El virus gripal pandémico H1N1

1. Clasificación, morfología y características

Los virus de la gripe pertenecen a la familia Orthomyxoviridae, virus de tamaño mediano, ARN monocatenario y simetría helicoidal. Están provistos de una membrana de envoltura de origen lipídico 1. El nombre Orthomyxoviridae hace referencia a la afinidad que presentan por la mucina, mucoproteína presente en el moco de diversas secreciones y en algunos receptores epiteliales, en la membrana de los hematíes y en el suero (de ahí su capacidad hemaglutinante) 2, 3.

Esta familia incluye cinco géneros, en base a sus diferencias genómicas y estructurales (Tabla 1). El virus pandémico del 2009 se incluye en el género Influenzavirus A de esta familia.

Tabla 1: Clasificación de los vírus Orthomyxoviridae

Orthomyxoviridae: Clasificación Baltimore Grupo V: (-) virus del ARNss

Género

Especie

Subtipo

Huésped

Influenzavirus A

Gripe A

H1N1, H1N2, H2N2, H3N1, H3N2, H3N8, H5N1, H5N2, H5N3, H5N8, H5N9, H7N1, H7N2, H7N3, H7N4, H7N7, H9N2, H10N7

Humanos, aves,otros mamíferos (cerdo, caballo…)

Influenzavirus B

Gripe B

 

Humanos, focas

Influenzavirus C

Gripe C

 

Humanos, cerdos y perros.

Isavirus

Virus de la Anemia Infecciosa del Salmón (ISA)

 

Salmo salar (Salmón del Atlántico).

 

Thogotovirus

Thogoto virus (THOV)

Thogoto virus (THOV)

Garrapatas, Mosquitos, Mamíferos (incluyendo humanos)

Dhori virus

Batken virus (BATV)
Dhori virus (DHOV)

Desde el punto de vista morfológico, los viriones tienen un diámetro de 80 a 120 nm, son pleomórficos pero tienden a adquirir una forma esférica o filamentosa en función de la cepa y el tipo de célula hospedadora 4, 5. Su envoltura lipídica deriva de la membrana plasmática de la célula infectada (Figura 1).

Figura 1: Morfología y componentes principales del virus de la gripe A. Modificado de R. Ortiz de Lejarazu.

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En la superficie interna de la envuelta se encuentra el armazón proteico del virus, compuesto principalmente por la proteína M1, a la que se asocia la proteína NEP (Nuclear Export Protein), implicada en la exportación de las ribonucleoproteínas (RNPs) al citoplasma 6-35. Atravesando la membrana lipídica encontramos la proteína M2, que forma un canal iónico de gran importancia para la correcta infectividad de las partículas virales 7.

Más internamente en la estructura y atravesando también la envoltura, a modo de proyecciones, se disponen dos glicoproteínas, la hemaglutinina (HA) y la neuraminidasa (NA). La glicoproteína NA forma un homotetrámero 8, 9 y presenta forma de bastón, mientras que la HA forma un homotrímero 10 y su estructura termina en una forma globular (Figura 2).

Figura 2: Distribución de las hemaglutininas y neuraminidasas en la superficie del virus Influenza, según su disposición espacial. Fuente: Harris A. et al. PNAS 2006, 13: 19123-7. 11

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La HA es el componente glicoproteíco mas importante y constituye el 25 % de las proteínas víricas. Es la responsable tanto de la fijación del virus a los receptores mucoproteícos de las células del epitelio respiratorio como de la fusión entre la envoltura vírica y la membrana celular. Es uno de los principales antígenos del virus siendo el desencadenante fundamental de la producción de anticuerpos neutralizantes 12.

La NA es una N-acetilneuraminilhidrolasa, enzima que cataliza la liberación del ácido N-acetilneuramínico, constituyente de todas las mucinas. Su función principal es la liberación de las partículas virales de las mucosas permitiendo el ingreso del virus en la célula así como la liberación y difusión de nuevos viriones y apoptosis celular. Al igual que la HA, contiene determinantes antigénicos específicos de cada cepa 12.

En la parte más interna se localiza la nucleocápside, que contiene ocho fragmentos de ARN monocatenario de polaridad negativa superenrollado 13 asociado a la nucleoproteína (NP) 14 y las polimerasas (PB1, PB2 y PA), que constituyen el complejo enzimático viral encargado de la síntesis del ARN.

Las ocho ribonucloproteínas (RNPs) contienen aproximadamente 13.500 nucleótidos y codifican las once proteínas mediante mecanismos de procesamiento alternativo (splicing) y la utilización de una fase de lectura abierta (ORF) alternativa del ARNm 15 (Tabla 2).

Tabla 2: Segmentos genómicos de los virus gripales A. Polipéptidos y sus funciones.

