Clorovirus

Chlorovirus , también conocido como virus Chlorella, es un género de virus gigantes de ADN bicatenario, perteneciente a la familia Phycodnaviridae . Este género se encuentra globalmente en ambientes de agua dulce ^{[ 1 ]} , donde las algas microscópicas de agua dulcesirven como huéspedes naturales. Existen 20 especies en 3 subgéneros de este género. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

El clorovirus fue descubierto en 1981 por Russel H. Meints, James L. Van Etten, Daniel Kuczmarski, Kit Lee y Barbara Ang mientras intentaban cultivar algas similares a Chlorella . Durante el proceso, se descubrieron partículas virales en las células entre 2 y 6 horas después de su aislamiento inicial, seguidas de lisis entre 12 y 20 horas después. Este virus se denominó inicialmente HVCV (virus de Chlorella de Hydra viridis) ya que se descubrió por primera vez que infectaba algas similares a Chlorella . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Aunque relativamente nueva para los virólogos y, por lo tanto, no estudiada en profundidad, se ha descubierto recientemente que una especie, el Chlorovirus ATCV-1 , que se encuentra comúnmente en lagos, infecta a los humanos. ^{[ 6 ]} También están surgiendo nuevos estudios centrados en los efectos de la infección en modelos de ratón. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Chlorovirus es un género de virus gigantes de ADN bicatenario (dsDNA) de la familia Phycodnaviridae y del grupo 1 de Baltimore: virus de dsDNA . El género contiene las siguientes especies, listadas por subgénero y nombre científico, seguidas del virus representativo de cada especie: ^{[ 3 ]}

Los clorovirus están muy extendidos en ambientes de agua dulce en todas partes del mundo y se han aislado de fuentes de agua dulce en Europa , Asia , Australia , así como en América del Norte y del Sur . ^{[ 1 ] [ 8 ]} Los huéspedes naturales de los clorovirus incluyen varios tipos de algas eucariotas unicelulares similares a Chlorella , y cada especie de virus generalmente infecta solo dentro de una cepa distinta. Se sabe que estos huéspedes algales establecen relaciones endosimbióticas con protistas más grandes, como Paramecium bursaria (un miembro de los ciliados ), Acanthocystis turfacea (un centroheliozoo ) e Hydra viridis (un miembro de los hidrozoos ). ^{[ 9 ]} Si bien un protista individual puede albergar hasta varios cientos de células de algas en un momento dado, las algas de flotación libre son altamente susceptibles a los clorovirus, lo que indica que dicha endosimbiosis sirve para proporcionar resistencia a la infección. ^{[ 10 ]}

Los títulos de clorovirus varían según la estación y la ubicación, pero suelen fluctuar entre 1 y 100 UFP/ml, aunque en algunos entornos pueden presentarse concentraciones elevadas de hasta 100 000 UFP/ml. Debido a la rica diversidad genética y la alta especialización de cada especie en cuanto a su rango infeccioso, las variaciones en su ecología no son inusuales, lo que da lugar a patrones espaciotemporales únicos que, en última instancia, dependen del estilo de vida y la naturaleza del huésped. Por ello, datos de estudios previos destacaron dos picos de abundancia estacional prominentes para los virus Chlorella variabilis NC64A y Chlorella variabilis Syngen: uno a finales de otoño y otro entre finales de primavera y mediados de verano, lo que probablemente se deba a que comparten una especie huésped. Por el contrario, los virus Chlorella heliozoae SAG alcanzaron su pico en diferentes épocas del año y, en general, mostraron mayor variabilidad en los títulos, en comparación con los virus NC64A y Syngen. ^{[ 1 ]} Además, estudios revelaron que los clorovirus demuestran cierta resiliencia en respuesta a las temperaturas reducidas observadas durante la temporada de invierno, caracterizada por la presencia de partículas infecciosas bajo capas de hielo en un estanque de gestión de aguas pluviales en Ontario, Canadá . ^{[ 11 ]} Además, DeLong et al. (2016) sugieren que la depredación por pequeños crustáceos puede desempeñar un papel indirecto en las fluctuaciones del título, ya que la degradación de las células de protistas que pasan por el tracto digestivo resulta en la liberación de grandes cantidades de algas unicelulares que se vuelven susceptibles a la infección viral debido a la interrupción de la endosimbiosis. ^{[ 10 ]} En general, la abundancia estacional de clorovirus depende no solo de la especie huésped, sino también de la abundancia de otros microorganismos, el estado general de nutrientes y las condiciones ecológicas. ^{[ 12 ]}

