La gripe y sus virus (I)

Dado que la alerta sanitaria sobre la gripe aviar H7N9 desencadenada en China recientemente (ver post anterior) va a atraer la atención del público y los medios durante un tiempo, en este post vamos a intentar resumir lo que hay que saber sobre los virus de la gripe, para proporcionar a los lectores la información básica que permita “digerir” correctamente la presumible avalancha de noticias sobre el tema en los próximos meses.

Como el tema es algo extenso, lo dividiremos en dos partes. La primera, que es la que va a continuación, describe los tipos de virus de la gripe, su diversidad genética y antigénica, y su evolución. En la segunda parte se hablará de cómo seleccionan los virus de la gripe las especies animales a las que infectan, qué hacen para atravesar la “barrera de especies”, y cómo es que algunos virus de la gripe adquieren una mayor virulencia. Al final se incluye un glosario con una definición de términos técnicos empleados a lo largo de estas explicaciones, para los lectores que no estén familiarizados con la jerga. 

Tipos de virus de la gripe.

Los virus de la gripe, o influenza, que tanto da (1), pertenecen a la familia Orthomyxoviridae, que son un grupo de virus con envoltura lipídica y genoma dividido constituido por ocho segmentos de ARN monocatenario (ver Figura 1). Existen tres géneros dentro de esta familia, los influenzavirus A, B y C, siendo el “A” el más importante desde el punto de vista sanitario (2). Los influenzavirus A son los únicos responsables de la gripe aviar, además de ser los agentes causales de la gripe común en humanos, y de las gripes porcina y equina. El tipo B se considera restringido a humanos y el C se ha aislado en el hombre y en el cerdo. En este post nos ceñiremos al género más relevante, el de los influenzavirus de tipo A.

Subtipos antigénicos.

Los virus de la gripe exhiben en su superficie dos tipos de glicoproteínas mayoritarias insertadas en su envoltura lipídica, conocidas como hemaglutinina (HA) y neuraminidasa (NA) (Figura 1) en las que residen tanto la unión a receptores celulares como los sitios principales de reconocimiento antigénico por parte del sistema inmunitario del hospedador. Los subtipos antigénicos de los virus influenza (o gripe) tipo A vienen determinados según la particular composición de HA y NA que exhiben en la superficie. Se conocen 16 subtipos diferentes de HA (H1-H16) y 9 de NA (N1-N9). Estas dos glicoproteínas víricas se pueden presentar en cualquier combinación, lo que da lugar a 144 combinaciones o subtipos antigénicos de virus influenza, distinguibles serológicamente. Cada subtipo tiene sólo una clase de antígeno HA y una clase de antígeno NA. Se denominan HxNy siendo x e y el subtipo de HA y NA, respectivamente, que poseen. Por ejemplo, H5N1 designa el virus influenza A que posee HA del subtipo H5 y NA del subtipo N1. Conviene recalcar que dentro de cada subtipo existe una considerable variabilidad genética, antigénica y fenotípica, como veremos a continuación.

Los “otros” segmentos de ARN de los virus gripales les confieren una extensa diversidad genética.

Como hemos dicho antes, el genoma de los virus influenza tipo A está dividido en ocho segmentos (moléculas) de ARN, cada uno de los cuales codifica una o dos proteínas distintas del virus. Así, tenemos que además de las glicoproteínas de superficie HA y NA que ya hemos mencionado, el virus posee otras 9 proteínas, conocidas como PB1, PB1-F2, PB2, PA, M1, M2, NS1, NS2 y NP, cada una de ellas necesaria para distintas funciones relacionadas con el ciclo biológico del virus (que no vamos a detallar), y codificadas en distintos segmentos del ARN vírico (Figura 2). Como estas proteínas también varían entre cepas del virus, resulta que al final la variabilidad genética de estos virus es enorme. Digamos que a los 144 posibles subtipos antigénicos mencionados en el apartado anterior habría que añadir la variabilidad aportada por cada una de las variantes genéticas conocidas de las 8 proteínas víricas. Para hacernos una idea, si quisiéramos tipificar completamente una cepa de virus de gripe, a la denominación “antigénica” “HxNy” habría que añadir la información correspondiente a la variante de cada proteína vírica: “HxNyPB1zPB1-F2aPB2bPAcM1dM2eNS1fNS2gNPh” donde x, y, z, a, b, c, d, e, f, g y h serían las variantes concretas de cada una de las proteínas presentes en la cepa, que aunque no sean tan variables como la HA y la NA, también varían. Realmente no existe una nomenclatura de este tipo, pero sí que se tipifican determinadas cepas por medio de la secuenciación completa de todos los ARN que componen su genoma. Ya veremos en el siguiente post para qué sirve todo esto.

Evolución de los virus de gripe.

