Baculoviridae

Baculoviridae es una familia de virus . Los artrópodos , entre los más estudiados se encuentran los lepidópteros , himenópteros y dípteros , que sirven como huéspedes naturales. Actualmente,se incluyen 85 especies en esta familia, distribuidas en cuatro géneros. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

Se sabe que los baculovirus infectan insectos, y se han descrito más de 600 especies hospedadoras. Las formas inmaduras (larvas) de las especies de lepidópteros (polillas y mariposas) son los hospedadores más comunes, pero también se han encontrado estos virus infectando moscas sierra y mosquitos . Aunque los baculovirus son capaces de entrar en células de mamíferos en cultivo, ^{[ 4 ]} no se sabe que sean capaces de replicarse en células de mamíferos u otros vertebrados .

A partir de la década de 1940, se utilizaron y estudiaron ampliamente como biopesticidas en campos de cultivo. Los baculovirus contienen un genoma de ADN circular de doble cadena (dsDNA) que oscila entre 80 y 180 kbp .

Los primeros registros de baculovirus se encuentran en la literatura desde el siglo XVI en informes de la "enfermedad del marchitamiento" que infectaba a las larvas del gusano de seda . ^{[ 5 ]} A partir de la década de 1940, los virus se utilizaron y estudiaron ampliamente como biopesticidas en campos de cultivo. Desde la década de 1990, se han empleado para producir proteínas eucariotas complejas en cultivos de células de insectos (véase Sf21 , células High Five ). Estas proteínas recombinantes se han utilizado en investigación y como vacunas en tratamientos médicos tanto humanos como veterinarios (por ejemplo, la vacuna más utilizada para la prevención de la influenza aviar H5N1 en pollos se produjo en un vector de expresión de baculovirus). Más recientemente, se descubrió que los baculovirus transducen células de mamíferos con un promotor adecuado. ^{[ 6 ]}

El ciclo de vida del baculovirus implica dos formas distintas de virus. El virus derivado de la oclusión (ODV) está presente en una matriz de proteínas ( poliedrina o granulina ) y es responsable de la infección primaria del huésped, mientras que el virus gemante (BV) se libera de las células huésped infectadas más tarde durante la infección secundaria .

Los baculovirus presentan tropismos muy específicos entre los invertebrados , habiéndose descrito más de 700 especies hospedadoras. Las formas inmaduras (larvas) de los lepidópteros son los hospedadores más comunes, pero también se han encontrado estos virus infectando a moscas sierra y mosquitos. Se ha descubierto que los casos de infecciones por baculovirus en camarones y escarabajos (por ejemplo, Oryctes rhinocerus ) corresponden a nudivirus, un linaje estrechamente relacionado con los baculovirus.

Por lo general, la infección inicial ocurre cuando un insecto huésped susceptible se alimenta de plantas contaminadas con la forma ocluida del virus. La matriz proteica se disuelve en el ambiente alcalino del intestino medio (estómago) del huésped, liberando ODV que luego se fusionan con las membranas de las células epiteliales columnares del intestino del huésped y son captadas por la célula en endosomas . Las nucleocápsides escapan de los endosomas y son transportadas al núcleo. Este paso posiblemente esté mediado por filamentos de actina . La transcripción y replicación viral ocurren en el núcleo celular y nuevas partículas de BV brotan desde el lado basolateral para propagar la infección sistémicamente. Durante la gemación, el BV adquiere una membrana celular huésped de ajuste laxo con glicoproteínas virales expresadas y expuestas .

Tras la infección por baculovirus, se producen tres fases distintas:

• Temprano (0–6 h),
• Tardía (6–24 h)
• Fase muy tardía (18–24 a 72 h)

Mientras que el BV se produce en la fase tardía, la forma ODV se produce en la fase muy tardía, adquiriendo la envoltura del núcleo de la célula huésped e incrustándose en la matriz de la proteína del cuerpo de oclusión. Estos cuerpos de oclusión se liberan cuando las células se lisan para propagar aún más la infección por baculovirus al siguiente huésped. La extensa lisis celular frecuentemente causa la desintegración del insecto huésped, de ahí el nombre histórico de "enfermedad del marchitamiento". Las partículas completas de ODV-poliedrina son resistentes a la inactivación por calor y luz, mientras que el virión BV desnudo es más sensible al entorno.