Segmentos

de ARN

Productos génicos

y denominación

Peso molecular

(kD)

Función

1

PB2

96

Transcripción y replicación del ARN

2

PB1

87

3

PA

85

4

HA0 (HA1, HA2)

80

Glucoproteína de adhesión al receptor celular y de fusión.

5

NP

60

Componente mayor del nucleocápside. Síntesis del ARN. Ordenación helicoidal

6

NA

 

60

Glucoproteína enzimática. Hidrólisis del ácido siálico y liberación del virus.

7

M1

17

Maduración y liberación del virus

M2

12

Glucoproteína de membrana. Canal iónico de membrana

8

NS1

25

Proteína no estructural. Función desconocida

NS2

12

Proteína estructural y no estructural. Función desconocida.

Modificado de R. Ortiz de Lejarazu.

Se han descrito dos proteínas no estructurales del virus (NS1 y PB1-F2) que se encuentran en las células infectadas pero no están presentes en la partícula viral. Estas proteínas se han descubierto recientemente y su función exacta todavía se desconoce. NS1 ejerce un gran número de funciones en distintas etapas de la infección, sobre todo relacionadas con la evasión de la respuesta inmune celular y con la regulación de procesos que llevan a optimizar la expresión de las proteínas virales. Se localiza preferentemente en las mitocondrias de la célula infectada y se la ha relacionado con procesos de apoptosis durante la infección 16, 17.

2. Variaciones antigénicas

Los virus gripales poseen dos clases de antígenos: los antígenos internos específicos de tipo, NP y M1 y los antígenos superficiales específicos de subtipo, HA y NA 18, 19. Hasta la fecha se conocen 16 HA y 9 NA distintas, todas ellas descritas en aves, aunque entre las gripes de origen aviar las más comunes y patogénicas son los virus H5 y H7 20 (Tabla 3).

Tabla 3: Hospedadores naturales de los virus de la gripe A.

Hospedadores naturales de los virus de la gripe A

Hemaglutinina

Neuraminidasa

Subtipo

Hospedadores predominantes

Subtipo

Hospedadores predominantes

H1

Humanos, cerdos, aves

N1

Humanos, cerdos, aves

H2

Humanos, cerdos, aves

N2

Humanos, cerdos, aves

H3

Aves, humanos, cerdos, caballos

N3

Aves

H4

Aves

N4

Aves

H5

Aves, (humanos)

N5

Aves

H6

Aves

N6

Aves

H7

Aves, caballos (humanos)

N7

Caballos, aves

H8

Aves

N8

Caballos, aves

H9

Aves, (humanos)

N9

Aves

H10

Aves

 

H11

H12

H13

H14

H15

H16

Modificado de Nicholson KG et al. Influenza. Lancet 2003; 362

Esta variabilidad antigénica es característica de los virus influenza A y se debe a que estos virus ARN tienen mecanismos de mutación y recombinación que les permite cambiar y adquirir una mayor o menor virulencia y patogenicidad e incluso la capacidad de atravesar las barreras de susceptibilidad inter-especies 21, 22.

Se trata de un proceso de evolución continua mediado por mutaciones que les permite adaptarse al hospedador y a las condiciones del ambiente. Es una evolución obligada conocida como presión selectiva 23. Los cambios son sustituciones de nucleótidos, delecciones e inserciones de tripletes causados principalmente por los errores de la polimerasa de ARN durante la transcripción. Estas mutaciones se van acumulando en cada ciclo de transcripción y generan variantes de función o estructura de las proteínas 24.

La frecuencia de mutación de los virus de la gripe es de 1:100.000 de nucleótidos. Estas nuevas variantes obtienen una ventaja evolutiva ya que los anticuerpos existentes no podrían neutralizar al virus.

Existen dos tipos de cambios principalmente:

Variaciones menores o deriva antigénica (antigenic drift): Afectan principalmente a la HA y la NA y suponen la aparición de una cepa frente a la cual, la población presenta una inmunidad parcial por exposiciones previas a las cepas originales. Se produce por tanto una selección inmunológica de mutantes de escape inmune. Las epidemias anuales de gripe se producen como consecuencia de estas variaciones menores 25.

Variaciones mayores o reemplazo antigénico (antigenic shift): Implican la aparición de una cepa antigénicamente nueva. Si estos cambios se dan en genes que codifican para la HA o la NA la cepa resultante podría extenderse rápidamente y provocar una gran morbilidad y mortalidad en toda la población, incluyendo gente joven y sana, ya que la inmunidad previa existente no sería capaz de frenar el desarrollo de la infección. Estos cambios antigénicos son responsables del origen de la grandes pandemias de gripe de la historia 21, 22 y por lo tanto del origen del virus pandémico H1N1 del 2009.