¿De dónde surge toda esa variabilidad? Pues de la mutación y la selección que ocurre a nivel de cada segmento de ARN. Los virus con genoma de ARN poseen una alta tasa de mutación porque las enzimas que copian su genoma (ARN-polimerasas) carecen de actividad correctora de errores en la copia, de modo que se van introduciendo al azar errores en la secuencia de nucleótidos de la hebra de ARN. Las hebras resultantes de estas copias no del todo exactas forman parte de la nueva generación de virus que emerge de la célula infectada, y están sujetos a un proceso de selección natural (3). El medio actúa de filtro permitiendo que sobrevivan solo aquellos virus adaptados funcionalmente a unas condiciones ambientales concretas que prevalecen en el medio al que se enfrentan. A ello hay que añadir una propiedad singular de los virus que poseen genoma segmentado, como los virus gripales: dos variantes diferentes del virus pueden intercambiar segmentos de su genoma al azar si se encuentran co-infectando al mismo indivíduo. Este fenómeno es conocido como “redistribución genética” (“genetic reassortment”) y ofrece a los virus con genoma segmentado (como los virus de la gripe) un mecanismo muy eficaz de “barajar genes”, generando combinaciones distintas que pueden igualmente probar su eficacia frente a la selección natural ejercida por el medio. Volveremos sobre esto en la segunda parte.

Corolario 

En esta primera parte hemos visto que los virus gripales comprenden una enorme variedad de formas víricas, y hemos analizado la base de esa variedad a nivel molecular. Si después de leer esto aún les quedan ganas de seguir, en la segunda parte exploraremos sus características funcionales y cómo se las apañan para mantener en la naturaleza semejante diversidad, y como van surgiendo formas que a veces son capaces de saltar la barrera de especie y generar variantes más patógenas, dando lugar ocasionalmente a las pandemias de gripe.

Notas.

(1) El nombre de ” influenza”  se empleó ya en 1358 en Florencia, atribuyendo a la “influencia” de los astros, o posiblemente del frío, su aparición. El nombre de “grippe” (empleado por Sauvage en 1742), proviene del término francés “grippan”, y éste del alemán, “greiffen”, que quieren decir “agarrar”. Estas denominaciones han dado origen a las españolas de “gripe” e “influenza”, hoy en día consideradas sinónimas. Actualmente es el término gripe el más empleado en el lenguaje común. En términos científicos, gripe e influenza son sinónimos, y si bien la palabra gripe es más utilizada en el ámbito médico, influenza lo es en el veterinario.

(2) La denominación “gripe A”, popularizada en los medios de comunicación a raíz de la última pandemia de gripe de 2009, no es muy precisa que digamos, pues engloba a todos los influenzavirus tipo “A”, sean humanos, aviares, porcinos o equinos.

(3) Cualquier ser vivo está sujeto a evolución en un proceso que implica selección natural a partir de poblaciones sujetas a variabilidad genética. En eso, los virus se comportan como cualquier ser vivo. Sin embargo, al carecer de actividad metabólica propia, formalmente no se les considera «seres vivos» como tales, aunque sin duda forman parte de la materia viva.

Glosario

Antígeno: sustancia, normalmente parte de un microorganismo (virus, bacteria, parásito), que es reconocida y atacada por el sistema inmunológico del hospedador.

ARN monocatenario: ácido ribonucleico constituido por una sola cadena de nucleótidos. Los virus pueden tener genomas  mono o bicatenarios, de ARN o ADN.

Genoma: Dotación genética completa de una especie.

Glicoproteínas: proteínas que llevan en su estructura unas sustancias conocidas como glicanos, químicamente polisacáridos o azúcares complejos.

Hospedador o huésped: Organismo susceptible de forma natural a la infección por un determinado tipo de virus, bacteria o parásito.

Lipídica: perteneciente o relativa a los lípidos, que son las grasas naturales presentes en todos los organismos vivos. Todas las células y algunos virus como los de la gripe están rodeados por una membrana consistente en una doble capa de lípidos, que es una estructura conocida como bicapa lipídica.

Mutación: cambio genético que puede originar variaciones medibles en el organismo que la sufre.

Patogenicidad: capacidad de producir enfermedad en el hospedador. A veces se emplea como sinónimo de virulencia.

Serológico: relativo a la serología, que es un conjunto de técnicas de laboratorio que hacen uso de los anticuerpos (proteínas defensivas que genera el sistema inmunitario como respuesta a la presencia de una sustancia ajena al organismo, como p. ej. un agente infeccioso) para detectar, identificar y/o tipificar «antígenos», como pueden ser agentes infecciosos o partes de éstos.

Secuencias de nucleótidos: En el material genético de los virus, como en el de cualquier ser vivo, la información se dispone en largas secuencias de nucleótidos. Los nucleótidos son las unidades o «bloques» básicos que constituyen los ácidos nucléicos (ADN y ARN) que integran el material genético. Cada nucleótido consta de un tipo de base nitrogenada unido a un azúcar  y a un fosfato. Hay cuatro tipos de bases nitrogenadas, designadas abreviadamente como A, C, G y T (U en el ARN). Las hebras de ADN o ARN consisten en largas hileras de nucleótidos formando hebras de miles de ellas (en los virus más pequeños) o millones en los cromosomas celulares. El orden en que están colocados esos diferentes tipos de nucleótidos en las largas moléculas de ADN o ARN es lo que conocemos como «secuencia de  nucleótidos» y es la forma que tienen los organismos de almacenar la información genética.

Tasa de mutación: frecuencia con la que ocurren errores  (mutaciones) al replicarse (copiarse) el material genético de un determinado organismo.