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24.1: División celular: Bacteriana - Biología

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Introducción a la división celular

Un objetivo evolutivo de todos los sistemas vivos es reproducirse. Dado que la unidad básica de la vida es una célula, y sabemos, gracias al menos en parte a Francesco Reid, que la vida engendra nueva vida, esto significa que debe haber un proceso mediante el cual crear nuevas células a partir de las células parentales. El proceso por el cual una célula crea una o más células nuevas, tanto para organismos unicelulares como multicelulares, requiere una célula parental para dividirse y se llama división celular.

Desde el punto de vista del marco de Design Challenge, podemos estipular que el gran problema de la división celular es hacer una copia de una célula. Si una condición para el éxito requiere que las células hijas sean viables, se pueden definir varios subproblemas:

  1. La célula debe replicar su ADN para que al menos dos células tengan una copia funcional después de que se complete la división celular; ya hemos discutido este proceso.
  2. La célula debe hacer suficientes copias del resto del contenido celular para que las células hijas sean viables o debe encontrar una manera de garantizar que el ADN copiado (incluso sin una réplica completa del contenido celular) sea viable.
  3. La célula debe dividir el contenido celular replicado y el ADN entre al menos dos compartimentos delimitados de forma independiente.
  4. Para asegurar el éxito, el proceso debe ocurrir en un tiempo evolutivamente competitivo y lograrse con una cantidad de recursos bioquímicos amigables con la selección evolutiva.

Si bien no es un requisito estricto que este proceso suceda de manera coordinada, Nature ha seleccionado sistemas en los que todos los pasos del proceso ocurren de una manera altamente coordinada. Esto ayuda a que las celdas cumplan con el requisito número 4 en la lista anterior. El proceso coordinado y los mecanismos de control se denominan generalmente como ciclo celular. Este término se puede utilizar para describir el proceso de coordenadas utilizado por cualquier célula que se esté sometiendo a división celular. Cuando observamos la naturaleza, encontramos que ha desarrollado dos modos principales de reproducción: sexual y asexual. Dentro de cada uno de estos modos de reproducción encontramos varios modos principales de división celular que ocurren con frecuencia en todos los dominios de la vida. Consideramos tres de estos modos: fisión binaria (utilizada principalmente por bacterias unicelulares y arqueas), mitosis (utilizada a menudo por eucariotas en procesos de división celular NO asociada con la reproducción sexual) y meiosis (un proceso de división celular estrechamente vinculado a la reproducción sexual). ). Discutimos estos procesos en las secciones que siguen.

Figura. Los estudiantes de primer año de UC Davis inscritos en un curso de seminario práctico de primer año examinan una placa de agar en la que han "pintado" diseños con una cepa de ingeniería de Escherschia coli. Los diseños solo se hacen evidentes después de que las bacterias se multiplican a través del proceso de fisión binaria. Las oportunidades para participar en investigaciones prácticas abundan en el campus de UC Davis; asegúrese de reservar tiempo para participar antes de graduarse. (Foto: por el estudiante de pregrado Daniel Oberbauer - 2017)

División celular en bacterias y arqueas.

Bacterias y arqueas

Como todas las demás formas de vida, las bacterias y las arqueas tienen un impulsor evolutivo clave: hacer más de sí mismas. Por lo general, las células bacterianas y arqueales crecen, duplican todos los componentes celulares principales, como el ADN, los ribosomas, etc., distribuyen este contenido y luego se dividen en dos células hijas casi idénticas. Este proceso se llama fisión binaria y se muestra en la mitad del proceso en la figura siguiente. Si bien se sabe que algunas especies bacterianas utilizan varias estrategias reproductivas alternativas, incluida la producción de múltiples crías o gemación, y todos los mecanismos alternativos aún cumplen con los requisitos para la división celular estipulados anteriormente, la fisión binaria es el mecanismo más comúnmente observado en el laboratorio para la división celular, las bacterias y las arqueas. por lo que limitamos nuestra discusión a estos mecanismos únicamente.

(Aparte: aquellos que quieran leer más sobre alternativas a la fisión binaria en bacterias deben consultar este enlace).

La fisión binaria en bacterias comienza con la replicación del ADN en el origen de replicación adherido a la pared celular, cerca del punto medio de la célula. Se pueden formar nuevas horquillas de replicación antes de que finalice la primera división celular; este fenómeno permite una tasa de reproducción extremadamente rápida. Fuente: http://biology.kenyon.edu/courses/bi...01/week01.html

Fisión binaria

El proceso de fisión binaria es el mecanismo más comúnmente observado para la división celular en bacterias y arqueas (al menos las cultivables estudiadas en el laboratorio). La siguiente es una descripción de un proceso que ocurre en algunas bacterias en forma de bastón:

Dado que debemos considerar la replicación del ADN, una característica estructural de relevancia para la replicación del ADN en las bacterias y arqueas es que su material genético no está encerrado en un núcleo, sino que ocupa una ubicación específica, el nucleoide, dentro de la célula. Además, el ADN del nucleoide está asociado con numerosas proteínas que ayudan a compactar el ADN en una estructura organizada más pequeña. Otra característica organizativa a tener en cuenta es que el cromosoma bacteriano generalmente se adhiere a la membrana plasmática en aproximadamente el punto medio de la célula. El punto de partida de la replicación, el origen, está cerca de este sitio de adjuntos. Recuerde también que la replicación del ADN es bidireccional, con horquillas de replicación alejándose del origen en ambas hebras del bucle simultáneamente. Debido a la disposición estructural del ADN en el punto medio, esto significa que a medida que se forman las nuevas dobles hebras, cada punto de origen se aleja de la unión de la pared celular hacia los extremos opuestos de la célula.

Este proceso de replicación del ADN ocurre típicamente al mismo tiempo que un crecimiento en las dimensiones físicas de la célula. Por lo tanto, a medida que la célula se alarga, la membrana en crecimiento ayuda en el transporte de los cromosomas hacia los dos polos opuestos de las células. Una vez que los cromosomas han despejado el punto medio de la célula alargada, comienza la separación citoplasmática.

La formación de un anillo compuesto por unidades repetidas de una proteína llamada FtsZ (una proteína citoesquelética) dirige la formación de una partición entre los dos nuevos nucleoides. La formación del anillo FtsZ desencadena la acumulación de otras proteínas que trabajan juntas para reclutar nuevos materiales de membrana y pared celular en el sitio. Poco a poco, un pulpa se forma entre los nucleoides, extendiéndose desde la periferia hacia el centro de la célula. Cuando las nuevas paredes celulares están en su lugar, las células hijas se separan.

Los procariotas, incluidas las bacterias y las arqueas, tienen un cromosoma circular único ubicado en una región central llamada nucleoide.

Posible discusión

¿Cómo ayuda la unión del cromosoma en replicación a la membrana celular a dividir los dos cromosomas después de que se completa la replicación?

Estas imágenes muestran los pasos de la fisión binaria en procariotas. (crédito: modificación del trabajo de "Mcstrother" / Wikimedia Commons)

Control de estos procesos

No es sorprendente que el proceso de fisión binaria esté estrictamente controlado en la mayoría de las bacterias y arqueas. Sin embargo, sorprendentemente, aunque se conocen algunos actores moleculares clave, queda mucho por descubrir y comprender sobre cómo se toman las decisiones para coordinar las actividades.


Muchas bacterias adquieren rasgos de diseminación y virulencia en la fase G1. CtrA, un regulador transcripcional esencial y conservado del ciclo celular identificado en la alfa-proteobacteria dimórfica Caulobacter crescentus, primero activa los promotores en la fase S tardía y luego cambia misteriosamente a diferentes promotores diana en la fase G1. Descubrimos un determinante altamente conservado en el dominio de unión al ADN (DBD) de CtrA desacoplando este interruptor promotor. También mostramos que reprograma la ocupación de CtrA en células estacionarias induciendo una señal de alarmaona (p) ppGpp percibida por la subunidad beta de la ARN polimerasa. Una simple modificación de la cadena lateral en un residuo crítico dentro del DBD central impone fenotipos de desarrollo opuestos y actividades transcripcionales de CtrA y un residuo proximal puede dirigir CtrA hacia la activación del programa de dispersión (fase G1). Por lo tanto, proponemos que este determinante conservado en la estructura primaria de CtrA dicta la reprogramación del promotor durante la transición de crecimiento en otras alfa-proteobacterias que se diferencian de las células replicativas en células de dispersión.

La regulación estricta de la expresión génica durante el ciclo celular es primordial para garantizar la sincronización y la coordinación adecuadas de la replicación del ADN, la segregación cromosómica y la división celular, a menudo al mismo tiempo que los cambios morfológicos. Caulobacter crescentus es una alfa-proteobacteria dimórfica y en forma de bastón que sufre una división celular asimétrica en dos células hijas polarizadas y de tamaño desigual: una célula móvil y de dispersión no replicativa (swarmer, SW) que reside en la fase G1 y una célula encapsulada y replicativa (acechada) , ST) celda. En C. crescentus, la progresión del ciclo celular está íntimamente ligada a la remodelación polar a través de un circuito de activadores transcripcionales que dirigen programas secuenciales de expresión génica (1, 2). El programa de la fase G1 se implementa en la celda hija SW que hereda el nuevo polo celular donde se encuentran el flagelo y los pili adhesivos. Por el contrario, el polo antiguo es heredado por la célula ST replicativa que participa en la replicación del ADN. A medida que avanza el ciclo celular, la célula ST se prepara para la división, expresa el programa de la fase S tardía y se polariza antes de dividirse asimétricamente en una célula hija SW y ST (Figura 1A). Los programas de transcripción no solo están ordenados temporalmente, sino también espacialmente confinados durante la citocinesis, con el programa de la fase G1 activándose en la cámara SW naciente durante la citocinesis, pero no en la cámara de células ST (1, 2).

ctrA401 como ganancia de mutación de función. (A) Esquema de Caulobacter encapsulación (azul) a lo largo del ciclo celular e interacciones reguladoras que controlan Caulobacter cambio transcripcional entre la fase S tardía y la fase G1. CtrA controla la actividad de los promotores tardíos de las fases S y G1. SciP que se expresa en la fase G1 bajo el control de CtrA regula negativamente los genes de la fase S. Durante el ciclo celular, la encapsulación se regula mediante la expresión de hvyA que previene la encapsulación en la célula SW y bajo el control de los reguladores transcripcionales CtrA. (B) Inmunotransferencias que muestran niveles de estado estacionario de HfsJ y SpmX en PESO, Δlugar, ΔpleC, ctrA401 y derivadas en fase exponencial y estacionaria. CCNA_00163 sirve como control de carga. (C) Ocupaciones de CtrA en todo el genoma en el Caulobacter WT, ctrA401 y ctrA401-SS genoma determinado por ChIP-Seq. El eje x representa la posición de los nucleótidos en el genoma (pb), mientras que el eje y muestra los perfiles de ChIP normalizados en lectura por millón (rpm). (D) Rastros de ChIP-Seq de CtrA, CtrA401 (T170I) y CtrA401-SS (T168I / T170I) en diferentes promotores diana de CtrA. Los genes codificados se representan como recuadros en la parte superior del gráfico, los nombres de los genes y los números de CCNA, la anotación de genes se indican en los recuadros o arriba. (E, F) Esquemas que muestran las interacciones reguladoras que ocurren en los promotores tardíos de las fases S y G basados ​​en C, D y la Tabla 1.

ctrA401 como ganancia de mutación de función. (A) Esquema de Caulobacter encapsulación (azul) a lo largo del ciclo celular e interacciones reguladoras que controlan Caulobacter cambio transcripcional entre la fase S tardía y la fase G1. CtrA controla la actividad de los promotores tardíos de las fases S y G1. SciP que se expresa en la fase G1 bajo el control de CtrA regula negativamente los genes de la fase S. Durante el ciclo celular, la encapsulación se regula mediante la expresión de hvyA que previene la encapsulación en la célula SW y bajo el control de los reguladores transcripcionales CtrA. (B) Inmunotransferencias que muestran niveles de estado estacionario de HfsJ y SpmX en PESO, Δlugar, ΔpleC, ctrA401 y derivadas en fase exponencial y estacionaria. CCNA_00163 sirve como control de carga. (C) Ocupaciones de CtrA en todo el genoma en el Caulobacter WT, ctrA401 y ctrA401-SS genoma determinado por ChIP-Seq. El eje x representa la posición de los nucleótidos en el genoma (pb), mientras que el eje y muestra los perfiles de ChIP normalizados en lectura por millón (rpm). (D) Rastros de ChIP-Seq de CtrA, CtrA401 (T170I) y CtrA401-SS (T168I / T170I) en diferentes promotores diana de CtrA. Los genes codificados se representan como recuadros en la parte superior del gráfico, los nombres de los genes y los números de CCNA, la anotación de genes se indican en los recuadros o arriba. (E, F) Esquemas que muestran las interacciones reguladoras que ocurren en los promotores tardíos de las fases S y G basados ​​en C, D y la Tabla 1.

Los análisis del ciclo celular son fáciles de C. crescentus porque las células de fase G1 no encapsuladas (SW) pueden separarse de las células de fase S encapsuladas (ST) mediante centrifugación en gradiente de densidad (3). La adquisición de funciones replicativas marca la transición obligada G1 → fase S que se manifiesta morfológicamente con la diferenciación de células SW a ST. El pili y el flagelo se pierden del antiguo polo celular, seguido por la aparición del crecimiento del tallo en el sitio desocupado (1). Al mismo tiempo, se sintetiza la cápsula a base de polisacáridos, lo que aumenta la flotabilidad celular (4), y la síntesis de ADN se inicia bidireccionalmente desde un único origen de replicación (Cori, Figura 1A) en el cromosoma circular. Un circuito genético multicomponente de activadores y represores transcripcionales globales coordina temporal y espacialmente estos eventos a nivel molecular (1, 2).