Existen dos hipótesis que explican el origen de las variaciones mayores:

Reordenamiento genético: Este proceso consiste en un intercambio de genes de virus procedentes de diferentes especies que co-infectan al mismo huésped 25. Para que el reordenamiento pueda llevarse a cabo debe existir una especie susceptible a infectarse por ambos virus. Los virus de la gripe humanos tienen preferencia por los ácidos siálicos unidos a la galactosa por un enlace alfa-2-6 10. Se cree que esta es la base bioquímica por la cual los virus no pueden traspasar las barreras inter-especies, ya que los virus aviares tienen preferencia por los ácidos siálicos unidos a la galactosa por un enlace alfa 2-3.

En la faringe de los cerdos existen ambos tipos de enlaces entre el ácido siálico y la galactosa por lo que son susceptibles a padecer infecciones por linajes aviares y humanos favoreciendo la aparición de nuevas cepas virales potencialmente pandémicas por reordenamiento entre virus aviares y humanos 26 (Figura 3). Esto explicaría el hecho de que las pandemias a menudo surgen en áreas geográficas donde los humanos, cerdos y aves acuáticas conviven de forma próxima 27, 28.

Figura 3: Reordenamiento genético

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Salto directo de barrera de especie: Se trata de una trasmisión directa a humanos sin intermediarios. La mayor parte de estas transmisiones inter-especie no prosperan y simplemente causan brotes ocasionales aislados 29, 30, 31, 32.

3. El origen del nuevo virus pandémico H1N1 (2009)

En el caso del virus responsable de la pandemia del 2009, el análisis filogenético de los diferentes fragmentos genómicos del virus mostró un cuádruple origen, aviar, humano y porcino (Figura 4-5) 33, 34, 35. A su vez, el origen porcino de otros 5 fragmentos genéticos que codifican las proteínas HA, NP y NS1 y NS2 provienen del linaje porcino norteamericano clásico. Los genes codificantes de NA, M1 y M2 provenían del linaje porcino eurasiático. Mientras que PB2 y PA provienen del linaje aviar “norteamericano” y el gen que codifica PB1 se originó a partir de virus estacionales humanos H3N2.

Figura 4: Génesis del virus de la gripe A (H1N1) pandémico. 36

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Figura 5. Esquema de la reconstrucción de eventos de reasociación génica que dieron lugar a la aparición del virus pandémico. Las líneas coloreadas indican las vías de transmisión de los genes virales. Los 8 segmentos virales están representados como líneas paralelas en orden decreciente de tamaño. Las fechas indicadas con líneas verticales punteadas indican el momento promedio de divergencia de los genes del virus pandémico respecto a los correspondientes linajes virales. 34.

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4. Replicación del virus de la gripe

El virus de la gripe infecta principalmente células epiteliales del tracto respiratorio superior e inferior. Las partículas virales se adhieren a su receptor celular, el ácido siálico, que es reconocido por la HA de la cubierta o membrana de envoltura. 10. La unión al receptor inicia la absorción de los virus a través de la endocitosis mediada por receptores. Se forma así una vesícula que se fusiona con los compartimentos intracelulares denominados endosomas 37, 38.

Gracias al bajo pH del interior de los endosomas, mantenido por medio de las bombas de protones del interior de la membrana, se desencadena la reacción de fusión entre la envoltura viral y la membrana endosomal 39. El bajo pH de las vesículas llega al interior del virión por el canal iónico formado por la proteína M2 7 lo que genera una desestabilización de la interacción de la RNPs con la proteína M1 y un cambio conformacional de la hemaglutinina 40 , 39 que favorece a la fusión de la envuelta del virus con la membrana endosomal 41 y la formación de un poro de fusión a través del cual el material genético entra en el interior de la célula. Las RNPs se liberan al citoplasma donde tienen lugar los procesos de transcripción y replicación del genoma viral (Figura 6).

Los complejos RNP se transportan al núcleo llevando consigo la transcriptasa formada por PB1, PB2 y PA 42. La transcriptasa mediante un proceso denominado “hurto de cabeza”, escinde pequeñas regiones de la caperuza del ARNm celular que utiliza como cebos para la síntesis de ARNm viral. Este ARNm viral se transporta al citosol donde tendrá lugar la traducción a proteínas.

Figura 6: Esquema del ciclo de infección del virus de la gripe.

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El virus utiliza toda la maquinaria de la célula para la síntesis y procesamiento de sus proteínas. La HA y la NA, a través del aparato de Golgi, llegan a la membrana plasmática. Las NP y los componentes de la ARN-polimerasa interaccionan con el ARN viral sintetizado para formar las RNPs que interaccionan con la M1 que las recubre. Las RNPs viajan a la membrana plasmática celular a través de microfilamentos de actina 43 y llegan a regiones ricas en colesterol denominadas lipid raft 44 en las que se encuentran ancladas la NA y HA. Las partículas virales salen de célula por gemación o budding, adquiriendo la envuelta lipídica en la que se encontraban ancladas las glicoproteínas. Para finalizar, la NA hidroliza los receptores que el virus ha arrastrado de la membrana celular, lo cual evita que se agreguen y permite su dispersión por la vía respiratoria 45.

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