Virus de la rabia

Virus de la rabia, nombre científico Lissavirus de la rabia, es un virus neurotrópico que causa la rabia en animales, incluidos los humanos. La transmisión de la rabia puede ocurrir a través de la saliva de los animales y, con menos frecuencia, a través del contacto con la saliva humana. El lisavirus de la rabia, como muchos rabdovirus, tiene una gama de huéspedes extremadamente amplia. En la naturaleza se ha encontrado infectando a muchas especies de mamíferos, mientras que en el laboratorio se ha encontrado que se pueden infectar aves, así como cultivos celulares de mamíferos, aves, reptiles e insectos. La rabia se reporta en más de 150 países y en todos los continentes excepto la Antártida. La principal carga de morbilidad se registra en Asia y África, pero también se han notificado algunos casos en Europa en los últimos 10 años, especialmente en viajeros que regresan.

El Lyssavirus de la rabia tiene una morfología cilíndrica y es miembro del género Lyssavirus de la familia Rhabdoviridae. Estos virus están envueltos y tienen un genoma de ARN monocatenario con sentido negativo. La información genética está empaquetada como un complejo de ribonucleoproteína en el que el ARN está estrechamente unido a la nucleoproteína viral. El genoma de ARN del virus codifica cinco genes cuyo orden está altamente conservado. Estos genes codifican la nucleoproteína (N), la fosfoproteína (P), la proteína de la matriz (M), la glicoproteína (G) y la ARN polimerasa viral (L). Las secuencias completas del genoma varían entre 11.615 y 11.966 nt de longitud.

Todos los eventos de transcripción y replicación tienen lugar en el citoplasma dentro de una "fábrica de virus" especializada, el cuerpo de Negri (llamado así en honor a Adelchi Negri). Tienen entre 2 y 10 μm de diámetro y son típicos de una infección por rabia y, por lo tanto, se han utilizado como prueba histológica definitiva de dicha infección.

Estructura

Los rabdovirus tienen simetría helicoidal, por lo que sus partículas infecciosas tienen una forma aproximadamente cilíndrica. Se caracterizan por un espectro de huéspedes extremadamente amplio que va desde plantas hasta insectos y mamíferos; Los virus que infectan a los humanos suelen tener simetría icosaédrica y adoptar formas que se aproximan a los poliedros regulares.

El genoma de la rabia codifica cinco proteínas: nucleoproteína (N), fosfoproteína (P), proteína de matriz (M), glicoproteína (G) y polimerasa (L). Todos los rabdovirus tienen dos componentes estructurales principales: un núcleo de ribonucleoproteína helicoidal (RNP) y una envoltura circundante. En la RNP, el ARN genómico está estrechamente encerrado por la nucleoproteína. Otras dos proteínas virales, la fosfoproteína y la proteína grande (proteína L o polimerasa) están asociadas con la RNP. La glicoproteína forma aproximadamente 400 picos triméricos que están estrechamente dispuestos en la superficie del virus. La proteína M está asociada tanto con la envoltura como con la RNP y puede ser la proteína central del ensamblaje de rabdovirus.

El lisavirus de la rabia tiene forma de bala con una longitud de aproximadamente 180 nm y un diámetro de sección transversal de aproximadamente 75 nm. Un extremo es redondeado o cónico y el otro extremo es plano o cóncavo. La envoltura de lipoproteína lleva púas en forma de protuberancias compuestas de glicoproteína G. Las púas no cubren el extremo plano del virión (partícula de virus). Debajo de la envoltura se encuentra la capa proteica de membrana o matriz (M) que puede estar invaginada en el extremo plano. El núcleo del virión está formado por ribonucleoproteínas dispuestas en hélice.

Organización del genoma

El virión del rabdovirus es una estructura envuelta, con forma de bastón o de bala, que contiene cinco especies de proteínas:

• La nucleoproteína (N) cubre el ARN a la tasa de un monómero de proteínas a nueve nucleótidos, formando un nucleocapsid con simetría helicoidal. Asociado con el nucleócapsida son copias de P (fosfoproteína) y L (grande) proteína.
• La proteína L está bien llamada, su gen tomando alrededor de la mitad del genoma. Su tamaño grande está justificado por el hecho de que es una proteína multifuncional.
• La proteína M (matrix) forma una capa entre el nucleocapside y el sobre
• Trimers of G (glycoprotein) form spikes que protruden desde el sobre.

Los genomas de la mayoría de los rabdovirus poseen los cinco genes que codifican estas proteínas, como en el caso de Rhabdovirus lyssae.

