt
    • Coconut tinangaja viroid; (CTiVd); adhesión M20731, longitud de genoma 254nt
    • Viroide latente Hop; (HLVd); adhesión X07397, genoma longitud 256nt
    • Viroides Citrus IV; (CVd-IV); adhesión X14638, longitud del genoma 284nt
  • Genus Apscaviroid; especie tipo: Manzana cicatrizante piel viroide; 329-334 nt
    • Viroides Citrus III; (CVd-III); adhesión AF184147, genoma length 294nt
    • Viroide de fruta de grano de manzana; (ADFVd); adhesión X99487, genoma longitud 306nt
    • Grapevine amarillo speckle 1 viroid; (GVYSd-1); adhesión X06904, longitud del genoma 367nt
    • Grapevine amarillo speckle 2 viroid; (GVYSd-2); adhesión J04348, longitud del genoma 363nt
    • Citrus bent leaf viroid; (CBLVd); adhesión M74065, longitud del genoma 318nt
    • Pear blister puedeker viroid; (PBCVd); adhesión D12823, longitud del genoma 315nt
    • Viroid Australiano; (AGVd); adhesión X17101, longitud del genoma 369nt
  • Genus Coleviroid; especie tipo: Coleus blumei viroid 1; 248–251 nt
    • Coleus blumei 2 viroid; (CbVd-2); adhesión X95365, longitud del genoma 301nt
    • Coleus blumei 3 viroid; (CbVd-3); adhesión X95364, longitud del genoma 361nt
• Family Avsunviroidae
  • Genus Avsunviroid; especie tipo: Avocado solblotch viroid; 246–251 nt
  • Genus Pelamoviroid; especie tipo: Peach latente mosaico viroide; 335–351 nt
  • Genus Elaviroid; especie tipo: Viroide de latente de berenjena; 332-335 nt

Transmisión y replicación

El mecanismo de reproducción de un típico viroide. El contacto con la hoja transmite el virus. El viroide entra en la celda a través de su plasmodesmata. La polimerasa II del ARN cataliza la síntesis de círculos rodantes de nuevos viroides.

Los viroides solo infectan plantas, y los viroides infecciosos pueden transmitirse a nuevas plantas hospedantes a través de áfidos, por contaminación cruzada luego de daños mecánicos a las plantas como resultado de prácticas hortícolas o agrícolas, o de planta a planta por contacto con hojas. Tras la infección, los viroides se replican en el núcleo (Pospiviroidae) o cloroplastos (Avsunviroidae) de las células vegetales en tres pasos a través de un mecanismo basado en ARN. Requieren ARN polimerasa II, una enzima de la célula huésped normalmente asociada con la síntesis de ARN mensajero a partir del ADN, que en su lugar cataliza el "círculo rodante" síntesis de nuevo ARN utilizando el viroide como plantilla.

A diferencia de los virus de las plantas que producen proteínas de movimiento, los viroides son completamente pasivos y dependen por completo del huésped. Esto es útil en el estudio de la cinética del ARN en plantas.

Silenciamiento de ARN

Durante mucho tiempo ha habido incertidumbre sobre cómo los viroides inducen síntomas en las plantas sin codificar ningún producto proteico dentro de sus secuencias. La evidencia sugiere que el silenciamiento del ARN está involucrado en el proceso. Primero, los cambios en el genoma del viroide pueden alterar drásticamente su virulencia. Esto refleja el hecho de que cualquier siRNA producido tendría menos apareamiento de bases complementarias con el ARN mensajero diana. En segundo lugar, se han aislado de plantas infectadas ARNsi correspondientes a secuencias de genomas de viroides. Finalmente, la expresión transgénica del hpRNA no infeccioso del viroide del tubérculo ahusado de la patata desarrolla todos los síntomas similares a los del viroide correspondientes. Esto indica que cuando los viroides se replican a través de un ARN intermedio de doble cadena, son el objetivo de una enzima dicer y se escinden en siARN que luego se cargan en el complejo de silenciamiento inducido por ARN. Los siRNA del viroide contienen secuencias capaces de emparejar bases complementarias con los propios ARN mensajeros de la planta, y la inducción de la degradación o la inhibición de la traducción provoca los síntomas clásicos del viroide.

Retroviroides

Los retroviroides y los elementos similares a los retroviroides son viroides, que son ARN que tienen un homólogo de ADN. Se cree que estas entidades son en gran medida exclusivas del clavel, Dianthus caryophyllus, que están estrechamente relacionadas con la familia de virus denominados 'carnation small viroid-like RNA' (ARN de CarSV). Estos elementos pueden actuar como un sustrato homólogo sobre el cual puede ocurrir la recombinación y están vinculados a la reparación de roturas de doble cadena. Estos elementos se denominan retroviroides, ya que el ADN homólogo es generado por la transcriptasa inversa que codifican los retrovirus.