Los programas de fase S tardía y fase G1 son activados por CtrA, un miembro altamente conservado de la familia OmpR de reguladores de respuesta de unión al ADN (5). CtrA es esencial para la viabilidad y el control adecuado del ciclo celular en C. crescentus (5) y en muchas otras alfa-proteobacterias (1). CtrA cambia de activar los promotores de la fase S tardía antes de la división celular a inducir los promotores de la fase G1 en la cámara de la célula SW naciente en la citocinesis. Mientras que CtrA también enlaza Cori e impide el inicio de la replicación del ADN en la fase G1 (5-7), es degradado por la proteasa ClpXP durante la transición G1 → S (8-10). Se vuelve a sintetizar en la fase S tardía y de nuevo se degrada en el compartimento ST durante la citocinesis, mientras se mantiene en el compartimento SW (Figura 1A). El motivo conservado de la secuencia diana (recuadro CtrA: 5′-TTAA-N7-TTAA-3 ′) está presente en ambas clases de promotores y es reconocido por el dominio de unión al ADN (DBD) C-terminal de CtrA. En el extremo N-terminal, CtrA alberga un dominio receptor (RD) con un sitio de fosforilación en un aspartato conservado (en la posición 51, D51). La fosforilación en D51 estimula la unión del ADN y es necesaria para la viabilidad. La histidina quinasa híbrida CckA dirige una reacción de transferencia de fosforilo de múltiples componentes a D51 de CtrA (11-14). Aunque la pérdida de CckA es letal, se aislaron mutaciones sin sentido en CtrA RD en una selección imparcial de derivados mutantes que pueden respaldar la viabilidad de C. crescentus células que carecen de CckA (15).

También se han aislado mutaciones en el dominio DBD de CtrA que son críticas para la viabilidad. En el estudio histórico de Quon et al, ctrA fue descubierto como un gen esencial en C. crescentus [como el ctrA401 alelo mutante, que codifica CtrA (T170I)] en una selección genética de dos pasos. Primero, basado en evidencia anterior de que el fliQ (clase II) el gen de ensamblaje flagelar se desreprime transcripcionalmente en la fase S tardía, los autores seleccionaron para mutantes con fliQ promotor (PfliQ) actividad a 28 ° C. A continuación, se conservaron aquellos mutantes que también exhiben un crecimiento termosensible a 37 ° C en comparación con los de tipo salvaje (PESO), produciendo el ctrA401 mutante (5). Dado que PfliQ la actividad es elevada a 28 ° C, pero fuertemente deteriorada a 37 ° C en ctrA401 células, se concluyó que CtrA actúa positiva y negativamente en PfliQ (y probablemente otros promotores tardíos de la fase S).

No está claro cómo CtrA cambia su especificidad de los promotores tardíos de la fase S a los promotores de la fase G1. No se han identificado los determinantes en CtrA que son específicos para cada clase de promotor. Al menos dos reguladores negativos diferentes, uno dirigido a los promotores tardíos de la fase S y otro que actúa sobre los promotores de la fase G1 (15-17), refuerzan el cambio de promotor. La proteína conservada de hélice-vuelta-hélice SciP inhibe específicamente los promotores tardíos de la fase S que son activados por CtrA. SciP está restringido a la fase G1 debido en parte a su síntesis a partir de un promotor activado por CtrA (Pciencia ficción) que se dispara en la fase G1 y en parte debido a una vida media corta impartida por la proteasa Lon (18). Por tanto, SciP acopla la activación de los promotores de la fase G1 con la interrupción de la actividad del promotor de la fase S tardía, pero no puede actuar como desencadenante del cambio del promotor. Los parálogos represores MucR1 y MucR2 regulan negativamente los promotores activados por CtrA que se activan en la fase G1. Si bien la abundancia de MucR1 / 2 y la ocupación del promotor (estado estacionario) no cambia durante el ciclo celular, la capacidad de MucR1 / 2 para excluir proteínas competidoras de los promotores diana se reduce en la fase G1 (19). Curiosamente, los ortólogos de MucR regulan la expresión del gen de virulencia en otras alfa-proteobacterias y se unen a los promotores ortólogos (15). Estas alfa-proteobacterias de vida libre expresan rasgos de virulencia en la fase G1 (20-22), lo que sugiere que el mecanismo de restricción de la activación del promotor a la fase G1 por MucR se conserva.

Además de su función de ciclo celular en C. crescentus, CtrA también juega un papel importante en la regulación de la diferenciación terminal de la alfa-proteobacteria Sinorhizobium meliloti en bacteroides durante su interacción simbiótica con las plantas (23). Además, CtrA se ha implicado en la regulación del desarrollo durante una transición de la fase de crecimiento en alfa-proteobacterias intracelulares obligadas del orden Rickettsiales (24). Similar al ciclo de desarrollo en otras bacterias intracelulares obligadas, el patógeno rickettsial dimórfico Ehrlichia chaffeensis se diferencia en células de dispersión infecciosa (de núcleo denso) después de la rápida expansión intracelular de las células replicativas (reticuladas) (25, 26), lo que sugiere que un desencadenante nutricional puede ser la base del desarrollo.Rickettsia no codifica ortólogos MucR o SciP en sus genomas, pero CtrA alcanza su punto máximo durante las últimas etapas de crecimiento cuando ocurre la transición de células reticuladas a células de núcleo denso. En la fase estacionaria, se desencadena una respuesta de estrés por inanición en C. crescentus células por la alarmona (p) ppGpp (tetrafosfato de guanosina y pentafosfato de guanosina) que es producida por una enzima SpoT bifuncional del Homólogo RelA-SpoT (RSH) (27). (p) ppGpp suprime la replicación del ADN y mantiene la abundancia de CtrA para detener las células predominantemente en la fase G1 y, en menor medida, en la fase predivisional (28-30). Si CtrA también está involucrado en la reprogramación transcripcional durante esta transición de la fase de crecimiento en C. crescentus células no se ha investigado.

Aquí, desenterramos un determinante molecular dentro del DBD de CtrA que se requiere para ejecutar el cambio de promotores tardíos de fase S a G1 y reprogramar CtrA en estacionario C. crescentus células que acumulan (p) ppGpp. Una tríada altamente conservada centrada en el DBD central dicta si CtrA puede cambiar los promotores de la fase G1 y usarlo para controlar el ciclo celular durante una transición de la fase de crecimiento inducida por (p) ppGpp en respuesta al estrés por inanición. La actividad de CtrA se puede mantener en células que expresan una forma mutante de ARN polimerasa que ya no depende de (p) ppGpp, lo que indica que la regulación transcripcional coordina las transiciones de la fase de crecimiento reguladas por CtrA.


División de células bacterianas

AbstractoLa formación del tabique de división bacteriana es catalizada por una serie de proteínas esenciales que se ensamblan en una estructura de anillo en el futuro sitio de división. El ensamblaje de proteínas en el anillo citocinético parece ocurrir en un orden jerárquico que es iniciado por la proteína FtsZ, un análogo estructural y funcional de las tubulinas eucariotas.

Colocación del sitio de la división en su ubicación correcta en Escherichia coli requiere un inhibidor de la división (MinC), que es responsable de prevenir la tabicación en sitios no deseados cerca de los polos celulares, y una proteína de especificidad topológica (MinE), que forma un anillo en la mitad de la célula y protege el sitio de la mitad de la célula del inhibidor de la división. Sin embargo, el mecanismo responsable de identificar la posición del sitio de la célula media o los sitios polares utilizados para la formación del tabique de esporas aún no está claro.

La regulación del proceso de división y su coordinación con otros eventos del ciclo celular, como la replicación cromosómica, son poco conocidos. Sin embargo, se ha identificado una proteína en Caulobacter (CtrA) que regula tanto el inicio de la regulación cromosómica como la transcripción de ftsZ, y que puede jugar un papel importante en el proceso de coordinación.


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13.3 Virus

Los virus se encuentran dondequiera que haya vida y probablemente han existido desde que las células vivas evolucionaron por primera vez. El origen de los virus no está claro porque no forman fósiles, por lo que se utilizan técnicas moleculares para investigar cómo surgieron. Además, el material genético viral se integra ocasionalmente en la línea germinal de los organismos hospedadores, por lo que pueden transmitirse verticalmente a la descendencia del hospedador durante muchas generaciones. Esto proporciona una fuente invaluable de información para que los paleovirólogos rastreen virus antiguos que han existido hace millones de años. Hay tres hipótesis principales que tienen como objetivo explicar el origen de los virus:

La palabra proviene del latín neuter vīrus que se refiere al veneno y otros líquidos nocivos, de la misma base indoeuropea que el sánscrito viṣa, Avestan vīša y el griego antiguo ἰός (todos significan "veneno"), documentado por primera vez en inglés en 1398 en Juan Traducción de Trevisa de De Proprietatibus Rerum de Bartholomeus Anglicus. Virulento, del latín virulentus (venenoso), data de c. 1400. El significado de "agente que causa enfermedades infecciosas" se registró por primera vez en 1728, mucho antes del descubrimiento de los virus por Dmitri Ivanovsky en 1892. El plural en inglés es virus (a veces también vira), mientras que la palabra latina es un sustantivo masivo, que no tiene un plural atestiguado clásicamente (vīra se usa en neolatino). El adjetivo viral data de 1948. El término virión (viriones plural), que data de 1959, también se usa para referirse a una sola partícula viral que se libera de la célula y es capaz de infectar otras células del mismo tipo.

Las opiniones científicas difieren sobre si los virus son una forma de vida o estructuras orgánicas que interactúan con los organismos vivos. Se les ha descrito como “organismos al borde de la vida”, ya que se asemejan a los organismos en el sentido de que poseen genes, evolucionan por selección natural y se reproducen creando múltiples copias de sí mismos mediante el autoensamblaje. Aunque tienen genes, no tienen una estructura celular, que a menudo se considera la unidad básica de la vida. Los virus no tienen su propio metabolismo y requieren una célula huésped para fabricar nuevos productos. Por lo tanto, no pueden reproducirse naturalmente fuera de una célula huésped, aunque las especies bacterianas como rickettsia y clamidia se consideran organismos vivos a pesar de la misma limitación. Las formas de vida aceptadas utilizan la división celular para reproducirse, mientras que los virus se ensamblan espontáneamente dentro de las células. Se diferencian del crecimiento autónomo de los cristales, ya que heredan mutaciones genéticas mientras están sujetos a la selección natural. El autoensamblaje del virus dentro de las células huésped tiene implicaciones para el estudio del origen de la vida, ya que da más credibilidad a la hipótesis de que la vida podría haber comenzado como moléculas orgánicas autoensambladas.

Los virus muestran una amplia diversidad de formas y tamaños, denominados "morfologías". En general, los virus son mucho más pequeños que las bacterias. La mayoría de los virus que se han estudiado tienen un diámetro de entre 20 y 300 nanómetros. Algunos filovirus tienen una longitud total de hasta 1400 nm y sus diámetros son solo de aproximadamente 80 nm. La mayoría de los virus no se pueden ver con un microscopio óptico, por lo que se utilizan microscopios electrónicos de barrido y transmisión para visualizarlos. Para aumentar el contraste entre los virus y el fondo, se utilizan "tinciones" densas en electrones. Se trata de soluciones de sales de metales pesados, como el tungsteno, que dispersan los electrones de las regiones cubiertas por la mancha. Cuando los viriones se recubren con tinción (tinción positiva), los detalles finos se oscurecen. La tinción negativa supera este problema al teñir solo el fondo.

Una partícula de virus completa, conocida como virión, consta de ácido nucleico rodeado por una capa protectora de proteína llamada cápside. Estos se forman a partir de subunidades de proteínas idénticas llamadas capsómeras. Los virus pueden tener una "envoltura" lipídica derivada de la membrana de la célula huésped. La cápside está hecha de proteínas codificadas por el genoma viral y su forma sirve como base para la distinción morfológica. Las subunidades de proteínas codificadas por virus se autoensamblan para formar una cápside, lo que en general requiere la presencia del genoma del virus. Los virus complejos codifican proteínas que ayudan en la construcción de su cápside. Las proteínas asociadas con el ácido nucleico se conocen como nucleoproteínas y la asociación de las proteínas de la cápside viral con el ácido nucleico viral se denomina nucleocápside. La cápside y la estructura completa del virus se pueden sondear mecánicamente (físicamente) mediante microscopía de fuerza atómica. En general, existen cuatro tipos principales de virus morfológicos:

Los virus helicoidales se componen de un solo tipo de capsómero apilado alrededor de un eje central para formar una estructura helicoidal, que puede tener una cavidad central o un tubo. Esta disposición da como resultado viriones en forma de varilla o filamentosos que pueden ser cortos y muy rígidos o largos y muy flexibles. El material genético (típicamente ARN monocatenario, pero ADNss en algunos casos) se une a la hélice de la proteína mediante interacciones entre el ácido nucleico cargado negativamente y las cargas positivas de la proteína. En general, la longitud de una cápside helicoidal está relacionada con la longitud del ácido nucleico contenido en ella, y el diámetro depende del tamaño y la disposición de los capsómeros. El bien estudiado virus del mosaico del tabaco es un ejemplo de virus helicoidal.

La mayoría de los virus animales son icosaédricos o casi esféricos con simetría icosaédrica quiral. Un icosaedro regular es la forma óptima de formar una capa cerrada a partir de subunidades idénticas. El número mínimo de capsómeros idénticos requeridos para cada cara triangular es 3, lo que da 60 para el icosaedro. Muchos virus, como el rotavirus, tienen más de 60 capsómeros y parecen esféricos, pero conservan esta simetría. Para lograr esto, los capsómeros en los ápices están rodeados por otros cinco capsómeros y se denominan pentones. Los capsómeros en las caras triangulares están rodeados por otros seis y se llaman hexones. Los hexones son esencialmente planos y los pentones, que forman los 12 vértices, son curvos. La misma proteína puede actuar como subunidad tanto de los pentámeros como de los hexámeros o pueden estar compuestos de diferentes proteínas.

Algunas especies de virus se envuelven en una forma modificada de una de las membranas celulares, ya sea la membrana externa que rodea una célula huésped infectada o membranas internas como la membrana nuclear o el retículo endoplásmico, obteniendo así una bicapa lipídica externa conocida como envoltura viral. Esta membrana está repleta de proteínas codificadas por el genoma viral y el genoma del huésped, la propia membrana lipídica y los carbohidratos presentes se originan en su totalidad en el huésped. El virus de la influenza y el VIH utilizan esta estrategia. La mayoría de los virus envueltos dependen de la envoltura para su infectividad.