Al infectar una oruga, las etapas avanzadas de la infección provocan que el huésped se alimente sin descansar y luego trepe a las partes más altas de los árboles, incluyendo lugares expuestos que normalmente evitaría debido al riesgo de depredadores. Esto representa una ventaja para el virus, ya que (cuando el huésped se disuelve) puede gotear sobre las hojas, que serán consumidas por nuevos huéspedes. ^{[ 7 ]}

El virus no puede infectar a los humanos como lo hace con los insectos, porque el estómago humano es ácido y el NPV requiere un sistema digestivo alcalino para replicarse. Es posible que los cristales del virus entren en las células humanas, pero no que se repliquen hasta el punto de causar la enfermedad. ^{[ 8 ]}

El baculovirus más estudiado es el nucleopoliedrovirus multicápside de Autographa californica (AcMNPV). Este virus fue aislado originalmente de la oruga de la alfalfa (un lepidóptero) y contiene un genoma de 134 kbp con 154 marcos de lectura abiertos . La proteína principal de la cápside, VP39, junto con algunas proteínas menores, forma la nucleocápside (21 nm x 260 nm) que encierra el ADN con la proteína p6.9. ^{[ 9 ]} Mediante criomicroscopía electrónica, se ha demostrado que la proteína principal de la cápside, VP39, forma un tubo helicoidal entrecruzado covalentemente que protege un genoma de ADN altamente compactado de 134 kilobases. Los extremos del tubo están sellados por las subestructuras de la base y la tapa, que comparten un núcleo de 126 subunidades, pero difieren en componentes que promueven la propulsión mediada por la cola de actina y la entrada nuclear de la nucleocápside, respectivamente. ^{[ 9 ]}   

El plegamiento de VP39 es novedoso y no guarda relación con el de las principales proteínas de la cápside codificadas por virus de ADN bicatenario no similares a baculos que pertenecen a los reinos Varidnaviria y Duplodnaviria . El extremo N-terminal de VP39 contiene un motivo de dedo de zinc CCCH con una extensión inusual en el giro de "nudillo" del dedo de zinc que contiene las dos primeras cisteínas. Esta extensión tiene una función estructural, ya que se proyecta fuera del cuerpo principal de la proteína de la cápside principal para formar un enlace disulfuro interdimérico entre dos residuos de Cys29 de hebras VP39 vecinas en la nucleocápside. ^{[ 9 ]}

El BV adquiere su envoltura de la membrana celular y requiere una glicoproteína, gp64, para poder propagar la infección sistémica. Esta proteína forma estructuras llamadas peplómeros en un extremo de la partícula viral gemante, pero no se encuentra en los ODV (aunque varias otras proteínas solo se asocian con la forma ODV). También existen algunas diferencias en la composición lipídica de la envoltura viral de ambas formas. Mientras que la envoltura del BV está compuesta de fosfatidilserina, la del ODV contiene fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina.

Se identificó un elemento esencial para el ensamblaje de la nucleocápside (NAE) en el genoma de AcMNPV. El NAE es un elemento cis interno dentro del gen ac83 . El ensamblaje de la nucleocápside no depende de la proteína ac83 . ^{[ 10 ]}

Durante los períodos de evolución, las glicoproteínas de la envoltura de los baculovirus han sufrido cambios. Se sugiere que Ld130, también conocida como proteína F del baculovirus de Lymantria dispar (LdMNPV), es una proteína de fusión de la envoltura ancestral que ha sido reemplazada por un gen no ortólogo con gp64 en AcMNPV, Bombyx mori (BmNPV) y Orgyia pseudotsugata (OpMNPV), aunque estos últimos conservan el gen ld130.

Gp64 es una glicoproteína de membrana homotrimérica que se encuentra polarmente presente en el virión con forma de varilla. Consta de 512 aminoácidos (aa) con cuatro sitios de glicosilación en residuos de asparagina y tiene una secuencia señal N-terminal (20 aa), un dominio de oligomerización y fusión y un dominio transmembrana hidrofóbico cerca del extremo C-terminal (7 aa).

Se produce tanto en las fases tempranas como tardías del ciclo de infección, alcanzando su máxima tasa de síntesis entre las 24 y 26  horas posteriores a la infección. La trimerización mediante enlaces de cisteína intermoleculares parece ser un paso crucial para el transporte de la proteína a la superficie celular, ya que solo el 33 % de la proteína sintetizada llega a dicha superficie, debido a la degradación intracelular de la gp64 monomérica.

