A diferencia del resto de los seres vivos, los genomas de los virus consisten, en su mayoría, de hebras simples de ARN (ssRNA). Al tener solo ARN, pueden evolucionar mucho más rápido que cualquier organismo, ya que en la replicación del ARN no se da la corrección de errores (más conocido como "proofreading"). Pero, aquellos pocos virus cuyos genomas consisten en hebras dobles de ADN (dsDNA), tienen la peculiaridad de que la presión que hay dentro de la cápside sea de más de 50 atmósferas¡... Siendo más de 10 veces la presión encontrada dentro de cualquier sistema vivo. Pero que función cumple esta presión tan alta en estos organismos tan singulares?
En primer lugar, la cápside de los virus de ADN consiste en una única proteína que está unida a las demás solo por enlaces hidrofóbicos, electrostáticos y puentes de hidrógeno. Para poder empacar todo el genoma en tan poco espacio, la proteína motor debe ejercer fuerzas superiores a los 50pN y para que la cápside soporte las 50atm de presión interna, las proteínas están sometidas a tensiones superiores a los 100mN/m, siendo muchas veces más alta que la tensión crítica soportada por la membrana celular.
La razón biológica de las 50atm de presión es para que el ADN sea descargado en la célula hospedadora, es como cuando vas ha hacer el dos, necesitas ejercer una presión para que "desalojes al inquilino". La razón física es que el ADN es muy difícil de comprimir, por lo que se requiere de presiones enormes para poder empacarlo y que entre en un espacio tan chiquito, como es la cápside de un virus. Por ejemplo, el fago Lambda tiene una cápside de 25nm de diámetro, su ADN tiene 50 genes y mide 17000nm.
Estudios realizados por Kindt et al. y Smith et al.demostraron que las fuerzas requeridas para empacar el ADN, en el fago Lambda y Phi 29, aumentaban de unos pocos a decenas de piconewtons cuando el 75% del genoma era empacado. Otros estudios demostraron que la concentración de sales y la proporción del tamaño del ADN con respecto al volumen de la cápside, determinaban las fuerzas y presiones internas del virus, modulando las fuerzas de repulsión de las hebras de ADN.
Por estas razones, la mayoría de los virus altamente presurizados son del tipo de los bacteriófagos, que no necesitan ingresar al citoplasma de la célula hospedera para descargar su material genético, basta con unirse a la membrana externa y descargar todo el "paquete" usando la elevada presión interna de la cápside. Además, los fagos deben tener como material genético ADN de doble hebra ya que el ARN o el ADN de hebra simple es muy fácil de comprimir, por lo tanto, la presión interna no pasará de las 5 atmósferas. Es por esta razón que la mayoría de los virus de plantas y animales están compuestos sólo de ARN, no necesitan inyectar su material genético en la célula hospedadora, estos virus entran a través de la membrana celular, para luego desintegrarse y liberar su ARN. Aunque hay excepciones como el virus del Herpes, cuyo material genético es ADN de doble hebra. Primero entra a través de la membrana celular y se dirije al núcleo, para luego inyectar su ADN a través de los poros de la membrana nuclear.
Como la ciencia no termina ahí, siempre que se encuentra la respuesta a algo, se forman nuevas preguntas. Por ejemplo, cuando la presión osmótica del citoplasma de la célula hospedadora es de varias atmosferas, la inyección del ADN se detendrá cuando la presión interna del fago se equilibre con la del citoplasma, como hace el virus para terminar de exportar todo su material genético?
Williams, M. (2007). Stuffing a virus with DNA: Dissecting viral genome packaging Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (27), 11125-11126 DOI: 10.1073/pnas.0704764104
En primer lugar, la cápside de los virus de ADN consiste en una única proteína que está unida a las demás solo por enlaces hidrofóbicos, electrostáticos y puentes de hidrógeno. Para poder empacar todo el genoma en tan poco espacio, la proteína motor debe ejercer fuerzas superiores a los 50pN y para que la cápside soporte las 50atm de presión interna, las proteínas están sometidas a tensiones superiores a los 100mN/m, siendo muchas veces más alta que la tensión crítica soportada por la membrana celular.La razón biológica de las 50atm de presión es para que el ADN sea descargado en la célula hospedadora, es como cuando vas ha hacer el dos, necesitas ejercer una presión para que "desalojes al inquilino". La razón física es que el ADN es muy difícil de comprimir, por lo que se requiere de presiones enormes para poder empacarlo y que entre en un espacio tan chiquito, como es la cápside de un virus. Por ejemplo, el fago Lambda tiene una cápside de 25nm de diámetro, su ADN tiene 50 genes y mide 17000nm.
Estudios realizados por Kindt et al. y Smith et al.demostraron que las fuerzas requeridas para empacar el ADN, en el fago Lambda y Phi 29, aumentaban de unos pocos a decenas de piconewtons cuando el 75% del genoma era empacado. Otros estudios demostraron que la concentración de sales y la proporción del tamaño del ADN con respecto al volumen de la cápside, determinaban las fuerzas y presiones internas del virus, modulando las fuerzas de repulsión de las hebras de ADN.Por estas razones, la mayoría de los virus altamente presurizados son del tipo de los bacteriófagos, que no necesitan ingresar al citoplasma de la célula hospedera para descargar su material genético, basta con unirse a la membrana externa y descargar todo el "paquete" usando la elevada presión interna de la cápside. Además, los fagos deben tener como material genético ADN de doble hebra ya que el ARN o el ADN de hebra simple es muy fácil de comprimir, por lo tanto, la presión interna no pasará de las 5 atmósferas. Es por esta razón que la mayoría de los virus de plantas y animales están compuestos sólo de ARN, no necesitan inyectar su material genético en la célula hospedadora, estos virus entran a través de la membrana celular, para luego desintegrarse y liberar su ARN. Aunque hay excepciones como el virus del Herpes, cuyo material genético es ADN de doble hebra. Primero entra a través de la membrana celular y se dirije al núcleo, para luego inyectar su ADN a través de los poros de la membrana nuclear.
Como la ciencia no termina ahí, siempre que se encuentra la respuesta a algo, se forman nuevas preguntas. Por ejemplo, cuando la presión osmótica del citoplasma de la célula hospedadora es de varias atmosferas, la inyección del ADN se detendrá cuando la presión interna del fago se equilibre con la del citoplasma, como hace el virus para terminar de exportar todo su material genético?Williams, M. (2007). Stuffing a virus with DNA: Dissecting viral genome packaging Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (27), 11125-11126 DOI: 10.1073/pnas.0704764104
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