Estos virus poseen una cápside que no es ni puramente helicoidal ni puramente icosaédrica, y que puede poseer estructuras adicionales como colas de proteínas o una pared externa compleja. Algunos bacteriófagos, como el fago T4 de Enterobacteria, tienen una estructura compleja que consiste en una cabeza icosaédrica unida a una cola helicoidal, que puede tener una placa base hexagonal con fibras protuberantes en la cola que sobresalen. Esta estructura de la cola actúa como una jeringa molecular, adhiriéndose al huésped bacteriano y luego inyectando el genoma viral en la célula. Los poxvirus son virus grandes y complejos que tienen una morfología inusual. El genoma viral está asociado con proteínas dentro de una estructura de disco central conocida como nucleoide. El nucleoide está rodeado por una membrana y dos cuerpos laterales de función desconocida. El virus tiene una envoltura exterior con una gruesa capa de proteína tachonada sobre su superficie. Todo el virión es ligeramente pleomórfico, desde ovoide hasta en forma de ladrillo.

El mimivirus es uno de los virus caracterizados más grandes, con un diámetro de cápside de 400 nm. Los filamentos de proteínas que miden 100 nm se proyectan desde la superficie. La cápside parece hexagonal bajo un microscopio electrónico, por lo tanto, la cápside probablemente sea icosaédrica. En 2011, los investigadores descubrieron el virus más grande conocido hasta entonces en muestras de agua recolectadas del fondo del océano frente a la costa de Las Cruces, Chile. Provisionalmente llamado Megavirus chilensis, se puede ver con un microscopio óptico básico. En 2013, el género Pandoravirus fue descubierto en Chile y Australia, y tiene genomas aproximadamente dos veces más grandes que Megavirus y Mimivirus. Todos los virus gigantes tienen genomas de dsDNA y se clasifican en varias familias: Mimiviridae, Pithoviridae, Pandoraviridae, Phycodnaviridae y el género Mollivirus.

Algunos virus que infectan a Archaea tienen estructuras complejas no relacionadas con ninguna otra forma de virus, con una amplia variedad de formas inusuales, que van desde estructuras en forma de huso hasta virus que se asemejan a varillas en forma de gancho, lágrimas o incluso botellas. Otros virus de las arqueas se asemejan a los bacteriófagos de cola y pueden tener múltiples estructuras de cola.

Se puede ver una enorme variedad de estructuras genómicas entre las especies virales como grupo, contienen más diversidad genómica estructural que plantas, animales, arqueas o bacterias. Existen millones de tipos diferentes de virus, aunque se han descrito en detalle menos de 7.000 tipos. En septiembre de 2015, la base de datos del genoma del virus NCBI tiene más de 75.000 secuencias genómicas completas, pero sin duda hay muchas más por descubrir.

Un virus tiene un genoma de ADN o de ARN y se denomina virus de ADN o virus de ARN, respectivamente. La gran mayoría de los virus tienen genomas de ARN. Los virus vegetales tienden a tener genomas de ARN monocatenario y los bacteriófagos tienden a tener genomas de ADN bicatenario.

Los genomas virales son circulares, como en los poliomavirus, o lineales, como en los adenovirus. El tipo de ácido nucleico es irrelevante para la forma del genoma. Entre los virus de ARN y ciertos virus de ADN, el genoma a menudo se divide en partes separadas, en cuyo caso se denomina segmentado. Para los virus de ARN, cada segmento a menudo codifica solo una proteína y generalmente se encuentran juntos en una cápside. No se requiere que todos los segmentos estén en el mismo virión para que el virus sea infeccioso, como lo demuestra el virus del mosaico del bromo y varios otros virus de plantas.

Un genoma viral, independientemente del tipo de ácido nucleico, es casi siempre monocatenario o bicatenario. Los genomas monocatenarios consisten en un ácido nucleico desapareado, análogo a la mitad de una escalera dividida por la mitad. Los genomas bicatenarios constan de dos ácidos nucleicos pareados complementarios, análogos a una escalera. Las partículas de virus de algunas familias de virus, como las que pertenecen a Hepadnaviridae, contienen un genoma que es parcialmente bicatenario y parcialmente monocatenario.

Para la mayoría de los virus con genomas de ARN y algunos con genomas de ADN monocatenario, se dice que las cadenas simples son de sentido positivo (llamado 'cadena más') o de sentido negativo (llamado 'cadena menos'), según sobre si son complementarios al ARN mensajero viral (ARNm). El ARN viral de sentido positivo tiene el mismo sentido que el ARNm viral y, por lo tanto, la célula huésped puede traducir inmediatamente al menos una parte de él. El ARN viral de sentido negativo es complementario del ARNm y, por tanto, debe convertirse en ARN de sentido positivo mediante una ARN polimerasa dependiente de ARN antes de la traducción. La nomenclatura de ADN para virus con ssDNA genómico de sentido único es similar a la nomenclatura de RNA, en que el ssDNA viral de hebra positiva es idéntica en secuencia al mRNA viral y, por lo tanto, es una hebra codificante, mientras que el ssDNA viral de hebra negativa es complementario al mRNA viral y, por tanto, es una hebra de plantilla. Varios tipos de virus ssDNA y ssRNA tienen genomas que son ambisentidos en el sentido de que la transcripción puede ocurrir en ambas cadenas en un intermedio replicativo bicatenario. Los ejemplos incluyen geminivirus, que son virus de plantas de ssDNA y arenavirus, que son virus de ssRNA de animales.

El tamaño del genoma varía mucho entre especies. Los más pequeños, los circovirus ssDNA, familia Circoviridae, codifican solo dos proteínas y tienen un tamaño de genoma de solo dos kilobases, los más grandes, los pandoravirus, tienen tamaños de genoma de alrededor de dos megabases que codifican alrededor de 2500 proteínas. Los genes del virus rara vez tienen intrones y, a menudo, están dispuestos en el genoma de manera que se superponen.

En general, los virus de ARN tienen un tamaño de genoma más pequeño que los virus de ADN debido a una mayor tasa de error al replicarse y tienen un límite de tamaño superior máximo. Más allá de esto, los errores al replicar hacen que el virus sea inútil o no competitivo. Para compensar, los virus de ARN a menudo tienen genomas segmentados (el genoma se divide en moléculas más pequeñas), lo que reduce la posibilidad de que un error en un genoma de un solo componente incapacite a todo el genoma. Por el contrario, los virus de ADN generalmente tienen genomas más grandes debido a la alta fidelidad de sus enzimas de replicación. Los virus de ADN monocatenario son una excepción a esta regla, ya que las tasas de mutación de estos genomas pueden acercarse al extremo del caso del virus ssRNA.

Los virus sufren cambios genéticos por varios mecanismos. Estos incluyen un proceso llamado deriva antigénica donde las bases individuales en el ADN o ARN mutan a otras bases. La mayoría de estas mutaciones puntuales son "silenciosas", no cambian la proteína que codifica el gen, pero otras pueden conferir ventajas evolutivas como la resistencia a los medicamentos antivirales. El cambio antigénico ocurre cuando hay un cambio importante en el genoma del virus. Esto puede ser el resultado de una recombinación o reordenamiento. Cuando esto sucede con los virus de la influenza, pueden producirse pandemias. Los virus de ARN a menudo existen como cuasiespecies o enjambres de virus de la misma especie pero con secuencias de nucleósidos del genoma ligeramente diferentes. Estas cuasiespecies son un objetivo primordial para la selección natural.

Los genomas segmentados confieren ventajas evolutivas. Diferentes cepas de un virus con un genoma segmentado pueden barajar y combinar genes y producir virus de progenie (o descendencia) que tienen características únicas. Esto se llama reordenamiento o "sexo viral".

La recombinación genética es el proceso mediante el cual una hebra de ADN se rompe y luego se une al final de una molécula de ADN diferente. Esto puede ocurrir cuando los virus infectan células simultáneamente y los estudios de evolución viral han demostrado que la recombinación ha sido desenfrenada en las especies estudiadas. La recombinación es común para los virus de ARN y ADN.

Las poblaciones virales no crecen por división celular, porque son acelulares. En cambio, utilizan la maquinaria y el metabolismo de una célula huésped para producir múltiples copias de sí mismos y se ensamblan en la célula. Cuando se infecta, la célula huésped se ve obligada a producir rápidamente miles de copias idénticas del virus original.

Su ciclo de vida difiere mucho entre las especies, pero hay seis etapas básicas en su ciclo de vida:

La unión es una unión específica entre las proteínas de la cápside viral y los receptores específicos en la superficie celular del huésped. Esta especificidad determina el rango de hospedadores y el tipo de célula hospedadora de un virus. Por ejemplo, el VIH infecta una gama limitada de leucocitos humanos. Esto se debe a que su proteína de superficie, gp120, interactúa específicamente con la molécula CD4, un receptor de quimiocinas, que se encuentra más comúnmente en la superficie de las células T CD4 +. Este mecanismo ha evolucionado para favorecer a aquellos virus que infectan solo células en las que son capaces de replicarse. La unión al receptor puede inducir a la proteína de la envoltura viral a sufrir cambios que dan como resultado la fusión de las membranas viral y celular, o cambios de las proteínas de la superficie del virus sin envoltura que permiten la entrada del virus.

La penetración sigue a la unión: los viriones ingresan a la célula huésped a través de endocitosis mediada por receptores o fusión de membranas en un proceso que a menudo se conoce como entrada viral. La infección de las células vegetales y fúngicas es diferente a la de las células animales. Las plantas tienen una pared celular rígida hecha de celulosa y los hongos una de quitina, por lo que la mayoría de los virus pueden ingresar a estas células solo después de un trauma en la pared celular. Casi todos los virus de las plantas (como el virus del mosaico del tabaco) también pueden moverse directamente de una célula a otra, en forma de complejos de nucleoproteínas monocatenarias, a través de poros llamados plasmodesmos. Las bacterias, como las plantas, tienen paredes celulares fuertes que un virus debe romper para infectar la célula. Dado que las paredes de las células bacterianas son mucho más delgadas que las paredes de las células vegetales debido a su tamaño mucho más pequeño, algunos virus han desarrollado mecanismos que inyectan su genoma en la célula bacteriana a través de la pared celular, mientras que la cápside viral permanece afuera.

El desencubrimiento es un proceso en el que se elimina la cápside viral: esto puede ser por degradación por enzimas virales o enzimas del huésped o por simple disociación, el resultado final es la liberación del ácido nucleico genómico viral.

La replicación de virus implica principalmente la multiplicación del genoma. La replicación implica la síntesis de ARN mensajero viral (ARNm) a partir de genes "tempranos" (con excepciones para los virus de ARN de sentido positivo), síntesis de proteínas virales, posible ensamblaje de proteínas virales y luego replicación del genoma viral mediada por la expresión de proteínas temprana o reguladora. Esto puede ir seguido, para virus complejos con genomas más grandes, por una o más rondas adicionales de síntesis de ARNm: la expresión génica "tardía" es, en general, de proteínas estructurales o viriónicas.

Ensamblaje: después del autoensamblaje mediado por la estructura de las partículas del virus, a menudo se produce alguna modificación de las proteínas. En virus como el VIH, esta modificación (a veces denominada maduración) se produce después de que el virus se ha liberado de la célula huésped.

Liberación: los virus pueden liberarse de la célula huésped mediante lisis, un proceso que mata la célula al reventar su membrana y pared celular si está presente: esta es una característica de muchos virus bacterianos y algunos animales. Algunos virus experimentan un ciclo lisogénico en el que el genoma viral se incorpora mediante recombinación genética en un lugar específico del cromosoma del huésped. El genoma viral se conoce entonces como un "provirus" o, en el caso de los bacteriófagos, un "profago". Siempre que el huésped se divide, el genoma viral también se replica. El genoma viral es mayoritariamente silencioso dentro del hospedador. En algún momento, el provirus o profago puede dar lugar a un virus activo, que puede lisar las células huésped. Los virus envueltos (p. Ej., VIH) normalmente se liberan de la célula huésped por gemación. Durante este proceso, el virus adquiere su envoltura, que es una pieza modificada del plasma del huésped u otra membrana interna.

El material genético dentro de las partículas de virus y el método por el cual se replica el material varía considerablemente entre los diferentes tipos de virus.

La replicación del genoma de la mayoría de los virus de ADN tiene lugar en el núcleo de la célula. Si la célula tiene el receptor apropiado en su superficie, estos virus ingresan a la célula ya sea por fusión directa con la membrana celular (p. Ej., Herpesvirus) o, más generalmente, por endocitosis mediada por receptores. La mayoría de los virus de ADN dependen por completo de la maquinaria de síntesis de ADN y ARN de la célula huésped y de la maquinaria de procesamiento de ARN. Los virus con genomas más grandes pueden codificar gran parte de esta maquinaria ellos mismos. En eucariotas, el genoma viral debe atravesar la membrana nuclear de la célula para acceder a esta maquinaria, mientras que en las bacterias solo necesita ingresar a la célula.

La replicación de los virus de ARN generalmente tiene lugar en el citoplasma. Los virus de ARN se pueden colocar en cuatro grupos diferentes según sus modos de replicación. La polaridad (si los ribosomas pueden utilizarla directamente o no para producir proteínas) de los virus de ARN monocatenarios determina en gran medida el mecanismo de replicación; el otro criterio principal es si el material genético es monocatenario o bicatenario. Todos los virus de ARN utilizan sus propias enzimas replicasa de ARN para crear copias de sus genomas.