Proteínas

Se calcula que el virus de la rabia causa alrededor de 55.000 muertes al año en todo el mundo y tiene una tasa de mortalidad de casi el 100%. Estas estadísticas, junto con el hecho de que en la actualidad no hay un tratamiento específico, o el medicamento antiviral hace investigación sobre el virus de importancia vital para la comunidad científica para reducir posiblemente la tasa actual de mortalidad. La fosfoproteína del virus de la rabia y la polimerasa son objetivos importantes para los antivirales y se utilizan actualmente para crear la vacuna utilizada para los animales domésticos y salvajes. Se está haciendo mucha investigación para comprender mejor los roles y funciones específicos de la proteína L-P porque ya hay evidencia significativa que podría ser una de las proteínas más importantes para apuntar a futuros fármacos.

Hay cinco proteínas que son codificadas por el genoma del virus de la rabia —fosfoproteína (P), polimerasa (L), proteína matriz (M), nucleoproteína (N), y glucoproteína (G). Estas cinco proteínas se transcriben en mRNA en diferentes cantidades. La proteína más transcribida es la nucleoproteína, luego la fosfoproteína, luego la proteína matriz, luego la glucoproteína y finalmente la polimerasa. De esas proteínas, las que pueden ser las más importantes para las funciones del virus son el complejo de proteínas L-P. Estas dos proteínas son necesarias para la producción de todas las proteínas utilizadas por el virus de la rabia y interactúan con muchas de las otras proteínas para completar las funciones necesarias por el virus para infectar células, replicar y completar otras funciones vitales. Cuando se analizó la estructura de la proteína L-P utilizando UCSF Chimera, se encontró que contenía dos moléculas de zinc, así como 2 anillos de cinco miembros. También se analizaron las estructuras secundarias, y se encontró que había tres tipos diferentes de coil, helix y helix.

fosfoproteína

La fosfoproteína (P) consta de 297 aminoácidos, tiene una masa total de 33 k-Da y es un antagonista interferón tipo I. Se encuentra en una ribonucleoproteína viral formada por ARN rodeada de nucleoproteínas (N), que forman una estructura similar al anillo. Cada nucleoproteína rodea nueve nucleótidos del ARN y las nucleoproteínas junto con la fosfoproteína son importantes para iniciar la síntesis del ARN. La fosfoproteína es en gran medida responsable de evitar que el sistema inmunitario destruya el virus antes de que pueda tomar posesión. Se ha encontrado que detiene la producción de interferones alterando el factor regulador de interferón-3 (IRF-3) y, por lo tanto, evita la función normal de los interferones, lo que le permite seguir infectando al huésped. La fosfoproteína también es muy importante para la replicación. Es un cofactor requerido de la polimerasa viral (L) y es también una chaperona para la nucleoproteína (N), que es responsable de la encapsidación del ARN viral. Se piensa que la proteína P consiste en sólo algunas unidades de repetición.

Proteína estructural grande (polimerasa)

La polimerasa (L) consta de 2127 aminoácidos, tiene una masa total de 242 k-Da e interactúa con la fosfoproteína para formar el complejo de ARN polimerasa dependiente de ARN. L y P se unen entre sí y, según las investigaciones actuales, el principal sitio de unión de L se encuentra en algún lugar de los primeros 19 residuos de la proteína P. Otra investigación encontró que la secuencia de aminoácidos numerada del 1929 al 1933 es la secuencia importante para que la proteína L se una a la proteína P. Se ha descubierto que la proteína L inicia la síntesis y funciona de manera óptima si trabaja junto con la proteína P. La región de 1900 a 1930, que contiene parte de la secuencia que es importante para la unión de las proteínas L y P, y la región de 1870 a 1890 son regiones hidrófilas y también están altamente conservadas entre las cepas del virus de la rabia. La secuencia de 1929 a 1933 también es importante porque está implicada en la síntesis de ARN del virus y, por lo tanto, podría ser un objetivo para nuevos fármacos. El dominio carboxi-terminal de L debe estar presente para que L se una a P. La proteína L también tiene un centro catalítico, mientras que se cree que la proteína P no tiene un centro catalítico. Hay pruebas de que, en el caso del virus de la rabia, la proteína L puede expresarse incluso si no se expresa la proteína P. Esto es diferente de muchos otros virus relacionados, que requieren que ambos se expresen y estén presentes. Uno de los dominios de la proteína L es responsable de acelerar la reacción que da como resultado la protección del ARN y, por lo tanto, podría ser otro buen objetivo para un fármaco antiviral. Las nucleoproteínas (N), que como se mencionó anteriormente ayudan a la proteína P, también interactúan con la proteína L y esto es necesario para la iniciación. También se ha observado que las interacciones entre la proteína L y la proteína M son importantes para su función. Las investigaciones han demostrado que existen interacciones entre las dos proteínas en relación con el equilibrio de la transcripción y la traducción. La polimerasa es una enzima y puede ayudar en el inicio, el alargamiento, la protección, la metilación, la poliadenilación y la polimerización del ARN.