En conjunto, los clorovirus pueden mediar en los ciclos biogeoquímicos globales a través del recambio del fitoplancton . Chlorella , en coexistencia con otros tipos de algas microscópicas como Microcystis aeruginosa , es conocida por causar floraciones de algas tóxicas que suelen durar de febrero a junio en el hemisferio norte, lo que provoca el agotamiento del oxígeno y la muerte de organismos más grandes en hábitats de agua dulce. ^{[ 13 ] [ 14 ]} La infección lítica de algas unicelulares por clorovirus produce la terminación de las floraciones de algas y la posterior liberación de carbono, nitrógeno y fósforo atrapados en las células, transportándolos a niveles tróficos inferiores y, en última instancia, alimentando la cadena alimentaria. ^{[ 12 ]}

Los virus del género Chlorovirus son envueltos, con geometrías icosaédricas y esféricas, y simetría T=169 ( número de triangulación  ). Su diámetro oscila entre 100 y 220 nm. Los genomas son lineales, generalmente de copia única, compuestos de ADN bicatenario ( dsDNA  ) y de aproximadamente 330 kb de longitud. El dsDNA se cierra con un extremo en forma de horquilla. Los genomas también suelen tener varios cientos de marcos de lectura abiertos . ^{[ 2 ]} En conjunto, los clorovirus codifican 632 familias de proteínas; sin embargo, cada virus individual solo posee entre 330 y 416 genes codificadores de proteínas. Como parte de los sistemas de modificación del ADN, los clorovirus presentan bases metiladas en secciones específicas de su secuencia de ADN. Algunos clorovirus también contienen intrones e inteínas , aunque esto es poco frecuente dentro del género. ^{[ 9 ]}

Paramecium bursaria Chlorella virus 1 (PBCV-1) tiene un  diámetro de 190 nm ^{[ 9 ]} y un eje quíntuple. ^{[ 15 ]} La unión de una cara tiene una espícula sobresaliente, que es la primera parte del virus en contactar con su huésped. ^{[ 16 ]} La cápside externa cubre una membrana de bicapa lipídica simple, que se obtiene del retículo endoplasmático del huésped . ^{[ 15 ]} Algunos capsómeros en la cubierta externa tienen fibras que se extienden desde el virus para ayudar en la unión al huésped. ^{[ 17 ] [ 16 ]}

Los clorovirus infectan ciertas algas verdes eucariotas unicelulares similares a Chlorella , llamadas zoochlorellas , y son muy específicos de especie e incluso de cepa. Estas zoochlorellas suelen establecer relaciones endosimbióticas con el protozoo Paramecium bursaria , el celentéreo Hydra viridis , el heliozoo Acanthocystis turfacea y otros invertebrados y protozoos de agua dulce y marinos. Los virus no pueden infectar a las zoochlorellas cuando están en su fase simbiótica, y no hay evidencia de que las zoochlorellas crezcan libres de sus huéspedes en aguas nativas. ^{[ 18 ]} Recientemente también se ha descubierto que los clorovirus infectan a las personas, lo que ha llevado a estudios sobre infecciones en ratones. ^{[ 6 ]}

En recreaciones tridimensionales del PBCV-1, se observa que la espícula primero contacta la pared celular del huésped ^{[ 21 ]} y es asistida por fibras para asegurar el virus al huésped. La unión del PBCV-1 a su receptor es muy específica y constituye una importante limitación en cuanto al rango de huéspedes virales. Las enzimas asociadas al virus permiten la degradación de la pared celular del huésped, y la membrana interna viral se fusiona con la membrana del huésped. Esta fusión permite la transferencia de ADN viral y proteínas asociadas al virión a la célula huésped y también desencadena la despolarización de la membrana del huésped. Esto presumiblemente ocurre debido a un canal de K+ codificado por el virus . Los estudios predicen que este canal se encuentra dentro del virus, actuando como una membrana interna que libera K+ de la célula, lo que podría ayudar a la expulsión del ADN y las proteínas virales de la célula viral a su huésped. También se cree que la despolarización de la membrana celular del huésped previene la infección secundaria por otro virus o transportadores secundarios. ^{[ 19 ]}