Los virus de transcripción inversa tienen ssRNA (Retroviridae, Metaviridae, Pseudoviridae) o dsDNA (Caulimoviridae y Hepadnaviridae) en sus partículas. Los virus de transcripción inversa con genomas de ARN (retrovirus) usan un intermedio de ADN para replicarse, mientras que aquellos con genomas de ADN (pararetrovirus) usan un intermedio de ARN durante la replicación del genoma. Ambos tipos usan una transcriptasa inversa, o enzima ADN polimerasa dependiente de ARN, para llevar a cabo la conversión de ácido nucleico. Los retrovirus integran el ADN producido por transcripción inversa en el genoma del hospedador como un provirus como parte del proceso de replicación. Los pararetrovirus no lo hacen, aunque las copias genómicas integradas de pararetrovirus especialmente vegetales pueden dar lugar a virus infecciosos. Son susceptibles a fármacos antivirales que inhiben la enzima transcriptasa inversa, p. Ej. zidovudina y lamivudina. Un ejemplo del primer tipo es el VIH, que es un retrovirus. Ejemplos del segundo tipo son Hepadnaviridae, que incluye el virus de la hepatitis B.

Figura 13.13: Taxonomía y estrategias de replicación de virus ARN. A) Taxonomía simplificada de la arquitectura del genoma de los virus de ARN descritos en esta revisión. Consulte el texto principal para conocer las abreviaturas utilizadas. B) (virus de ARN +) La infección con un virus de ARN +, como se ejemplifica aquí con un virión similar a CoV, libera un genoma de ARN monocatenario en el citoplasma (1). (2) La traducción del marco de lectura abierta 5 'terminal del genoma produce la replicasa viral. (3) Este complejo multienzimático incluye actividad RdRp (naranja) y se asocia con las membranas intracelulares antes de que comience la síntesis de ARN. Los -ARN recién sintetizados se utilizan posteriormente para producir nuevos ARN + (4), que normalmente están cubiertos (amarillo) y poliadenilados (poliA). (Retrovirus) Los genomas del VIH-1 se empaquetan como ssRNA en viriones. Cuando se libera el ssRNA (1), el RT sintetiza una copia de cDNA (2). A continuación, el ARN se degrada por la actividad intrínseca de la ARNasa H en el RT (3) y el ADNc monocatenario se convierte en ADNdc (4). El dsDNA se importa en el núcleo (5) para su integración en el material genético del huésped. (Virus de ARN-) (1) Como se ilustra aquí con una partícula similar a IAV, la infección con un virus de ARN-ARN libera un genoma de ARN viral que está asociado con una polimerasa viral (naranja) y una nucleoproteína (verde). (2) En el caso de virus de ARN no segmentados, estos complejos apoyan la transcripción para producir ARNm o ARNc virales. (3) A continuación, se traducen los ARNm virales y las nuevas proteínas virales se completan con los ARNc para sintetizar nuevos ARNv. (5) Los complejos que contienen ARNv de algunos virus de ARN segmentado se importan al núcleo de la célula huésped, donde (6) RdRp produce ARNm o ARNc. (7) los ARNm se transportan al citoplasma, mientras que los ARNc se unen a nuevas proteínas virales para formar cRNP para la síntesis de ARN-. (virus dsRNA) Los genomas de RNA completamente duplicados carecen de elementos cap y polyA. (1) El RdRp (naranja), por lo tanto, transcribe el genoma viral dentro de la cápside del virión (azul y rojo), por lo que los ARNm virales pueden (2) liberarse en el citoplasma como se ilustra aquí con un virión similar al rotavirus. En el citoplasma, el ARNm se traduce (3) o se replica mediante RdRps virales recién sintetizados (4)]

La variedad de efectos estructurales y bioquímicos que tienen los virus en la célula huésped es extensa. Estos se denominan "efectos citopáticos". La mayoría de las infecciones por virus eventualmente resultan en la muerte de la célula huésped. Las causas de muerte incluyen lisis celular, alteraciones de la membrana de la superficie celular y apoptosis. A menudo, la muerte celular es causada por el cese de sus actividades normales debido a la supresión de proteínas específicas del virus, no todas las cuales son componentes de la partícula del virus. La distinción entre citopático e inofensivo es gradual. Algunos virus, como el virus de Epstein-Barr, pueden hacer que las células proliferen sin causar malignidad, mientras que otros, como los virus del papiloma, son causas establecidas de cáncer.

Algunos virus no causan cambios aparentes en la célula infectada. Las células en las que el virus está latente e inactivo muestran pocos signos de infección y, a menudo, funcionan con normalidad. Esto causa infecciones persistentes y el virus a menudo permanece inactivo durante muchos meses o años. Este suele ser el caso de los virus del herpes.

Los virus son, con mucho, las entidades biológicas más abundantes en la Tierra y superan en número a todas las demás juntas. Infectan todo tipo de vida celular, incluidos animales, plantas, bacterias y hongos. Los diferentes tipos de virus pueden infectar solo una gama limitada de huéspedes y muchos son específicos de cada especie. Algunos, como el virus de la viruela, por ejemplo, pueden infectar sólo a una especie, en este caso a los humanos, y se dice que tienen un rango de huéspedes limitado. Otros virus, como el virus de la rabia, pueden infectar diferentes especies de mamíferos y se dice que tienen una amplia variedad. Los virus que infectan a las plantas son inofensivos para los animales y la mayoría de los virus que infectan a otros animales son inofensivos para los humanos. El rango de hospedadores de algunos bacteriófagos se limita a una sola cepa de bacterias y se pueden usar para rastrear la fuente de brotes de infecciones mediante un método llamado tipificación de fagos. El conjunto completo de virus en un organismo o hábitat se denomina viroma, por ejemplo, todos los virus humanos constituyen el viroma humano.

13.3.1 Papel en las enfermedades humanas

Ejemplos de enfermedades humanas comunes causadas por virus incluyen el resfriado común, la influenza, la varicela y el herpes labial. Muchas enfermedades graves como la rabia, la enfermedad por el virus del Ébola, el SIDA (VIH), la influenza aviar y el SARS son causadas por virus. La capacidad relativa de los virus para causar enfermedades se describe en términos de virulencia. Se están investigando otras enfermedades para descubrir si tienen un virus como agente causante, como la posible conexión entre el virus del herpes humano 6 (HHV6) y enfermedades neurológicas como la esclerosis múltiple y el síndrome de fatiga crónica. Existe controversia sobre si el bornavirus, que anteriormente se pensaba que causaba enfermedades neurológicas en los caballos, podría ser responsable de enfermedades psiquiátricas en humanos.

Los virus tienen diferentes mecanismos por los cuales producen enfermedad en un organismo, que depende en gran medida de la especie viral. Los mecanismos a nivel celular incluyen principalmente la lisis celular, la ruptura y la posterior muerte de la célula. En los organismos multicelulares, si mueren suficientes células, todo el organismo comenzará a sufrir los efectos. Aunque los virus causan alteraciones de la homeostasis saludable, lo que resulta en enfermedades, pueden existir de manera relativamente inofensiva dentro de un organismo. Un ejemplo incluiría la capacidad del virus del herpes simple, que causa el herpes labial, de permanecer en un estado latente dentro del cuerpo humano. Esto se llama latencia y es una característica de los virus del herpes, incluido el virus de Epstein-Barr, que causa la fiebre glandular, y el virus de la varicela zóster, que causa la varicela y el herpes zóster. La mayoría de las personas se han infectado con al menos uno de estos tipos de virus del herpes. Estos virus latentes a veces pueden ser beneficiosos, ya que la presencia del virus puede aumentar la inmunidad contra patógenos bacterianos, como Yersinia pestis.

Algunos virus pueden causar infecciones crónicas o de por vida, donde los virus continúan replicándose en el cuerpo a pesar de los mecanismos de defensa del huésped. Esto es común en las infecciones por el virus de la hepatitis B y el virus de la hepatitis C. Las personas infectadas crónicamente se conocen como portadoras, ya que sirven como reservorios de virus infecciosos. En poblaciones con una alta proporción de portadores, se dice que la enfermedad es endémica.

La epidemiología viral es la rama de la ciencia médica que se ocupa de la transmisión y el control de las infecciones víricas en los seres humanos. La transmisión de virus puede ser vertical, lo que significa de madre a hijo, u horizontal, lo que significa de persona a persona. Los ejemplos de transmisión vertical incluyen el virus de la hepatitis B y el VIH, donde el bebé nace ya infectado con el virus. Otro ejemplo, más raro, es el virus de la varicela zóster, que, aunque causa infecciones relativamente leves en niños y adultos, puede ser fatal para el feto y el recién nacido.

La transmisión horizontal es el mecanismo más común de propagación de virus en las poblaciones. La transmisión horizontal puede ocurrir cuando se intercambian fluidos corporales durante la actividad sexual, por intercambio de saliva o cuando se ingieren alimentos o agua contaminados. También puede ocurrir cuando se inhalan aerosoles que contienen virus o por insectos vectores, como cuando los mosquitos infectados penetran en la piel de un huésped. La mayoría de los tipos de virus se limitan a uno o dos de estos mecanismos y se denominan "virus respiratorios" o "virus entéricos", etc. La tasa o velocidad de transmisión de las infecciones virales depende de factores que incluyen la densidad de población, el número de individuos susceptibles (es decir, los que no son inmunes), la calidad de la atención médica y el clima.

La epidemiología se utiliza para romper la cadena de infección en poblaciones durante brotes de enfermedades virales. Se utilizan medidas de control que se basan en el conocimiento de cómo se transmite el virus. Es importante encontrar la fuente o fuentes del brote e identificar el virus. Una vez que se ha identificado el virus, las vacunas a veces pueden romper la cadena de transmisión. Cuando no se dispone de vacunas, el saneamiento y la desinfección pueden ser eficaces. A menudo, las personas infectadas se aíslan del resto de la comunidad y las que han estado expuestas al virus se ponen en cuarentena. Para controlar el brote de fiebre aftosa en el ganado en Gran Bretaña en 2001, se sacrificaron miles de cabezas de ganado. La mayoría de las infecciones virales de humanos y otros animales tienen períodos de incubación durante los cuales la infección no causa signos ni síntomas. Los períodos de incubación de las enfermedades virales varían de unos pocos días a semanas, pero se conocen para la mayoría de las infecciones. Algo superpuesto, pero principalmente después del período de incubación, hay un período de transmisibilidad, un momento en el que un individuo o animal infectado es contagioso y puede infectar a otra persona o animal. Esto también es conocido por muchas infecciones virales, y el conocimiento de la duración de ambos períodos es importante para el control de los brotes. Cuando los brotes causan una proporción inusualmente alta de casos en una población, comunidad o región, se denominan epidemias. Si los brotes se extienden por todo el mundo, se denominan pandemias.

Una pandemia es una epidemia mundial. La pandemia de influenza de 1918, que duró hasta 1919, fue una pandemia de influenza de categoría 5 causada por un virus de influenza A inusualmente grave y mortal. Las víctimas eran a menudo adultos jóvenes sanos, en contraste con la mayoría de los brotes de influenza, que afectan predominantemente a pacientes jóvenes, ancianos o debilitados. Las estimaciones más antiguas dicen que mató a 40-50 millones de personas, mientras que investigaciones más recientes sugieren que puede haber matado hasta 100 millones de personas, o el 5% de la población mundial en 1918.

Aunque las pandemias virales son eventos poco frecuentes, el VIH, que evolucionó a partir de virus que se encuentran en monos y chimpancés, ha sido una pandemia desde al menos la década de 1980. Durante el siglo XX hubo cuatro pandemias provocadas por el virus de la influenza y las ocurridas en 1918, 1957 y 1968 fueron graves. La mayoría de los investigadores creen que el VIH se originó en el África subsahariana durante el siglo XX y ahora es una pandemia, con un estimado de 37,9 millones de personas que viven con la enfermedad en todo el mundo. En 2018 se produjeron alrededor de 770.000 muertes a causa del sida. El Programa Conjunto de las Naciones Unidas sobre el VIH / Sida (ONUSIDA) y la Organización Mundial de la Salud (OMS) estiman que el sida ha causado la muerte de más de 25 millones de personas desde que se reconoció por primera vez el 5 de junio de 1981. convirtiéndola en una de las epidemias más destructivas de la historia registrada. En 2007 hubo 2,7 millones de nuevas infecciones por el VIH y 2 millones de muertes relacionadas con el VIH.

Varios patógenos virales altamente letales son miembros de Filoviridae. Los filovirus son virus similares a filamentos que causan fiebre hemorrágica viral e incluyen ebolavirus y marburgvirus. El virus de Marburgo, descubierto por primera vez en 1967, atrajo la atención de la prensa en abril de 2005 por un brote en Angola. La enfermedad por el virus del Ébola también ha causado brotes intermitentes con altas tasas de mortalidad desde 1976, cuando se identificó por primera vez. La peor y más reciente es la epidemia de África Occidental de 2013-2016.

Con la excepción de la viruela, la mayoría de las pandemias son causadas por virus de nueva evolución. Estos virus "emergentes" suelen ser mutantes de virus menos dañinos que han circulado previamente en humanos o en otros animales.

El síndrome respiratorio agudo severo (SARS) y el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) son causados ​​por nuevos tipos de coronavirus. Se sabe que otros coronavirus causan infecciones leves en humanos, por lo que la virulencia y la rápida propagación de las infecciones por SARS, que en julio de 2003 habían causado alrededor de 8.000 casos y 800 muertes, fueron inesperadas y la mayoría de los países no estaban preparados.

Un coronavirus relacionado surgió en Wuhan, China en noviembre de 2019 y se propagó rápidamente por todo el mundo. Se cree que se originó en murciélagos y posteriormente se denominó síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2, las infecciones con el virus causaron una pandemia en 2020. Se han impuesto restricciones sin precedentes en tiempos de paz a los viajes internacionales y se han impuesto toques de queda en varias ciudades importantes del mundo.

