Organización del genoma viral y ácidos nucleicos

El genoma viral es el ácido nucleico que transporta la información genética de un virus, y los virus son notables por la diversidad de la química del genoma que utilizan. Un genoma puede ser ADN o ARN, monocatenario o bicatenario, de sentido positivo o negativo, y empaquetado como una molécula o varios segmentos. Estas propiedades determinan cómo se replica y expresa el genoma, y forman los criterios centrales de la clasificación de virus basada en el genoma.

Definition

La organización del genoma viral se refiere a la naturaleza química, el tipo de cadena, la polaridad y la disposición del ácido nucleico que codifica un virus, las propiedades que determinan su estrategia de replicación y expresión y sustentan la clasificación basada en el genoma.

Scope

Esta entrada cubre la variación química y estructural de los genomas virales: tipo de ácido nucleico (ADN versus ARN), tipo de cadena, polaridad (sentido), segmentación y tamaño del genoma, y las consecuencias de estas características para la estrategia de replicación y para la naturaleza propensa a errores de los genomas de ARN. Es una descripción general de referencia de la organización del genoma y no una guía clínica.

Core questions

• ¿Qué tipos de ácido nucleico sirven como genomas virales?
• ¿Qué significan monocatenario versus bicatenario y sentido positivo versus sentido negativo para un genoma?
• ¿Cómo determina la polaridad del genoma si el ARN puede actuar directamente como ARNm?
• ¿Por qué algunos genomas están segmentados y qué permite eso?
• ¿Por qué los genomas de los virus de ARN mutan más fácilmente que los genomas de ADN?

Key concepts

• Genomas de ADN versus ARN
• Ácido nucleico monocatenario y bicatenario
• Sentido positivo y sentido negativo (polaridad)
• Segmentación del genoma
• Tamaño del genoma y capacidad de codificación
• Transcripción inversa
• Alta tasa de mutación de los genomas de ARN

Key theories

Vía genoma-ARNm como principio organizador

Baltimore propuso que la característica definitoria de un virus es la ruta por la cual su genoma genera ARN mensajero, lo que convierte el tipo de genoma, el tipo de cadena y la polaridad en las propiedades clasificatorias centrales.

Cuasiespecies / concepto de alta tasa de mutación de los genomas de ARN

Debido a que la replicación del ARN carece de una corrección de pruebas eficiente, los genomas de los virus de ARN acumulan mutaciones rápidamente y existen como poblaciones heterogéneas, una propiedad central para su evolución y adaptabilidad.

Mechanisms

Los genomas virales varían a lo largo de varios ejes que, en conjunto, fijan la estrategia de replicación y expresión. El tipo de ácido nucleico (ADN o ARN) y el tipo de cadena (simple o doble) determinan qué enzimas se necesitan para copiar el genoma y producir ARNm. La polaridad es especialmente importante para el ARN monocatenario: un genoma de sentido positivo se puede traducir directamente como ARNm, mientras que un genoma de sentido negativo debe transcribirse primero en una cadena complementaria, por lo que los virus de sentido negativo deben llevar su propia polimerasa en la partícula. Algunos genomas están segmentados en varias moléculas, lo que permite la reordenación entre virus relacionados. Los genomas de ARN se replican con poca corrección de pruebas y, por lo tanto, mutan rápidamente, generando poblaciones diversas, mientras que la mayoría de los genomas de ADN se copian con mayor fidelidad.

Clinical relevance

La organización del genoma explica por qué los virus relacionados comparten estrategias de replicación, por qué los virus de ARN segmentados pueden reordenarse y por qué muchos virus de ARN evolucionan rápidamente, todo lo cual es un antecedente relevante para la ciencia antiviral y de vacunas. Esta entrada es una referencia estructural y conceptual y no ofrece recomendaciones de diagnóstico o tratamiento.

History

El reconocimiento de que los genomas virales podían ser ADN o ARN, y de variada cadena y polaridad, se acumuló a lo largo de la virología molecular de mediados del siglo XX y fue sintetizado en 1971 por Baltimore, quien utilizó la lógica de genoma a ARNm para organizar los virus. Trabajos posteriores de Domingo, Holland y otros establecieron que los genomas de ARN se replican como poblaciones heterogéneas y propensas a errores, lo que reconfiguró la comprensión de la evolución viral.

Key figures

• David Baltimore
• Esteban Domingo
• John Holland
• Eugene Koonin

Seminal works

• baltimore-1971
• domingo-1997
• koonin-2021

Frequently asked questions

¿Puede un genoma viral ser ADN o ARN?

Sí. A diferencia de los organismos celulares, que utilizan ADN bicatenario, los virus utilizan colectivamente ADN o ARN, monocatenario o bicatenario, y de sentido positivo o negativo; esta diversidad de la química del genoma es una característica definitoria de los virus y una base para su clasificación.

¿Por qué los virus de ARN tienden a mutar tan rápidamente?

Los genomas de ARN suelen ser copiados por polimerasas que carecen de una corrección de pruebas eficiente, por lo que los errores de replicación se acumulan y el virus existe como una población heterogénea, lo que puede acelerar la adaptación; los genomas de ADN generalmente se copian con mayor precisión.