Hipótesis del mundo del ARN

La hipótesis de Diener de 1989 había propuesto que las propiedades únicas de los viroides los convertían en macromoléculas más plausibles que los intrones u otros ARN considerados en el pasado como posibles "reliquias vivientes" de un hipotético mundo de ARN precelular. Si es así, los viroides han asumido un significado más allá de la virología vegetal para la teoría evolutiva, porque sus propiedades los hacen candidatos más plausibles que otros ARN para realizar pasos cruciales en la evolución de la vida a partir de la materia inanimada (abiogénesis). La hipótesis de Diener se olvidó en su mayoría hasta 2014, cuando fue resucitada en un artículo de revisión de Flores et al., en el que los autores resumieron la evidencia de Diener que apoyaba su hipótesis como:

1. El pequeño tamaño de los Viroides, impuesto por la replicación propensa al error.
2. Su alto contenido de guanina y citosina, que aumenta la estabilidad y la fidelidad de replicación.
3. Su estructura circular, que asegura una reproducción completa sin etiquetas genómicas.
4. Existencia de periodicidad estructural, que permite el montaje modular en genomas ampliados.
5. Su falta de capacidad de codificación de proteínas, consistente con un hábitat sin ribosomas.
6. Replicación mediada en algunos por ribozymes: la huella del mundo del ARN.

La presencia, en células existentes, de ARN con las propiedades moleculares previstas para los ARN del mundo del ARN constituye otro poderoso argumento que respalda la hipótesis del mundo del ARN. Sin embargo, varios factores han puesto en duda los orígenes de los viroides mismos de este mundo de ARN, incluido el descubrimiento de retrozimas (una familia de retrotransposones que probablemente representan a sus ancestros) y su ausencia total de organismos fuera de las plantas (especialmente su ausencia total de procariotas, incluidas bacterias y arqueas).

Control

El desarrollo de pruebas basadas en ELISA, PCR e hibridación de ácidos nucleicos ha permitido la detección rápida y económica de viroides conocidos en inspecciones de bioseguridad, inspecciones fitosanitarias y cuarentena. Sin embargo, el continuo descubrimiento y evolución de nuevos viroides hace que tales ensayos sean siempre incompletos.

Historia

En la década de 1920, se notaron síntomas de una enfermedad de la papa previamente desconocida en los campos de Nueva York y Nueva Jersey. Debido a que los tubérculos de las plantas afectadas se alargan y se deforman, la denominaron enfermedad del tubérculo fusiforme de la patata.

Los síntomas aparecieron en plantas en las que se habían injertado partes de las plantas afectadas, lo que indica que la enfermedad fue causada por un agente patógeno transmisible. Sin embargo, no se pudo encontrar un hongo o una bacteria asociados constantemente con las plantas que presentan síntomas y, por lo tanto, se asumió que la enfermedad fue causada por un virus. A pesar de los numerosos intentos a lo largo de los años para aislar y purificar el supuesto virus, utilizando métodos cada vez más sofisticados, estos no tuvieron éxito cuando se aplicaron a extractos de plantas afectadas por la enfermedad del tubérculo ahusado de la patata.

En 1971, Theodor O. Diener demostró que el agente no era un virus, sino un nuevo tipo de patógeno totalmente inesperado, 1/80 del tamaño de los virus típicos, para lo cual propuso el término "viroide". Paralelamente a los estudios dirigidos a la agricultura, la investigación científica más básica esclareció muchos de los viroides & # 39; Propiedades físicas, químicas y macromoleculares. Se demostró que los viroides consisten en tramos cortos (unos pocos cientos de nucleótidos) de ARN monocatenario y, a diferencia de los virus, no tenían una cubierta proteica. Los viroides son extremadamente pequeños, de 246 a 467 nucleótidos, que otros patógenos infecciosos de plantas; por tanto, consisten en menos de 10.000 átomos. En comparación, los genomas de los virus más pequeños conocidos capaces de causar una infección por sí mismos tienen una longitud de alrededor de 2.000 nucleótidos.

En 1976, Sanger et al. presentó pruebas de que el viroide del tubérculo fusiforme de la patata es una "molécula circular de ARN de cadena sencilla, covalentemente cerrada, que existe como una estructura similar a un bastón con un alto par de bases" y se cree que es la primera molécula de este tipo descrita. El ARN circular, a diferencia del ARN lineal, forma un bucle continuo cerrado covalentemente, en el que el 3' y 5' Los extremos presentes en las moléculas de ARN lineal se han unido. Sanger et al. también proporcionó evidencia de la verdadera circularidad de los viroides al descubrir que el ARN no podía fosforilarse en el extremo 5' término. En otras pruebas, no pudieron encontrar ni un solo 3' libre. extremo, lo que descartó la posibilidad de que la molécula tuviera dos extremos 3' termina Por lo tanto, los viroides son verdaderos ARN circulares.

El carácter monocatenario y circular de los viroides se confirmó mediante microscopía electrónica. La secuencia de nucleótidos completa del viroide del tubérculo fusiforme de la patata se determinó en 1978. PSTVd fue el primer patógeno de un organismo eucariota para el que se estableció la estructura molecular completa. Desde entonces, más de treinta enfermedades de plantas han sido identificadas como causadas por viroides y no por virus, como se suponía.

Entre 2009 y 2015 se descubrieron cuatro viroides adicionales o partículas de ARN similares a viroides.

En 2014, el escritor científico del New York Times Carl Zimmer publicó un artículo popularizado que erróneamente acreditaba a Flores et al. con la hipótesis' concepción originaria.