Los virus son una causa establecida de cáncer en humanos y otras especies. Los cánceres virales ocurren solo en una minoría de personas (o animales) infectados. Los virus del cáncer provienen de una variedad de familias de virus, incluidos los virus de ARN y ADN, por lo que no existe un solo tipo de "oncovirus" (un término obsoleto que se usó originalmente para los retrovirus de transformación aguda). El desarrollo del cáncer está determinado por una variedad de factores, como la inmunidad del hospedador y las mutaciones en el hospedador. Los virus que se acepta que causan cánceres humanos incluyen algunos genotipos del virus del papiloma humano, virus de la hepatitis B, virus de la hepatitis C, virus de Epstein-Barr, virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi y virus linfotrópico T humano. El virus del cáncer humano descubierto más recientemente es un poliomavirus (poliomavirus de células de Merkel) que causa la mayoría de los casos de una forma rara de cáncer de piel llamado carcinoma de células de Merkel. Los virus de la hepatitis pueden convertirse en una infección viral crónica que conduce al cáncer de hígado. La infección por el virus linfotrópico T humano puede provocar paraparesia espástica tropical y leucemia de células T adultas. Los virus del papiloma humano son una causa establecida de cánceres de cuello uterino, piel, ano y pene. Dentro de los Herpesviridae, el virus del herpes asociado al sarcoma de Kaposi causa el sarcoma de Kaposi y el linfoma de la cavidad corporal, y el virus de Epstein-Barr causa el linfoma de Burkitt, el linfoma de Hodgkin, el trastorno linfoproliferativo B y el carcinoma nasofaríngeo.Poliomavirus de células de Merkel estrechamente relacionado con SV40 y poliomavirus de ratón que se han utilizado como modelos animales para virus de cáncer durante más de 50 años.

La primera línea de defensa del cuerpo contra los virus es el sistema inmunológico innato. Comprende células y otros mecanismos que defienden al huésped de la infección de forma no específica. Esto significa que las células del sistema innato reconocen y responden a los patógenos de manera genérica, pero, a diferencia del sistema inmunológico adaptativo, no confiere inmunidad protectora o de larga duración al huésped.

La interferencia del ARN es una defensa innata importante contra los virus. Muchos virus tienen una estrategia de replicación que involucra ARN bicatenario (dsRNA). Cuando un virus de este tipo infecta una célula, libera su molécula o moléculas de ARN, que se unen inmediatamente a un complejo de proteínas llamado cortador que corta el ARN en trozos más pequeños. Se activa una vía bioquímica, el complejo RISC, que asegura la supervivencia celular al degradar el ARNm viral. Los rotavirus han evolucionado para evitar este mecanismo de defensa al no destapar completamente el interior de la célula y liberar el ARNm recién producido a través de los poros de la cápside interna de la partícula. Su dsRNA genómico permanece protegido dentro del núcleo del virión.

Cuando el sistema inmunológico adaptativo de un vertebrado se encuentra con un virus, produce anticuerpos específicos que se unen al virus y, a menudo, lo vuelven no infeccioso. A esto se le llama inmunidad humoral. Son importantes dos tipos de anticuerpos. El primero, llamado IgM, es muy eficaz para neutralizar virus, pero es producido por las células del sistema inmunológico solo durante unas pocas semanas. El segundo, llamado IgG, se produce de forma indefinida. La presencia de IgM en la sangre del huésped se utiliza para detectar una infección aguda, mientras que la IgG indica una infección en el pasado. El anticuerpo IgG se mide cuando se realizan pruebas de inmunidad.

Los anticuerpos pueden seguir siendo un mecanismo de defensa eficaz incluso después de que los virus hayan logrado ingresar a la célula huésped. Una proteína que se encuentra en las células, llamada TRIM21, puede unirse a los anticuerpos en la superficie de la partícula del virus. Esto prepara la subsiguiente destrucción del virus por las enzimas del sistema proteosómico de la célula.

Una segunda defensa de los vertebrados contra los virus se llama inmunidad mediada por células e involucra células inmunes conocidas como células T. Las células del cuerpo exhiben constantemente fragmentos cortos de sus proteínas en la superficie de la célula y, si una célula T reconoce un fragmento viral sospechoso allí, la célula huésped es destruida por las células "T asesinas" y las células T específicas del virus proliferan. Células como los macrófagos son especialistas en esta presentación de antígenos. La producción de interferón es un importante mecanismo de defensa del huésped. Esta es una hormona producida por el cuerpo cuando hay virus. Su papel en la inmunidad es complejo y finalmente detiene la reproducción de los virus al matar la célula infectada y sus vecinas cercanas.

No todas las infecciones por virus producen una respuesta inmunitaria protectora de esta forma. El VIH evade el sistema inmunológico al cambiar constantemente la secuencia de aminoácidos de las proteínas en la superficie del virión. Esto se conoce como "mutación de escape", ya que los epítopos virales escapan al reconocimiento de la respuesta inmune del huésped. Estos virus persistentes evaden el control inmunológico por secuestro, bloqueo de la presentación de antígenos, resistencia a las citocinas, evasión de las actividades de las células asesinas naturales, escape de la apoptosis y cambio antigénico. Otros virus, llamados "virus neurotrópicos", se diseminan por diseminación neuronal donde el sistema inmunológico no puede alcanzarlos.

Debido a que los virus utilizan vías metabólicas vitales dentro de las células del huésped para replicarse, son difíciles de eliminar sin el uso de medicamentos que causan efectos tóxicos en las células del huésped en general. Los enfoques médicos más efectivos para las enfermedades virales son las vacunas para proporcionar inmunidad a las infecciones y los medicamentos antivirales que interfieren selectivamente con la replicación viral.

La vacunación es una forma barata y eficaz de prevenir infecciones por virus. Las vacunas se utilizaron para prevenir infecciones virales mucho antes del descubrimiento de los virus reales. Su uso ha provocado una disminución espectacular de la morbilidad (enfermedad) y la mortalidad (muerte) asociadas con infecciones virales como la poliomielitis, el sarampión, las paperas y la rubéola. Se han erradicado las infecciones por viruela. Hay vacunas disponibles para prevenir más de trece infecciones virales en humanos, y se usan más para prevenir infecciones virales en animales. Las vacunas pueden consistir en virus vivos atenuados o muertos, o proteínas virales (antígenos). Las vacunas vivas contienen formas debilitadas del virus, que no causan la enfermedad pero, no obstante, confieren inmunidad. Estos virus se denominan atenuados. Las vacunas vivas pueden ser peligrosas cuando se administran a personas con una inmunidad débil (que se describen como inmunodeprimidas), porque en estas personas, el virus debilitado puede causar la enfermedad original. Se utilizan técnicas de biotecnología e ingeniería genética para producir vacunas de subunidades. Estas vacunas usan solo las proteínas de la cápside del virus. La vacuna contra la hepatitis B es un ejemplo de este tipo de vacuna. Las vacunas de subunidades son seguras para los pacientes inmunodeprimidos porque no pueden causar la enfermedad. La vacuna contra el virus de la fiebre amarilla, una cepa viva atenuada llamada 17D, es probablemente la vacuna más segura y eficaz jamás generada.

Los medicamentos antivirales son a menudo análogos de nucleósidos (bloques de construcción de ADN falsos), que los virus incorporan por error en sus genomas durante la replicación. El ciclo de vida del virus se detiene luego porque el ADN recién sintetizado está inactivo. Esto se debe a que estos análogos carecen de los grupos hidroxilo que, junto con los átomos de fósforo, se unen para formar la fuerte "columna vertebral" de la molécula de ADN. A esto se le llama terminación de la cadena de ADN. Ejemplos de análogos de nucleósidos son el aciclovir para las infecciones por el virus del herpes simple y lamivudina para las infecciones por el VIH y el virus de la hepatitis B. El aciclovir es uno de los medicamentos antivirales más antiguos y recetados con mayor frecuencia. Otros medicamentos antivirales en uso se dirigen a diferentes etapas del ciclo de vida viral. El VIH depende de una enzima proteolítica llamada proteasa del VIH-1 para que se vuelva completamente infeccioso. Existe una gran clase de medicamentos llamados inhibidores de la proteasa que inactivan esta enzima.

La hepatitis C es causada por un virus ARN. En el 80% de las personas infectadas, la enfermedad es crónica y, sin tratamiento, quedan infectadas por el resto de sus vidas. En la actualidad existe un tratamiento eficaz que utiliza el fármaco análogo de nucleósido ribavirina combinado con interferón. Se ha desarrollado el tratamiento de portadores crónicos del virus de la hepatitis B utilizando una estrategia similar con lamivudina.

13.3.2 Virus animales

Los virus son patógenos importantes del ganado. Enfermedades como la fiebre aftosa y la lengua azul son causadas por virus. Los animales de compañía como gatos, perros y caballos, si no están vacunados, son susceptibles a infecciones virales graves. El parvovirus canino es causado por un pequeño virus de ADN y las infecciones suelen ser fatales en los cachorros. Como todos los invertebrados, la abeja melífera es susceptible a muchas infecciones virales. La mayoría de los virus coexisten de forma inofensiva en su huésped y no provocan signos ni síntomas de enfermedad.

13.3.3 Virus de plantas

Hay muchos tipos de virus de las plantas, pero a menudo solo causan una pérdida de rendimiento y no es económicamente viable tratar de controlarlos. Los virus de las plantas a menudo se transmiten de una planta a otra a través de organismos, conocidos como vectores. Suelen ser insectos, pero se ha demostrado que algunos hongos, gusanos nematodos y organismos unicelulares son vectores. Cuando el control de las infecciones por virus de las plantas se considera económico, para las frutas perennes, por ejemplo, los esfuerzos se concentran en matar los vectores y eliminar hospedadores alternativos como las malas hierbas. Los virus vegetales no pueden infectar a los seres humanos ni a otros animales porque solo pueden reproducirse en células vegetales vivas.

Originaria de Perú, la papa se ha convertido en un cultivo básico en todo el mundo. El virus Y de la papa causa enfermedades en las papas y especies relacionadas, incluidos los tomates y los pimientos. En la década de 1980, este virus adquirió importancia económica cuando resultó difícil de controlar en los cultivos de semilla de papa. Transmitido por los pulgones, este virus puede reducir el rendimiento de los cultivos hasta en un 80 por ciento, provocando pérdidas significativas en el rendimiento de la papa.

Las plantas tienen mecanismos de defensa elaborados y eficaces contra los virus. Uno de los más eficaces es la presencia de los denominados genes de resistencia (R). Cada gen R confiere resistencia a un virus en particular al desencadenar áreas localizadas de muerte celular alrededor de la célula infectada, que a menudo se pueden ver a simple vista como grandes manchas. Esto evita que la infección se propague. La interferencia de ARN también es una defensa eficaz en las plantas. Cuando se infectan, las plantas a menudo producen desinfectantes naturales que matan los virus, como el ácido salicílico, el óxido nítrico y las moléculas reactivas de oxígeno.

Las partículas de virus de plantas o partículas similares a virus (VLP) tienen aplicaciones tanto en biotecnología como en nanotecnología. Las cápsides de la mayoría de los virus vegetales son estructuras simples y robustas y pueden producirse en grandes cantidades por infección de plantas o por expresión en una variedad de sistemas heterólogos. Las partículas de virus de plantas pueden modificarse genética y químicamente para encapsular material extraño y pueden incorporarse en estructuras supramoleculares para su uso en biotecnología.

13.3.4 Virus bacterianos

Un bacteriófago, también conocido informalmente como fago, es un virus que infecta y se replica dentro de bacterias y arqueas. El término se deriva de "bacteria" y del griego φαγεῖν (phagein), que significa "devorar". Los bacteriófagos están compuestos de proteínas que encapsulan un genoma de ADN o ARN y pueden tener estructuras simples o elaboradas. Sus genomas pueden codificar tan solo cuatro genes y hasta cientos de genes.

Estos virus infectan bacterias específicas al unirse a moléculas receptoras de superficie y luego ingresar a la célula. En poco tiempo, en algunos casos solo unos minutos, la polimerasa bacteriana comienza a traducir el ARNm viral en proteína. Estas proteínas se convierten en nuevos viriones dentro de la célula, proteínas auxiliares, que ayudan al ensamblaje de nuevos viriones, o proteínas involucradas en la lisis celular. Las enzimas virales ayudan en la degradación de la membrana celular y, en el caso del fago T4, en poco más de veinte minutos después de la inyección se podrían liberar más de trescientos fagos.

La principal forma en que las bacterias se defienden de los bacteriófagos es produciendo enzimas que destruyen el ADN extraño. Estas enzimas, llamadas endonucleasas de restricción, cortan el ADN viral que los bacteriófagos inyectan en las células bacterianas. Las bacterias también contienen un sistema que usa secuencias CRISPR para retener fragmentos de los genomas de virus con los que las bacterias han entrado en contacto en el pasado, lo que les permite bloquear la replicación del virus a través de una forma de interferencia de ARN. Este sistema genético proporciona a las bacterias inmunidad adquirida a las infecciones.

Los bacteriófagos se encuentran entre las entidades más comunes y diversas de la biosfera. Los bacteriófagos son virus ubicuos que se encuentran dondequiera que existan bacterias. Se estima que hay más de 1031 bacteriófagos en el planeta, más que cualquier otro organismo de la Tierra, incluidas las bacterias, juntos. Una de las fuentes naturales más densas de fagos y otros virus es el agua de mar, donde se han encontrado hasta 9x108 viriones por mililitro en las capas microbianas de la superficie, y hasta el 70% de las bacterias marinas pueden estar infectadas por fagos.

Los fagos se han utilizado desde finales del siglo XX como alternativa a los antibióticos en la ex Unión Soviética y Europa Central, así como en Francia. Se ven como una posible terapia contra cepas de muchas bacterias resistentes a múltiples fármacos (ver terapia con fagos). Por otro lado, se ha demostrado que los fagos de Inoviridae complican las biopelículas implicadas en la neumonía y la fibrosis quística y protegen a las bacterias de los fármacos destinados a erradicar la enfermedad, promoviendo así la infección persistente.


Florecimiento en bacterias

Ilustración en ciernes de bacterias

Las bacterias son organismos microscópicos y unicelulares que se pueden encontrar en una variedad de entornos (acuático, terrestre, intestino humano, etc.) en todo el mundo. A diferencia de muchos organismos en la tierra, las bacterias tienen una estructura interna simple que carece de un núcleo unido a una membrana.

Se clasifican como procariotas. Hay muchos tipos de bacterias que se clasifican según la nutrición, la morfología general y el lugar donde se encuentran.

Aunque la fisión binaria es el modo habitual de reproducción, algunas de las especies se reproducen a través de la gemación y se conocen como bacterias en gemación.

Los ejemplos de bacterias en ciernes incluyen:

* Se ha demostrado que la mayoría de las bacterias en ciernes se adhieren a las superficies de su entorno.