Debido a que el PBCV-1 carece de un gen de ARN polimerasa , su ADN y las proteínas asociadas al virus se trasladan al núcleo, donde la transcripción comienza entre 5 y 10 minutos después de la infección. Esta rápida transcripción se atribuye a algún componente que facilita la transferencia del ADN viral al núcleo. Se presume que este componente es un producto del gen PBCV-a443r , que adquiere estructuras similares a las de las proteínas implicadas en el transporte nuclear en células de mamíferos.

Las tasas de transcripción del huésped disminuyen en esta fase temprana de la infección, y los facilitadores de la transcripción del huésped se reprograman para transcribir el nuevo ADN viral. Minutos después de la infección, comienza la degradación del ADN cromosómico del huésped. Se presume que esto ocurre a través de endonucleasas de restricción de ADN codificadas y empaquetadas por PBCV-1 . La degradación del ADN cromosómico del huésped inhibe la transcripción del huésped. Esto da como resultado que entre el 33 % y el 55 % de los ARNm poliadenilados en la célula infectada sean de origen viral a los 20 minutos de la infección inicial. ^{[ 22 ]}

La replicación del ADN viral se inicia entre 60 y 90 minutos después, seguida de la transcripción de genes tardíos dentro de la célula huésped. Aproximadamente 2-3 horas después de la infección, comienza el ensamblaje de las cápsides virales. Esto ocurre en regiones localizadas del citoplasma, y ​​las cápsides virales se vuelven prominentes 3-4 horas después de la infección inicial. 5-6 horas después de la infección por PBCV-1, el citoplasma de la célula huésped se llena de partículas virales infecciosas. Poco después (6-8 horas después de la infección), la lisis localizada de la célula huésped libera la progenie. Se liberan aproximadamente 1000 partículas de cada célula infectada, de las cuales aproximadamente el 30% forman placas . ^{[ 19 ]}

En las algas infectadas con clorovirus, el resultado es la lisis y, por lo tanto, la muerte. De este modo, los clorovirus constituyen un mecanismo importante para la terminación de las floraciones de algas y desempeñan un papel vital en el suministro de nutrientes a la columna de agua ^{[ 17 ]} (véase la sección de Ecología para más información). Los clorovirus también pueden modificar la estructura de la pared celular de las células infectadas. Algunos clorovirus contienen genes de quitina sintasa (CHS), mientras que otros contienen genes de hialuronano sintasa (HAS), desencadenando respectivamente la formación de fibras sensibles a la quitina o al hialuronano. Aunque la función de producir una capa fibrosa no se conoce con certeza, se cree que las fibras podrían: impedir la absorción de la célula infectada por protozoos simbióticos, que causan la digestión de la célula lisada; infectar a otro huésped que absorba las algas cubiertas de fibras; o unirse a otras células infectadas y cubiertas de fibras. La capacidad de codificar enzimas que desencadenan la síntesis de hialuronano (ácido hialurónico) no se encuentra en ningún otro virus. ^{[ 23 ]}

Recientemente, se ha detectado ADN del clorovirus ATCV-1 en muestras orofaríngeas humanas . Anteriormente, se desconocía que el clorovirus pudiera infectar a los humanos, por lo que el conocimiento sobre las infecciones en personas era limitado. Las personas infectadas presentaban retraso en la memoria y disminución de la atención. Los humanos infectados con ATCV-1 mostraron una menor capacidad de procesamiento visual y una velocidad visomotora reducida. Esto provocó un deterioro general en la capacidad para realizar tareas basadas en la visión y el razonamiento espacial. ^{[ 6 ]}

