Viaje del SARS-CoV-2 por la célula
Madrid, 5 de Marzo de 2020. Son las 09:02, Paula se ha entretenido esta mañana con las noticias sobre la enfermedad del COVID-19 causado por el nuevo virus SARS-CoV-2 y llega tarde al trabajo. De camino, se encuentra en el metro con Raquel, una de sus mejores amigas “¡Qué ilusión! Cariño, me tengo que ir corriendo que llego tarde, pero este viernes nos vemos”, dice Paula. Se dan un abrazo y un beso de despedida. Lo que ninguna de las dos sabe es que Raquel está infectada por SARS-CoV-2 y que, en las escasas gotas de saliva que le ha dejado a Paula en la mejilla después del beso, residen miles de virus programados para infectar. Acto seguido, Paula se frota la nariz involuntariamente. Ups, los virus han entrado por sus fosas nasales y están dispuestos a continuar con su misión: montar un ejército de millones de copias de sí mismos. Pero, ¿cómo lo conseguirán?
Resumamos las características básicas de estos curiosos seres para poder seguirle la pista al SARS-CoV-2 infectando a Paula. Los virus son agentes infecciosos capaces de multiplicarse en células animales, bacterias, células vegetales, etc. Como ya sabemos, los seres vivos nacen, crecen, se reproducen y mueren. Sin embargo, los virus no cumplen la mayor parte de estas funciones, son como nano-robots cuya única capacidad es infectar a la célula para hacer réplicas de sí mismos.
En cuanto a la estructura de los virus, es mucho más sencilla que la de cualquier otro organismo. Estos están compuestos por material genético que puede ser ADN o ARN, rodeados por una cápsida, que es una “cajita” compuesta de proteínas con función protectora y con un papel determinante en la infección de la célula hospedadora. Además, pueden estar desnudos presentando la cápsida como última capa, o bien rodeados por una envoltura compuesta de lípidos. La última capa que rodea a los virus, ya sea la cápsida o la envoltura, presenta glicoproteínas que les ayudarán a identificar y penetrar la célula que van a infectar. En esta imagen podemos ver la diferencia entre un tipo de virus desnudo, los virus de la familia del Adenovirus, y un virus envuelto como los Coronavirus, familia a la que pertenece nuestro famoso SARS-CoV-2:
Como vemos en la imagen, si descartamos la envoltura de los Coronavirus, podemos observar que los Adenovirus son más complejos, ¿no os parece que le falta algo que el Adenovirus sí tiene? En efecto, en este caso no vemos proteínas que formen una cápsida (esa cajita de proteínas en la que se guarda el material genético), sino que sólo tiene proteínas asociadas directamente al ARN, formando el complejo conocido como nucleocápsida.
Volvamos a la mala pata que ha tenido Paula al frotarse la nariz. Tras entrar los virus por la nariz, bajan hacia la garganta de Paula. Si fijamos la atención en la membrana de una célula epitelial de su faringe, parece que tiene algo raro pegado. En efecto, es el SARS-CoV-2 que está infectando a esta célula. El virus presenta en su envoltura la glicoproteína S, de Spike, que reconoce a la famosa proteína de membrana de las células epiteliales ACE2. La glicoproteína S se asemeja a una llave y ACE2 a una cerradura y al interaccionar se desencadena la unión de las membranas celular y viral. Una vez abierta la cerradura, SARS-CoV-2 obliga a la célula a engullirle, penetrando así en su interior. Este proceso se conoce con el nombre de endocitosis y ocurre de esta manera:
Ya no hay vuelta atrás, el virus se encuentra dentro de las células epiteliales de la garganta de Paula. Tras el proceso de endocitosis, el SARS-CoV-2 libera al citoplasma su material genético, es decir, el ARN. A partir de este ARN obtendrá muchas copias tanto del ARN como de las proteínas que formarán su cápsida. Para esto, se sirven de la célula produciendo copias de sí mismos, como si la célula fuese una fábrica de virus, y necesitando exclusivamente el material genético para llevar a cabo todo este complejo proceso. Para ello, utilizando la maquinaria de la propia célula, se hacen miles de copias del ARN viral. Algunas de estas copias se quedan como almacén de material genético mientras que otras se usan para generar las miles de proteínas necesarias para montar la nucleocápsida y las glicoproteínas de la envoltura lipídica.
Ha llegado la hora de ensamblar el virus. Todo el material necesario para montar el virus: ARN, proteínas de la nucleocápsida y glicoproteínas de la envoltura, se ensambla y se introduce dentro de una vesícula. Esta vesícula se transporta hacia la membrana de las células epiteliales, saliendo de la célula por exocitosis, que es el proceso contrario a la endocitosis.
Tras un tiempo, miles de copias de virus salen de una sola célula, hasta que la célula muere. Estos nuevos virus que han salido ya son capaces de infectar otras células sanas. ¡Ahora ya podemos juntar todo el mecanismo!
Aún quedan muchas preguntas sin resolver con respecto al SARS-CoV-2 y puede que todo dé un giro inesperado. De momento, hemos intentado plasmar una pequeña parte de lo poquito que se conoce hasta ahora de este virus, pero este tema seguirá avanzando en los próximos meses.
A pesar de todo esto, cada virus es un mundo y cada uno tiene su propio sistema de replicación en las células. Por ello, no podemos generalizar los mecanismos de replicación, pero todos siguen un mismo esquema general; introducción del material genético en la célula hospedadora, replicación del material genético, producción masiva de proteínas y glicoproteínas y por último, ensamblaje y salida al espacio extracelular conllevando la muerte de la célula hospedadora. Personalmente, me parece apasionante la capacidad que tienen los virus de que siendo un sistema tan, tan simple, consigan que un organismo muchísimo más complejo como lo es una célula humana, se pare a sus órdenes, y comience a ser una fábrica exprés de estos nano-robots.
Glosario
ADN: ácido desoxiribonucleico. Material genético que se encuentra en el núcleo de las células y contiene toda la información necesaria para producir los distintos componentes de la célula.
ARN: ácido ribonucleico. Esta es la molécula intermedia necesaria para poder desencriptar la información que viene en el ADN para, posteriormente, producir las proteínas que se encargan de la mayor parte de procesos que tienen lugar en nuestras células. Sin embargo, en ciertos organismos, como en caso de los Coronavirus, este ARN es directamente el material genético que contiene toda la información.
Glicoproteína: como su propio nombre indica, es una proteína unida covalentemente a un azúcar.
Célula epitelial: nosotros estamos compuestos por millones de células, y dependiendo de la función que tenga esa célula recibe nombres distintos. En este caso, las células epiteliales son las células de la piel y las células que forman los tejidos que recubren los órganos internos.
Endocitosis: este palabro no es más que un proceso por el cual las células introducen en su interior moléculas del exterior, rodeándolas con un trocito de su membrana.
Para saber más
- Artículo interesantísimo que explica por qué este SARS-CoV-2 tiene una tasa infectiva tan elevada en comparación con el resto de SARS-CoV, en Español: ccu cgg cgg gca Las doce letras que cambiaron el mundo Aquí describen otro mecanismo de entrada que se ha descrito para el SARS-CoV-2. Este mecanismo consiste en la fusión de ambas membranas, celular y viral, e introducción del material genético directamente en la célula hospedadora.
- Si quieres saber información más técnica sobre la familia del coronavirus, en Inglés: Coronavirinae