En algunas especies de bacterias, el proceso de gemación comienza con la síntesis de la pared de novo en puntos determinados de la célula madre. Normalmente, esto ocurre en un extremo (polo) de la bacteria.

La síntesis de novo en la pared es un paso importante en el proceso de gemación que asegura que la nueva célula hija individual no utilice el material de la envoltura celular del padre. A esto le sigue la replicación del ADN y, en última instancia, la separación de las células madre e hija en lo que se conoce como ciclo de gemación bacteriano.

En bacterias acechadas, como Hyphomonas neptunium, se ha demostrado que este proceso ocurre a través del tallo que actúa como el orgánulo reproductivo.

A través de la citocinesis (división del citoplasma durante la división celular para producir dos nuevas células hijas), estas células dan lugar a células acechadas (inmóviles) y células enjambres flageladas y capaces de nadar.

Si bien las células acechadas son capaces de entrar en el ciclo de gemación, los enjambres tienen que diferenciarse en células acechadas antes de que puedan pasar por este proceso. Esto da como resultado la formación de un tallo en el que se produce la yema. Como es el caso de la levadura, la yema comienza a crecer y finalmente se separa de la célula madre para convertirse en un individuo independiente capaz de brotar.

* En el caso de las bacterias acechadas, el tallo actúa como la parte del cuerpo celular que conecta la célula madre / célula madre con la yema.

* Aquí, la división celular ocurre en la unión entre la yema y el tallo.

Al ser un procariota, H. neptunium tiene una sola hebra de cromosoma circular de aproximadamente 3,7 Mb de tamaño. Se replica una vez por ciclo celular en dos pasos principales durante el proceso de gemación.

Aquí, el primer paso consiste en mover una de las regiones duplicadas parecidas a un centrómero al polo acechado de la célula madre. Esta región permanece en este sitio hasta que comienza a formarse la yema. Esta región (región similar a un centrómero) se transporta luego en el polo flagelado a través del tallo donde se está formando la yema. Luego, la yema continúa creciendo en tamaño antes de separarse de la célula madre.

Según estudios anteriores, la gemación se dividió en varias categorías según las células producidas a través del proceso de gemación.

· Brotando para la multiplicación - Esto da como resultado la multiplicación de las células - Aunque la célula hija producida es más pequeña que la célula madre, crece para parecerse a la célula madre / padre

· Brotación para ramificación de hifas - Aquí, el proceso de gemación da como resultado la formación de ramas similares a las observadas en los actinomicetos. Esto se observa comúnmente en Rhodomicrobium y Pedomicrobium.

· Brotando para la esporulación - Según estudios microscópicos, se encontró que las esporas brotaban de las hifas.


Métodos avanzados en biología molecular y biotecnología

Métodos avanzados en biología molecular y biotecnología: un manual práctico de laboratorio es una referencia concisa sobre protocolos y técnicas comunes para la biología molecular avanzada y la experimentación con biotecnología. Cada capítulo se centra en un método diferente, proporcionando una descripción general antes de profundizar en el procedimiento en un enfoque paso a paso. Las técnicas cubiertas incluyen extracción de ADN genómico utilizando bromuro de cetil trimetilamonio (CTAB) y extracción con cloroformo, técnicas cromatográficas, ELISA, hibridación, electroforesis en gel, análisis de transferencia puntual y métodos para estudiar reacciones en cadena de la polimerasa. También se analizan los protocolos de laboratorio y los procedimientos operativos estándar para equipos clave, lo que proporciona una descripción general instructiva para el trabajo de laboratorio.

Esta guía práctica se centra en los últimos avances e innovaciones en métodos de investigación de biología molecular y biotecnología, lo que ayuda a los investigadores y profesionales a mejorar y hacer avanzar sus propias metodologías y llevar su trabajo al siguiente nivel.

Métodos avanzados en biología molecular y biotecnología: un manual práctico de laboratorio es una referencia concisa sobre protocolos y técnicas comunes para la biología molecular avanzada y la experimentación con biotecnología. Cada capítulo se centra en un método diferente, proporcionando una descripción general antes de profundizar en el procedimiento en un enfoque paso a paso. Las técnicas cubiertas incluyen extracción de ADN genómico utilizando bromuro de cetil trimetilamonio (CTAB) y extracción con cloroformo, técnicas cromatográficas, ELISA, hibridación, electroforesis en gel, análisis de transferencia puntual y métodos para estudiar reacciones en cadena de la polimerasa. También se analizan los protocolos de laboratorio y los procedimientos operativos estándar para equipos clave, lo que proporciona una descripción general instructiva para el trabajo de laboratorio.

Esta guía práctica se centra en los últimos avances e innovaciones en métodos de investigación de biología molecular y biotecnología, lo que ayuda a los investigadores y profesionales a mejorar y hacer avanzar sus propias metodologías y llevar su trabajo al siguiente nivel.


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DISCUSIÓN

En este estudio, demostramos que el Arabidopsis La enzima conjugadora de ubiquitina UBC32, un E2 funcional inducido por estrés localizado en la membrana del RE, conectó el proceso ERAD y la promoción del crecimiento mediada por BR y la tolerancia al estrés salino.

Los BR son bien conocidos por su función en el desarrollo, como la división y elongación celular (Clouse y Sasse, 1998). En este estudio, encontramos que la señalización de BR contribuye a la tolerancia a la sal de la planta. los ubc32 los mutantes fueron más sensibles a eBL en el experimento de elongación del hipocótilo, que mostró que UBC32 regulaba negativamente la vía de señalización de BR. Se informa que BRI1 se localiza tanto en la membrana plasmática como en los compartimentos endosomales tempranos y el aumento de la localización endosómica de BRI1 mejora la señalización de BR (Geldner et al., 2007). En células de mamíferos,

60 a 75% del regulador de conductancia transmembrana de fibrosis quística de tipo salvaje se degradó durante el plegamiento de proteínas en el RE (Ward y Kopito, 1994). Por lo tanto, especulamos que el estado de plegamiento de BRI1 puede ser similar al del regulador de conductancia transmembrana de fibrosis quística. Nuestros resultados sugirieron la posibilidad de que el control de calidad de la proteína de BRI1 en el RE se interrumpiera por la mutación de UBC32, lo que lleva a una mayor acumulación de BRI1 de tipo salvaje o estructuralmente imperfecto pero bioquímicamente funcional en el RE. Luego, esto podría transportarse a la membrana plasmática mediante el tráfico endosómico, lo que, por lo tanto, mejora la señalización de BR.

En nuestro estudio anterior sobre la Arabidopsis ERAD componente HRD3A del complejo HRD, encontramos que el ERAD contribuye a la tolerancia a la sal de la planta (Liu et al., 2011). En este estudio, encontramos que UBC32 es un componente ERAD funcional, y el ubc32 los mutantes mostraron fenotipos tolerantes a la sal y tolerantes a la Tm. Pensamos que las diferentes respuestas al estrés salino de ubc32 y hrd3a se debieron a la especificidad de diferentes sustratos. Aunque UBC32 compartió los sustratos comunes de bri1-9 y bri1-5 con HRD3A, el espectro de sustratos de UBC32 puede tener sus propias características. Por ejemplo, UBC32 contribuyó a la degradación de MLO-12, que no se ha verificado en hrd3a mutantes. Además, UBC32 contribuyó a la degradación de BRI1 y los mutantes ubc32 y 35S-UBC32 las plantas mostraron un fenotipo alterado para eBL. Sin embargo, esta respuesta de eBL no se verificó en el hrd3a plantas. Considerando que los genes homólogos de levadura de UBC32 y HRD3A pertenecen a diferentes complejos ERAD (complejos Doa10 y Hrd1), y el complejo Hrd1 reconoce principalmente sustratos ERAD-L, mientras que Doa10 contribuye principalmente a los sustratos ERAD-M y ERAD-C (Kostova et al. al., 2007), la diversificación de los rangos de sustrato de UBC32 y HRD3A es razonable.

Desde otro aspecto, ya existen algunos ejemplos de que ERAD puede conducir a efectos favorables para organismos en situaciones específicas. Por ejemplo, mutaciones en levadura ubc6 suprimir el fenotipo sensible a la temperatura de la sec61 mutante, que conduce a la supervivencia del sec61 mutante a la temperatura normalmente restrictiva (Sommer y Jentsch, 1993). Basándonos en este fenómeno, especulamos que podría ser importante para la célula mantener la homeostasis de la función ER. El tratamiento con Tm debería inhibir drásticamente la glicosilación de muchas glicoproteínas importantes que controlan el crecimiento y desarrollo de las plantas e inducen un estrés severo del RE. Por tanto, ERAD defectos como la mutación de UBC32 podría comprometer el estrés del RE al prevenir la degradación de ciertas proteínas estructuralmente imperfectas pero funcionales y permitir que sean transportadas a sus destinos. Este es el caso de bri1-5 y bri1-9 y da como resultado la tolerancia de ubc32 mutantes a Tm.

Además, la activación de UPR mejora la capacidad de plegamiento de proteínas en el RE, lo que, combinado con las funciones de degradación de proteínas de ERAD, condiciona las respuestas de las plantas a diferentes estreses. Por otro lado, la sobreexpresión de UBC32 podría conducir a la degradación ERAD excesivamente entusiasta de las proteínas funcionales y explicar la observación de que 35S-UBC32 Las plantas mostraron un retraso en el crecimiento con raíces más cortas y partes aéreas más pequeñas en condiciones de crecimiento estándar y que el 35S-UBC32 las plantas mostraron un fenotipo sensible tras el tratamiento con Tm. También puede existir un mecanismo similar en la respuesta al estrés por sal. También observamos que la menor expresión de 35S-UBC32 solo contribuyó con un pequeño componente al fenotipo, y esto puede indicar que una cierta cantidad de UBC32 en las plantas es necesaria para optimizar la función de la vía ERAD. Además, nuestros resultados sugirieron que la señalización mejorada de BR fue responsable del desarrollo de tolerancia a la sal en ubc32 mutantes. Nuestros estudios sobre UBC32 proporcionan una mejor comprensión del mecanismo utilizado por las plantas para mantener la homeostasis en diferentes condiciones de estrés.

La duplicación de UBC genes, desde una copia, Ubc6p, en levadura hasta copias múltiples en metazoos y plantas, y el fracaso de la complementación de ambos homólogos humanos (Lenk et al., 2002) y UBC32 en levadura sugirió que la función de una sola levadura Ubc6p en eucariotas superiores Las células se dividen en dos subfamilias, UBC32 / UBE2J1 y UBC33 / UBC34 / UBE2J2. Así, el estudio de los mutantes dobles o triples, como ubc32 ubc33, ubc32 ubc34, y ubc32 ubc33 ubc34, permitirá una mayor comprensión del papel de este grupo de dominios que atraviesan la membrana de proteínas UBC en Arabidopsis. La coexpresión de UBC32 con UBC33 o UBC34 en la levadura ubc6p El mutante también puede explicar la relación evolutiva entre la levadura y los homólogos de Ubc6p de plantas.

Se sabe que las señales de estrés ER activarán factores de transcripción bZIP asociados a la membrana localizados en ER, como bZIP17, bZIP28 y bZIP60 en Arabidopsis. bZIP17 y bZIP28 transducen señales de estrés desde el ER al núcleo durante la UPR transportando esos bZIP al aparato de Golgi para que puedan ser procesados ​​por proteasas localizadas en Golgi. Además, la translocación de la Arabidopsis Se ha encontrado que bZIP60 al núcleo está regulado por el empalme no convencional de Arabidopsis ARNm de bZIP60 por IRE-1 (Deng et al., 2011). Las formas procesadas de bZIP se importan al núcleo para activar genes de respuesta al estrés, como las chaperonas (Liu y Howell, 2010). El aumento en los niveles de expresión de las chaperonas ER puede desempeñar un papel en el desarrollo de una mayor tolerancia a la sal. Se ha informado que la señalización de BR podría estar influenciada por la capacidad de los cuerpos de Golgi para realizar proteólisis intramembrana regulada, lo que sugiere un vínculo entre el estrés del RE y la señalización de BR (Che et al., 2010). Sin embargo, nuestro estudio proporciona evidencia de que la señalización de BR también está directamente regulada por el mecanismo ERAD, lo que abre la cuestión de si ERAD y la proteólisis intramembrana regulada funcionan juntas o de forma independiente. En consecuencia, esto se abordaría mediante un análisis de las interacciones genéticas entre los componentes ERAD y UPR.

Los BR también pueden mejorar la tolerancia al estrés abiótico a través de la interacción con otras hormonas vegetales, como ABA (Divi et al., 2010). Por ejemplo, se ha informado que la diafonía entre BR y ABA ocurre después de la percepción de BR pero en o antes de BIN2, por lo que una gran parte de los genes que responden a BR también están regulados por ABA (Zhang et al., 2009a). Los datos reportados muestran que ABA juega un papel muy importante en el establecimiento de la capacidad de latencia de las semillas durante la maduración embrionaria y la inhibición de la germinación de semillas, mientras que los BR promueven la germinación de semillas, quizás a través de la mejora de la capacidad de crecimiento de los embriones para antagonizar los efectos de ABA ( Zhang y col., 2009b). Nuestros datos mostraron que el bri1-9 ubc32 Los mutantes dobles son más insensibles a la inhibición de la germinación inducida por NaCl en comparación con bri1-9 e indicó otro posible mecanismo por el cual BR y ABA interactúan a través de la modulación de la cantidad de BRI1 por el mecanismo ERAD. Esta posibilidad fue apoyada además por la sensibilidad ABA alternativa del crecimiento tanto de la germinación como de la postgerminación del ubc32 y sobreexpresores de UBC32. Incluso con nuestros datos actuales, todavía no pudimos excluir la posibilidad de diafonía entre ABA y BR en la respuesta a la sal de la planta regulada por ERAD. Esta hipótesis se puede abordar en el futuro mediante investigaciones sobre las interacciones genéticas entre los mutantes BR, ABA y ERAD. Más estudios sobre otros componentes ERAD en Arabidopsis También facilitará una mejor comprensión de la correlación del mecanismo ERAD con diferentes procesos fisiológicos en las plantas.