Se han realizado estudios infectando ratones con ACTV-1 tras el descubrimiento de que el clorovirus puede infectar a los humanos. Los estudios realizados en ratones infectados muestran cambios en la vía Cdk5 , que ayuda con el aprendizaje y la formación de la memoria, así como alteraciones en la expresión génica en la vía de la dopamina . ^{[ 6 ]} Además, se encontró que los ratones infectados eran menos sociables, interactuando menos con los ratones compañeros recién introducidos que el grupo de control. Los ratones infectados también pasaron más tiempo en una parte expuesta a la luz de una cámara de prueba, donde los ratones de control tendían a preferir el lado oscuro y evitaban la luz. Esto indica una disminución de la ansiedad con la infección por ACTV-1. Los ratones de prueba también fueron menos capaces de reconocer un objeto que había sido movido de su ubicación anterior, mostrando una disminución en la memoria de referencia espacial. ^{[ 7 ]} Hay una disminución en la capacidad de tarea espacial de la visión. Dentro del hipocampo (área del cerebro responsable de la memoria y el aprendizaje), ocurren cambios en la expresión génica, y la infección presenta un cambio en las vías del funcionamiento de las células inmunes y el procesamiento de antígenos . Se ha sugerido que esto posiblemente indique una respuesta del sistema inmunitario al virus ACTV-1 que causa inflamación , la cual podría ser la causa de los deterioros cognitivos. ^{[ 6 ]} Los síntomas presentados también podrían sugerir interferencia del hipocampo y la corteza prefrontal medial debido a la infección por ACTV-1. ^{[ 7 ]}

Los clorovirus, así como los demás miembros de la familia Phycodnaviridae, se consideran parte del grupo más amplio de microbios denominados virus de ADN grandes nucleocitoplasmáticos (NCLDV). Aunque los ficodnavirus son genéticamente diversos e infectan a diferentes huéspedes, muestran altos niveles de similitud estructural entre sí y con otros NCLDV. El análisis filogenético de la proteína principal de la cápside dentro del grupo indica una alta probabilidad de parentesco cercano, así como una divergencia previa a partir de un único ancestro común, que se cree que es un virus de ADN pequeño. ^{[ 24 ] [ 25 ]} Además, los estudios sugieren que el gigantismo del genoma, característico de todos los clorovirus, es una propiedad que evolucionó tempranamente en la historia de los NCLDV, y las adaptaciones posteriores a los respectivos huéspedes y hábitats particulares dieron lugar a mutaciones y eventos de pérdida de genes, que finalmente dieron forma a todas las especies de clorovirus existentes actualmente. ^{[ 25 ]}

La secuenciación del genoma y el análisis funcional de las proteínas de PBCV-1 y ATCV-1 revelaron un gran número de genes transferidos horizontalmente , lo que indica una larga historia de coevolución con el huésped unicelular y transferencia lateral de genes con otros organismos aparentemente no relacionados. ^{[ 25 ]} Además, se descubrió que ambos virus codifican varias enzimas denominadas "enzimas progenitoras", que son más pequeñas, pero menos especializadas que sus análogos actuales. Por ejemplo, se demostró que una de las enzimas manipuladoras de azúcares en PBCV-1 ( GDP-d-manosa 4,6 deshidratasa o GMD ) media la catálisis no solo de la deshidratación de GDP-d-manosa , sino también de la reducción de la molécula de azúcar producida en el proceso predicho inicialmente. Esta doble funcionalidad es poco común entre las enzimas manipuladoras de azúcares existentes actualmente, y posiblemente sugiere la naturaleza antigua de la GMD de PBCV-1. ^{[ 26 ]}

Los estudios del ciclo de infección en PBCV-1 revelaron que el virus depende de un proceso único de glicosilación de la cápside, independiente del retículo endoplasmático o del aparato de Golgi del huésped . Esta característica no se ha observado en ningún otro virus conocido hasta la fecha y representa potencialmente una vía ancestral y conservada, que podría haber evolucionado antes de la eucariogénesis , cuyo origen se estima en unos 2000-2700 millones de años. ^{[ 26 ]}

El reciente descubrimiento de la presencia de secuencias de ADN homólogas al ATCV-1 en el viroma orofaríngeo humano, así como los estudios posteriores que demuestran la infección exitosa de un modelo animal mamífero por el ATCV-1, también apuntan a la probabilidad de una antigua historia evolutiva de los clorovirus, que poseen características estructurales y utilizan mecanismos moleculares que potencialmente permiten la replicación en diversos huéspedes animales. ^{[ 6 ] [ 27 ] [ 28 ]}

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