La proteína Gp64 es esencial para la gemación eficiente del virión y para la transmisión célula a célula durante el ciclo de infección, así como para la entrada viral, es decir, para causar el trofismo viral y la captación celular mediada por endosomas. La función principal de la proteína de envoltura gp64 es provocar la fusión de la envoltura con el endosoma, mediada por el pH. Aunque la gp64 tiene diversas funciones esenciales, se ha informado que los baculovirus deficientes en gp64 pueden sustituirse por otras glicoproteínas virales, como Ld130, la proteína G del virus de la estomatitis vesicular . Estas sustituciones dan como resultado viriones funcionales.

La expresión de baculovirus en células de insectos representa un método robusto para producir glicoproteínas o proteínas de membrana recombinantes. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} A principios de la década de 1990, Monsanto desarrolló un sistema que permite la generación fácil y rápida de baculovirus recombinantes . ^{[ 14 ]} Las proteínas producidas por baculovirus se han utilizado desde 2007 como vacunas contra la infección por el virus del papiloma humano , protegiendo con éxito contra el cáncer de cuello uterino. ^{[ 15 ]} Actualmente, las proteínas producidas por baculovirus se están estudiando como vacunas terapéuticas contra el cáncer, con varias ventajas inmunológicas sobre las proteínas derivadas de fuentes de mamíferos. ^{[ 16 ]}

Lymantria dispar (conocida comúnmente como polilla esponjosa), una plaga grave de los árboles forestales, se ha controlado con éxito mediante la liberación de preparados de baculovirus de la polilla esponjosa (NPV). Ciertas especies de moscas sierra ( Neodiprion sertifer , N.  lecontei , N.  pratti pratti , etc.) también se han controlado con éxito mediante tratamientos de NPV específicos para ellas.

Los miembros del género Heliothis —insectos cosmopolitas que atacan al menos 30 cultivos alimentarios y fibrosos— se han controlado mediante la aplicación de Baculovirus heliothis . En 1975, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos registró los preparados de B. heliothis .

Los preparados de NPV también se han utilizado comercialmente contra plagas como Trichoplusia (bajo la marca biotrol-VTN) y la oruga del algodón (bajo la marca biotrol-VSE).

Los baculovirus son incapaces de replicarse dentro de las células de mamíferos y plantas. ^{[ 17 ]} Tienen un rango restringido de huéspedes que pueden infectar, generalmente limitado a un número reducido de especies de insectos estrechamente relacionadas. Dado que los baculovirus no son dañinos para los humanos, se consideran una opción segura para su uso en aplicaciones de investigación. También se utilizan como agentes biológicos, como en el caso de la polilla de la harina india , una plaga que se alimenta de granos. ^{[ 18 ]} Sin embargo, en el ámbito de la bioseguridad, debe considerarse que los baculovirus son dañinos, si no letales, para las poblaciones de insectos, como se describió anteriormente. Por lo tanto, su uso debe realizarse preferiblemente en entornos controlados que limiten su diseminación en el medio ambiente.

El nombre de esta familia deriva de la palabra latina baculus , que significa "palo". La familia se ha dividido en cuatro géneros: Alphabaculovirus (nucleopoliedrovirus específicos de lepidópteros), Betabaculovirus (granulovirus específicos de lepidópteros), Gammabaculovirus (nucleopoliedrovirus específicos de himenópteros) y Deltabaculovirus (nucleopoliedrovirus específicos de dípteros). ^{[ 19 ]}

Se cree que los baculovirus evolucionaron a partir de la familia de virus Nudiviridae hace 310  millones de años . ^{[ 22 ]}

• Cipovirus
• BacMam
• El evento Cobra
• Pancrustacea : clado que incluye a los huéspedes naturales de los virus.
• Proteína temprana de 35 kDa
• Poliedrosis (desambiguación)

• Rohrmann, George (2019). Biología molecular del baculovirus, cuarta edición (4.ª  ed.). Bethesda, MD: NCBI. PMID 31294936 . 
• Federici, Brian A.; Granados, Robert R. (1986). La biología de los baculovirus . Boca Ratón: CRC Press. ISBN 978-0-8493-5988-0.
• Miller, Lois (1997). Los baculovirus . Nueva York: Plenum Press. ISBN 978-0-306-45641-1.

• Informe del ICTV : Baculoviridae
• Viralzone : Baculoviridae