Asignaturas de posgrado

Programa Conjunto MIT-WHOI en Oceanografía

7.410 Estadísticas aplicadas

Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Proporciona una introducción a las estadísticas aplicadas modernas. Los temas incluyen métodos basados ​​en verosimilitud para la estimación, intervalos de confianza y selección de modelos y regresión no paramétrica de modelos lineales de modelos de series de tiempo de arranque de prueba de hipótesis. Organizado en torno a ejemplos extraídos de la literatura reciente.

7.411 Seminarios de Oceanografía Biológica

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Temas seleccionados en oceanografía biológica.

7.421 Problemas de la oceanografía biológica

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Problemas avanzados en oceanografía biológica con lectura y consulta asignadas.

Información: M. Neubert (WHOI)

7.430 Temas de Ciencias Marinas Cuantitativas

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debates sobre ecología marina cuantitativa. Los temas varían de año en año.

7.431 Temas de Ecología Marina

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y discusiones sobre principios y procesos ecológicos en poblaciones, comunidades y ecosistemas marinos. Los temas varían de año en año.

7.432 Temas de fisiología y bioquímica marina

Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debates sobre procesos fisiológicos y bioquímicos en organismos marinos. Los temas varían de año en año.

7.433 Temas de oceanografía biológica

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debates sobre oceanografía biológica. Los temas varían de año en año.

7.434 Temas de biología del zooplancton

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debates sobre la biología del zooplancton marino. Los temas varían de año en año.

7.435 Temas de biología bentónica

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debates sobre la biología del bentos marino. Los temas varían de año en año.

7.436 Temas de biología del fitoplancton

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debate sobre biología del fitoplancton marino. Los temas varían de año en año.

7.437 Temas de Oceanografía Biológica Molecular

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y discusión sobre oceanografía biológica molecular. Los temas varían de año en año.

7.438 Temas sobre el comportamiento de los animales marinos

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debate sobre la biología del comportamiento de los animales marinos. Los temas varían de año en año.

7.439 Temas de microbiología marina

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
2-0-4 unidades
Puede repetirse para obtener crédito.

Conferencias y debate sobre la biología de los procariotas marinos. Los temas varían de año en año.

7.440 Introducción a la ecología matemática

Prerrequisito: Cálculo I (GIR), 1.018 [J], o permiso del instructor
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
3-0-9 unidades

Cubre los modelos básicos de crecimiento poblacional, demografía, interacción poblacional (competencia, depredación, mutualismo), redes tróficas, recolección y enfermedades infecciosas, y las herramientas matemáticas necesarias para su análisis. Debido a que estas herramientas también son básicas para el análisis de modelos en bioquímica, fisiología y comportamiento, tema también de gran relevancia para los estudiantes cuyos intereses no se limitan a problemas ecológicos.

7.470 Oceanografía biológica

Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades

Destinado a estudiantes con formación avanzada en biología. Visión general intensiva de oceanografía biológica. Se discutieron los principales paradigmas y se examinó la dependencia de los procesos biológicos en el océano de los aspectos físicos y químicos del medio ambiente. Examina la diversidad de hábitats marinos, los principales grupos de taxones que habitan esos hábitats y la biología general de los distintos taxones: la producción y el consumo de material orgánico en el océano, así como los factores que controlan esos procesos. Se detallan y contrastan la diversidad de especies, la estructura de las redes tróficas marinas y el flujo de energía dentro de los diferentes hábitats marinos.

7.491 Investigación en oceanografía biológica

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera, verano)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Investigación dirigida en oceanografía biológica que no conduzca a una tesis de posgrado e iniciada antes del examen de calificación.

Microbiología (MICRO)

7.492 [J] Métodos y problemas en microbiología

Mismo tema que 1.86 [J], 20.445 [J]
Prerrequisito: Ninguno
G (otoño)
3-0-9 unidades

Los estudiantes leerán y discutirán literatura primaria que cubra áreas clave de investigación microbiana con énfasis en métodos y enfoques utilizados para comprender y manipular microbios. Preferencia a estudiantes de primer año de Microbiología y Biología.

7.493 [J] Genética microbiana y evolución

Mismo tema que 1.87 [J], 12.493 [J], 20.446 [J]
Prerrequisito: 7.03, 7.05 o permiso del instructor
G (otoño)
4-0-8 unidades

Cubre aspectos de análisis genéticos y genómicos microbianos, dogma central, transferencia horizontal de genes y evolución.

A. D. Grossman, O. Cordero

7.494 Problemas de investigación en microbiología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera, verano)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Investigación dirigida en los campos de la ciencia y la ingeniería microbianas.

7.498 Experiencia docente en microbiología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Para estudiantes de posgrado calificados en el programa de posgrado de Microbiología interesados ​​en la docencia. Enseñanza en el aula o en el laboratorio bajo la supervisión de un miembro de la facultad.

7.499 Rotaciones de investigación en microbiología

Prerrequisito: Ninguno. Coreq: 7.492 [J] o 7.493 [J] permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Presenta a los estudiantes a los profesores que participan en el programa de posgrado de microbiología interdepartamental a través de una serie de tres rotaciones de laboratorio, que brindan una amplia exposición a la investigación en microbiología en el MIT. Los estudiantes seleccionan un laboratorio para la investigación de tesis al final de su primer año. Dada la naturaleza interdisciplinaria del programa y los muchos programas de investigación disponibles, los estudiantes pueden trabajar en conjunto con más de un supervisor de investigación. Limitado a estudiantes del programa de posgrado en Microbiología.

7.Tesis de Postgrado en Microbiología MTHG

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, IAP, primavera, verano)
Unidades dispuestas
Puede repetirse para obtener crédito.

Programa de investigación conducente a la redacción de una tesis doctoral. A ser organizado por el estudiante y el miembro de la facultad del MIT correspondiente.

Biología

7.50 Método y lógica en biología molecular

Prereq: Ninguno. Coreq: 7.51 y 7.52 o permiso del instructor
G (otoño)
4-0-8 unidades

Lógica, diseño experimental y métodos en biología, utilizando discusiones de la literatura primaria para discernir los principios de la investigación biológica al hacer descubrimientos y probar hipótesis. En colaboración con el profesorado, los estudiantes también aplican esos principios para generar un proyecto de investigación potencial, presentado tanto en forma escrita como oral. Limitado a estudiantes graduados del Curso 7.

I. Cheeseman, M. Hemann, J. Lees, D. Sabatini, F. Solomon, S. Vos

7.51 Principios del análisis bioquímico

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
6-0-6 unidades

Principios de bioquímica, enfatizando estructura, estudios de equilibrio, cinética, informática, estudios de una sola molécula y diseño experimental. Los temas incluyen la unión y especificidad macromolecular, plegamiento y despliegue de proteínas, sistemas alostéricos, factores de transcripción, quinasas, transportadores y canales de membrana y máquinas moleculares.

7.52 Genética para estudiantes graduados

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
4-0-8 unidades

Principios y enfoques del análisis genético, incluida la herencia mendeliana y la genética procariota, la genética de las levaduras, la genética del desarrollo, la neurogenética y la genética humana.

H. R. Horvitz, C. Kaiser, E. Lander

7.540 [J] Fronteras en biología química

Mismo tema que 5.54 [J], 20.554 [J]
Prerrequisito: 5.07 [J], 5.13, 7.06 y permiso del instructor
G (otoño)
3-0-9 unidades

Véase la descripción en el tema 5.54 [J].

L. Kiessling, M. Hombros

7.546 [J] Ciencia y negocios de la biotecnología

Mismo tema que 15.480 [J], 20.586 [J]
Prereq: Ninguno. Coreq: 15.401 permiso del instructor
G (primavera)
3-0-6 unidades

Consulte la descripción en el tema 15.480 [J].

7.548 [J] Avances en biofabricación

Mismo tema que 10.53 [J]
El sujeto cumple con 7.458 [J], 10.03 [J]
Prerrequisito: Ninguno
G (segundo semestre de primavera)
1-0-2 unidades

El seminario examina cómo se fabrican los productos biofarmacéuticos, una clase de productos farmacéuticos cada vez más importante. Los temas van desde los bioprocesos fundamentales hasta las nuevas tecnologías y la economía de la biofabricación. También cubre el impacto de la globalización en los enfoques de regulación y calidad, así como en la integridad de la cadena de suministro. Los estudiantes que toman la versión de posgrado completan tareas adicionales.

J. C. Love, A. Sinskey, S. Springs

7.549 [J] Estudios de caso y estrategias de descubrimiento y desarrollo de fármacos

Mismo tema que 15.137 [J], 20.486 [J], HST.916 [J]
Prerrequisito: Ninguno
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
2-0-4 unidades

Consulte la descripción en el tema 20.486 [J].

7.55 Estudios de caso en diseño experimental moderno

Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
2-0-7 unidades

Se enfoca en mejorar la capacidad de los estudiantes para analizar, diseñar y presentar experimentos, enfatizando las técnicas modernas. Las discusiones en clase comienzan con trabajos que desarrollaron o utilizaron enfoques contemporáneos (por ejemplo, microscopía cuantitativa, métodos biofísicos y genéticos moleculares) para abordar problemas importantes en biología. Cada estudiante prepara un objetivo específico de una propuesta de investigación estándar para un proyecto que enfatiza la estrategia de investigación, el diseño experimental y la redacción.

L. Guarente, S. Spranger

7.571 Análisis cuantitativo de datos biológicos (nuevo)

Prerrequisito: Ninguno
G (primavera primera mitad del trimestre)
2-0-4 unidades

Aplicación de la teoría de la probabilidad y métodos estadísticos para analizar datos biológicos. Los temas incluyen: estadística descriptiva e inferencial, una introducción a la estadística bayesiana, diseño de experimentos cuantitativos y métodos para analizar conjuntos de datos de alta dimensión. Se enfatiza la comprensión de & ltem & gtconceptual & lt / em & gt de los temas, y se ilustran los métodos usando el lenguaje de programación Python. Aunque se recomienda una comprensión básica de Python, no se requiere experiencia en programación. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

7.572 Mediciones cuantitativas y modelización de sistemas biológicos (nuevo)

Prerrequisito: Ninguno
G (segundo semestre de primavera)
2-0-4 unidades

Diseño experimental cuantitativo, análisis de datos y modelado de sistemas biológicos. Los temas incluyen cuantificación absoluta / relativa, ruido y reproducibilidad, regresión y correlación, y modelado del crecimiento de la población, expresión génica, dinámica celular, regulación por retroalimentación, oscilación. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

7.573 Bioestadística moderna (nueva)

El sujeto cumple con 7.093
Prerrequisito: 7.03 y 7.05
G (primavera primera mitad del trimestre)
2-0-4 unidades

Proporciona una introducción a la probabilidad y la estadística utilizadas en biología moderna. Distribuciones de probabilidad discretas y continuas, modelado estadístico, pruebas de hipótesis, estadísticas bayesianas, independencia, probabilidad condicional, cadenas de Markov, métodos de visualización de datos, agrupamiento, análisis de componentes principales, métodos no paramétricos, simulaciones de Monte Carlo, tasa de descubrimiento falso. Aplicaciones al ADN, ARN y análisis de secuencias de proteínas, genética, genómica. La tarea involucra el lenguaje de programación R, pero no se requiere experiencia previa en programación. Los estudiantes registrados para la versión de posgrado completan un proyecto adicional, aplicando métodos bioestadísticos a los datos de su investigación.

7.574 Biología Computacional Moderna (Nuevo)

El sujeto cumple con 7.094
Prerrequisito: 7.03 y 7.05
G (segundo semestre de primavera)
2-0-4 unidades

Introduce métodos modernos en biología computacional, centrándose en el análisis de secuencias de ADN / ARN / proteínas. Los temas incluyen secuenciación de ADN de próxima generación y análisis de datos de secuenciación, RNA-seq (a granel y unicelular), perfiles de ribosomas y proteómica. Los estudiantes registrados para la versión de posgrado completan un proyecto adicional, aplicando métodos bioinformáticos a los datos de su investigación.

7.58 Biología molecular

El sujeto cumple con 7.28
Prerrequisito: 7.03, 7.05 y permiso del instructor
G (primavera)
5-0-7 unidades

Análisis detallado de los mecanismos bioquímicos que controlan el mantenimiento, expresión y evolución de genomas procariotas y eucariotas. Los temas cubiertos en conferencias y lecturas de literatura relevante incluyen: regulación de genes, replicación de ADN, recombinación genética y traducción de ARNm. Se enfatiza la lógica del diseño experimental y el análisis de datos. Las presentaciones incluyen conferencias y discusiones grupales de artículos representativos de la literatura. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

7.59 [J] Enseñanza de ciencias e ingeniería a nivel universitario

Mismo tema que 1.95 [J], 5.95 [J], 8.395 [J], 18.094 [J]
El sujeto se encuentra con 2.978
Prerrequisito: Ninguno
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (otoño)
2-0-2 unidades

Consulte la descripción en el tema 5.95 [J].

7.60 Biología celular: estructura y funciones del núcleo

Prerrequisito: 7.06 o permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades

Estructura, función y expresión del genoma eucariota, procesamiento del ARN y regulación del ciclo celular. Énfasis en las técnicas y la lógica utilizadas para abordar problemas importantes en la biología celular nuclear. Conferencias sobre amplias áreas temáticas en biología de células nucleares y debates sobre artículos recientes representativos.

7.61 [J] Biología de células eucariotas: principios y práctica

Mismo tema que 20.561 [J]
Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
4-0-8 unidades

Enfatiza los métodos y la lógica utilizados para analizar la estructura y función de las células eucariotas en diversos sistemas (por ejemplo, levadura, mosca, gusano, ratón, desarrollo humano, células madre, neuronas). Combina conferencias y discusiones de mesa redonda en profundidad sobre lecturas de literatura con la participación activa de expertos de la facultad. Se centra en las membranas (estructura, función, tráfico), orgánulos, superficie celular, transducción de señales, citoesqueleto, motilidad celular y matriz extracelular. Abarca desde estudios básicos hasta aplicaciones a enfermedades humanas, mientras se hace hincapié en el análisis crítico de enfoques experimentales. Inscripción limitada.