Ciclo de vida

Después de unirse al receptor, el lisavirus de la rabia ingresa a sus células huésped a través de la vía de transporte endosomal. Dentro del endosoma, el bajo valor de pH induce el proceso de fusión de membranas, permitiendo así que el genoma viral llegue al citosol. Ambos procesos, la unión al receptor y la fusión de membranas, son catalizados por la glicoproteína G, que desempeña un papel fundamental en la patogénesis (los virus mutantes sin proteínas G no pueden propagarse).

El siguiente paso después de su entrada es la transcripción del genoma viral por la P-L polimerasa (P es un cofactor esencial para la L polimerasa) para producir nueva proteína viral. La polimerasa viral sólo puede reconocer ribonucleoproteínas y no puede utilizar ARN libre como plantilla. La transcripción está regulada por secuencias que actúan en cis en el genoma del virus y por la proteína M, que no sólo es esencial para la gemación del virus sino que también regula la fracción de producción de ARNm para la replicación. Más adelante en la infección, la actividad de la polimerasa cambia a replicación para producir copias de ARN de cadena positiva de longitud completa. Estos ARN complementarios se utilizan como plantillas para crear nuevos genomas de ARN de cadena negativa. Se empaquetan junto con la proteína N para formar ribonucleoproteína que luego puede formar nuevos virus.

Infección

En septiembre de 1931, Joseph Lennox Pawan de Trinidad encontró cuerpos de Negri en el cerebro de un murciélago con hábitos inusuales. En 1932, Pawan descubrió por primera vez que los murciélagos vampiros infectados podían transmitir la rabia a los humanos y otros animales.

Desde la herida de entrada, el lisavirus de la rabia viaja rápidamente a lo largo de las vías neurales del sistema nervioso periférico. El transporte axonal retrógrado del lisavirus de la rabia al sistema nervioso central (SNC) es el paso clave de la patogénesis durante la infección natural. Se desconoce el mecanismo molecular exacto de este transporte, aunque se ha demostrado la unión de la proteína P del lisavirus de la rabia a la proteína de cadena ligera de dineína DYNLL1. P también actúa como antagonista del interferón, disminuyendo así la respuesta inmune del huésped.

Desde el SNC, el virus se propaga a otros órganos. Las glándulas salivales ubicadas en los tejidos de la boca y las mejillas reciben altas concentraciones del virus, lo que permite que se transmita aún más debido a la salivación en proyectil. La muerte puede ocurrir entre dos días y cinco años desde el momento de la infección inicial. Sin embargo, esto depende en gran medida de la especie de animal que actúa como reservorio. La mayoría de los mamíferos infectados mueren en unas semanas, mientras que cepas de especies como la mangosta amarilla africana (Cynictis penicillata) pueden sobrevivir asintomáticamente a una infección durante años.

Signos y síntomas

Los primeros síntomas de la rabia pueden ser muy similares a los de la gripe, incluyendo debilidad o malestar general, fiebre o dolor de cabeza. Estos síntomas pueden durar días. También puede haber malestar o sensación de picazón o picazón en el lugar de la picadura, que progresa en unos días a síntomas de disfunción cerebral, ansiedad, confusión y agitación. Al inicio de estos síntomas progresivos, la enfermedad comienza a empeorar. A medida que avanza la enfermedad, la persona puede experimentar delirio, comportamiento anormal, alucinaciones e insomnio. El lisavirus de la rabia también puede estar inactivo en el cuerpo de su huésped y volverse activo después de un largo período de tiempo.

El período de incubación de este virus, en algunos casos, puede durar desde semanas hasta meses. Esto no depende de la forma específica del virus. Este largo período de incubación probablemente se deba a la presencia de microARN, que ralentizan la replicación viral en los músculos. Sin embargo, cuando el paciente comienza a presentar síntomas prodrómicos (fiebre, gripe) y síntomas gastrointestinales, el virus se ha extendido ampliamente. Los síntomas prodrómicos se observan dentro de los primeros 2 a 10 días después de la incubación e incluyen fiebre y fatiga. También pueden afectar al sistema respiratorio, provocando dolor de garganta y tos, al sistema gastrointestinal, provocando anorexia, náuseas, vómitos, dolor abdominal, diarrea y al sistema nervioso central. El sistema nervioso central es el más frecuente en algunos casos e incluye sistemas como dolor de cabeza, vértigo, ansiedad, pesadillas, depresión y más. La disfunción neurológica comienza cuando el sistema nervioso central comienza a ralentizarse y a no funcionar correctamente.

Clasificación y tipos antigénicos

El genoma del Lyssavirus incluye una variedad de virus que van desde el virus de la rabia hasta virus genética y antigenéticamente similares a la rabia. Estos virus incluyen los virus del murciélago de Lagos, Mokola y Duvenhage, así como los virus de los murciélagos europeos. Mediante otra caracterización antigenética, se descubrieron más de 350 virus de la rabia sólo en América. Se asociaron cuatro grupos filogenéticos con estos virus. Además, otras áreas de circulación del virus, como E. fuscus, fueron encontrados a través de este descubrimiento. Aunque estos virus provienen del mismo genoma, los estudios de protección cruzada muestran que los animales que habían recibido la vacuna Lyssavirus contra la rabia tradicional no estaban completamente protegidos cuando se expusieron a otros tipos de Lyssavirus.

Esto lleva a una categorización diferente de estos virus de la rabia. Una clasificación fija indica que el virus se adaptó mediante pase en animales o cultivo celular. La clasificación de tipo salvaje, más generalmente conocida como tipo callejero, implica que el virus se adaptó por otros medios, como una mordedura. Para diferenciar las variantes de la rabia callejera, los anticuerpos monoclonales identificaron orígenes en reservorios huéspedes en todo el mundo. Esto sugirió fuentes de exposición incluso cuando la mordedura no figuraba en el historial del paciente.

Antigenicidad

Al entrar el virus en el cuerpo y también después de la vacunación, el cuerpo produce anticuerpos neutralizantes del virus que se unen e inactivan el virus. Se ha demostrado que regiones específicas de la proteína G son más antigénicas al conducir a la producción de anticuerpos neutralizantes del virus. Estos sitios antigénicos, o epítopos, se clasifican en regiones I a IV y sitio menor a. Trabajos anteriores han demostrado que los sitios antigénicos II y III son los más comúnmente atacados por anticuerpos neutralizantes naturales. Además, se ha demostrado que un anticuerpo monoclonal con funcionalidad neutralizante se dirige al sitio antigénico I. Se ha demostrado que otras proteínas, como la nucleoproteína, no pueden provocar la producción de anticuerpos neutralizantes del virus. Los epítopos que se unen a los anticuerpos neutralizantes son tanto lineales como conformacionales.

Evolución

Todos los virus de la rabia existentes parecen haber evolucionado en los últimos 1500 años. Hay siete genotipos de Lissavirus de la rabia. En Eurasia, los casos se deben a tres de ellos: el genotipo 1 (rabia clásica) y, en menor medida, los genotipos 5 y 6 (lisavirus del murciélago europeo tipos 1 y 2). El genotipo 1 evolucionó en Europa en el siglo XVII y se extendió a Asia, África y América como resultado de la exploración y colonización europea.

La rabia en murciélagos en América del Norte parece haber estado presente desde 1281 d.C. (intervalo de confianza del 95%: 906-1577 d.C.).

El virus de la rabia parece haber experimentado un cambio evolutivo en sus huéspedes desde Chiroptera (murciélagos) a una especie de Carnivora (es decir, mapache o zorrillo) como resultado de un evento de recombinación homóloga que ocurrió hace cientos de años. Este evento de recombinación alteró el gen que codifica la glicoproteína del virus que es necesaria para el reconocimiento y la unión del receptor.

Aplicación

El lisavirus de la rabia se utiliza en la investigación del rastreo neuronal viral para establecer conexiones sinápticas y la direccionalidad de la transmisión sináptica.

Curiosamente, la vacuna contra el virus de la rabia que se creó utilizando el complejo SAD-B19, que incluye la proteína L-P, se utilizó en la creación de una vacuna para el SARS-CoV-2. La proteína S1 del SARS-CoV-2 se insertó en el vector de la vacuna contra el virus de la rabia para crear una nueva vacuna que demostró ser eficaz para proteger contra la COVID-19. El virus de la rabia también se ha utilizado para crear una vacuna contra el Ébola, llamada FiloRab1, y se descubrió que es 100% efectiva para primates no humanos.