7.62 Fisiología microbiana

El sujeto cumple con 7.21
Prerrequisito: 7.03, 7.05 y permiso del instructor
G (otoño)
4-0-8 unidades

Propiedades bioquímicas de bacterias y otros microorganismos que les permiten crecer en una variedad de condiciones. Interacción entre bacterias y bacteriófagos. Regulación genética y metabólica de la acción y formación de enzimas. Estructura y función de los componentes de la envoltura celular bacteriana. Secreción de proteínas con especial énfasis en sus diversas funciones en la patogenia. Los temas adicionales incluyen bioenergética, simbiosis, detección de quórum, respuestas globales al daño del ADN y biopelículas. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

G. C. Walker, A. J. Sinskey

7.63 [J] Inmunología

Mismo tema que 20.630 [J]
El sujeto cumple con 7.23 [J], 20.230 [J]
Prerrequisito: 7.06 y permiso del instructor
G (primavera)
5-0-7 unidades

Estudio completo de los aspectos moleculares, genéticos y celulares del sistema inmunológico. Los temas incluyen células de inmunidad innata y adaptativa y órganos del sistema inmunológico, hematopoyesis, inmunoglobulina, receptor de células T y proteínas y genes del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC), desarrollo y funciones de los linfocitos B y T, respuestas inmunitarias a infecciones y tumores, hipersensibilidad, autoinmunidad e inmunodeficiencias. . Se presta especial atención al desarrollo y la función del sistema inmunológico en su conjunto, estudiado mediante métodos y técnicas modernas. Los estudiantes que toman la versión de posgrado exploran el tema con mayor profundidad, incluido el estudio de la literatura primaria reciente.

S. Spranger, M. Birnbaum

7.64 Mecanismos moleculares, patología y terapia de los trastornos neuromusculares humanos

Requisito previo: Permiso del instructor
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
3-0-9 unidades

Investiga la base molecular y clínica del sistema nervioso central y los trastornos neuromusculares con especial énfasis en las estrategias de intervención terapéutica. Considera el análisis en profundidad de las características clínicas, los mecanismos patológicos y las respuestas a las intervenciones terapéuticas actuales. Cubre enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Huntington, la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis lateral amiotrópica, la demencia temporal frontal y los trastornos neuromusculares, como la distrofia miotónica, la distrofia humoral facioescapular y la distrofia muscular de Duchenne.

7.65 [J] Neurociencia molecular y celular Núcleo I

Mismo tema que 9.015 [J]
Prerrequisito: Ninguno
G (otoño)
3-0-9 unidades

Ver descripción en el tema 9.015 [J].

7.66 Base molecular de las enfermedades infecciosas

El sujeto cumple con 7.26
Prerrequisito: 7.06 y permiso del instructor
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
4-0-8 unidades

Se centra en los principios de las interacciones huésped-patógeno con énfasis en las enfermedades infecciosas de los seres humanos. Presenta conceptos clave de patogénesis a través del estudio de diversos patógenos humanos. Incluye análisis crítico y discusión de lecturas asignadas. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

7.68 [J] Núcleo de neurociencia celular y molecular II

Mismo tema que 9.013 [J]
Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades

Consulte la descripción en el tema 9.013 [J].

7.69 [J] Neurobiología del desarrollo

Mismo tema que 9.181 [J]
El sujeto cumple con 7.49 [J], 9.18 [J]
Prerrequisito: 9.011 o permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades

Véase la descripción en el tema 9.181 [J].

7.70 Regulación de la expresión genética

Requisito previo: Permiso del instructor
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
4-0-8 unidades

El seminario examina los principios básicos de la regulación biológica de la expresión génica. Se centra en ejemplos que sustentan estos principios, así como en aquellos que desafían ciertas opiniones arraigadas. Los temas cubiertos pueden incluir el papel de los factores de transcripción, potenciadores, modificaciones del ADN, ARN no codificantes y la estructura de la cromatina en la regulación de la expresión génica y los mecanismos para la herencia epigenética de los estados transcripcionales. Limitado a 40.

7.71 Técnica biofísica

El sujeto se encuentra con 5.78
Prerrequisito: 5.13, 5.60, (5.07 [J] o 7.05) y permiso del instructor
G (primavera)
5-0-7 unidades

Introduce a los estudiantes a métodos biofísicos modernos para estudiar sistemas biológicos desde escalas atómicas, moleculares y celulares. Incluye una discusión en profundidad sobre las técnicas que cubren el rango de resolución completo, incluida la cristalografía de rayos X, microscopía electrónica y óptica. Analiza otras técnicas biofísicas comunes para caracterizaciones macromoleculares. Las conferencias cubren los principios teóricos detrás de las técnicas, y los estudiantes reciben ejercicios prácticos de laboratorio utilizando la instrumentación disponible en el MIT. Cumple con 5.78 cuando se ofrece al mismo tiempo.

7.72 Células madre, regeneración y desarrollo

Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
4-0-8 unidades

Los temas incluyen diversas células madre, como células madre musculares, intestinales, cutáneas, capilares y hematopoyéticas, así como células madre pluripotentes. Los temas abordan la polaridad celular y el destino celular, información posicional y patrones de desarrollo y regeneración de extremidades, corazón y regeneración de células madre en todo el cuerpo, renovación de células madre en respuestas de desarrollo a heridas y aplicaciones de células madre en el desarrollo de terapias. Las discusiones de los artículos complementan las conferencias.

7.73 Principios de biología química

Prerrequisito: 7.05 y permiso del instructor
G (primavera)
No se ofrece consultar con regularidad departamento
3-0-9 unidades

Abarcando los campos de biología, química e ingeniería, la clase aborda los principios de la biología química y su aplicación de métodos y reactivos químicos y físicos al estudio y manipulación de sistemas biológicos. Los temas incluyen reacciones bioortogonales y perfiles de proteínas basados ​​en la actividad, inhibidores de moléculas pequeñas y genética química, sondas fluorescentes para estudios biológicos y mutagénesis de aminoácidos no naturales. También cubre enfoques de biología química para estudiar reacciones dinámicas de modificación postraduccional, biosíntesis y mutasíntesis de productos naturales y detección de drogas de alto rendimiento. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

7.74 [J] Temas de Biofísica y Biología Física

Mismo tema que 8.590 [J], 20.416 [J]
Prerrequisito: Ninguno
G (otoño)
No se ofrece consultar con regularidad departamento
2-0-4 unidades

Consulte la descripción en el tema 20.416 [J].

I. Cisse, N. Fakhri, M. Guo

7.76 Temas de estructura y función macromolecular

Requisito previo: Permiso del instructor
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
3-0-6 unidades

Análisis y discusión en profundidad de la literatura clásica y actual, con énfasis en la estructura, función y mecanismos de las proteínas y otras macromoléculas biológicas.

7.77 Ácidos nucleicos, estructura, función, evolución y sus interacciones con proteínas

Prerrequisito: 7.05, 7.51 o permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades

Examina la literatura primaria, centrándose en enfoques bioquímicos, biofísicos, genéticos y combinatorios para comprender los ácidos nucleicos. Los temas incluyen las propiedades generales, funciones y motivos estructurales del ADN y el ARN Los ARN como catalizadores y reguladores de la expresión génica, edición y vigilancia del ARN, y la interacción de ácidos nucleicos con proteínas, como proteínas con dedos de zinc, enzimas de modificación, aminoacil- ARNt sintetasas y otras proteínas de la maquinaria de traducción. Incluye algunas conferencias, pero es principalmente análisis y discusión de la literatura actual en el contexto de las presentaciones de los estudiantes.

D. Bartel, U. RajBhandary

7.80 Fundamentos de Biología Química

El sujeto cumple con 5.08 [J], 7.08 [J]
Prerrequisito: 5.13 y (5.07 [J] o 7.05)
G (primavera)
4-0-8 unidades

Esta clase, que abarca los campos de la biología, la química y la ingeniería, presenta a los estudiantes los principios de la biología química y la aplicación de métodos y reactivos químicos y físicos al estudio y manipulación de sistemas biológicos. Los temas incluyen la estructura del ácido nucleico, el reconocimiento y la manipulación, el plegamiento y la estabilidad de las proteínas, y las reacciones bioorthogonales de proteostasis y la genética química de perfiles de proteínas basadas en la actividad y las sondas fluorescentes de detección de inhibidores de moléculas pequeñas para análisis biológicos e imágenes y mutagénesis de aminoácidos no naturales. La clase también discutirá la lógica de las reacciones dinámicas de modificación postraduccional con énfasis en enfoques de biología química para estudiar procesos complejos que incluyen glicosilación, fosforilación y lipidación. Se espera que los estudiantes que tomen la versión de posgrado exploren el tema con mayor profundidad.

B. Imperiali, L. Kiessling, R. Raines

7.81 [J] Biología de sistemas

Mismo tema que 8.591 [J]
El sujeto se encuentra con 7.32
Prerrequisito: (18.03 y 18.05) o permiso del instructor
G (otoño)
3-0-9 unidades

Ver descripción en el tema 8.591 [J].

7.82 Temas de desarrollo y genética de mamíferos

Requisito previo: Permiso del instructor
Año Acad 2020-2021: No se ofrece
Año Acad 2021-2022: G (primavera)
3-0-9 unidades

Seminario que cubre enfoques embriológicos, moleculares y genéticos para el desarrollo en ratones y humanos. Los temas incluyen preimplantación, desarrollo, gastrulación, células madre embrionarias, selección de genes y reprogramación nuclear de células somáticas, impronta genómica, inactivación de X, determinación del sexo y células germinales.

7.85 Los sellos distintivos del cáncer

El sujeto cumple con 7.45
Prereq: Ninguno. Coreq: 7.06 permiso del instructor
G (otoño)
4-0-8 unidades

Proporciona una introducción completa a los fundamentos de la biología del cáncer y el tratamiento del cáncer. Los temas incluyen genética, genómica y epigenética del cáncer, síndromes de cáncer familiar, transducción de señales, control del ciclo celular y apoptosis, metabolismo del cáncer, células madre y metástasis del cáncer, inmunología e inmunoterapia del cáncer, terapias convencionales y dirigidas a moléculas, y detección y prevención tempranas. Los estudiantes que toman la versión de posgrado completan tareas adicionales.

T. Jacks, M. Vander Heiden

7.86 Edificio con celdas

El sujeto cumple con 7.46
Prerrequisito: 7.03 y 7.05
G (otoño)
4-0-8 unidades

Se centra en los principios fundamentales de la biología del desarrollo mediante los cuales las células construyen órganos y organismos. Analiza el papel fundamental de las células madre en el mantenimiento o reparación de tejidos y en el tratamiento de enfermedades. Explora cómo integrar este conocimiento con herramientas de ingeniería para construir estructuras de tejidos funcionales. Los estudiantes que toman la versión de posgrado completan tareas adicionales.

7.89 [J] Temas de Biología Computacional y de Sistemas

Mismo tema que CSB.100 [J]
Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
2-0-10 unidades

Consulte la descripción en el tema CSB.100 [J]. Preferencia a estudiantes de doctorado CSB de primer año.

7.930 [J] Experiencia en investigación en biofarma

Mismo tema que 20.930 [J]
Prerrequisito: Ninguno
G (primavera)
2-10-0 unidades

Consulte la descripción en el tema 20.930 [J].

7.931 Estudio independiente en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

El programa de estudio o investigación se coordinará con un miembro de la facultad del departamento.

7.932 Estudio independiente en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas
Puede repetirse para obtener crédito.

El programa de estudio o investigación se coordinará con un miembro de la facultad del departamento.

7.933 Rotaciones de investigación en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Presenta a los estudiantes a los profesores que participan en el programa de posgrado en Biología a través de una serie de rotaciones de laboratorio, que brindan una amplia exposición a la investigación en biología en el MIT. Los estudiantes seleccionan un laboratorio para la investigación de tesis al final de su primer año. Limitado a estudiantes en el programa de posgrado en Biología.

7.934 Experiencia docente en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Para estudiantes de posgrado calificados en el programa de posgrado en Biología interesados ​​en la docencia. Enseñanza en el aula o en el laboratorio bajo la supervisión de un miembro de la facultad.

7.935 Conducta responsable en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño)
Unidades dispuestas [P / D / F]

Las sesiones se centran en la conducción responsable de la ciencia. Considera el mantenimiento de registros y las funciones de informes de autoría, revisión y confidencialidad del mentor y del aprendiz para resolver conflictos, malversaciones y colaboraciones de malversaciones, intereses en competencia, propiedad intelectual y prácticas adecuadas en el uso de animales y seres humanos. Limitado a estudiantes graduados de segundo año en Biología.

7.936 Desarrollo profesional en biología

Prerrequisito: Ninguno
G (otoño, primavera)
0-2-0 unidades

Requerido para que los estudiantes de doctorado del curso 7 obtengan una perspectiva profesional en actividades de desarrollo profesional como pasantías, reuniones científicas y eventos profesionales y de networking. Informe escrito requerido al completar las actividades.

7.941 Problemas de investigación

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, verano)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Investigación dirigida en un campo de las ciencias biológicas, pero no contribuyente a la tesis de posgrado.

Consulte la Oficina de Educación en Biología

7.942 Problemas de investigación

Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Investigación dirigida en un campo de las ciencias biológicas, pero no contribuyente a la tesis de posgrado.

Consulte la Oficina de Educación en Biología

7.95 Biología del cáncer

Prerrequisito: 7.85 y permiso del instructor
G (primavera)
3-0-9 unidades

Seminario avanzado que incluye un análisis intensivo de los desarrollos históricos y actuales de la biología del cáncer. Los temas abordan los principios de la apoptosis, los principios de la biología del cáncer, la genética del cáncer, el metabolismo de las células cancerosas, la inmunología tumoral y la terapia. Análisis detallado de la literatura de investigación, incluidos los informes importantes publicados en los últimos años. Inscripción limitada.

7.98 [J] Plasticidad neuronal en el aprendizaje y la memoria

Mismo tema que 9.301 [J]
Requisito previo: Permiso del instructor
G (primavera)
3-0-6 unidades

Véase la descripción en el tema 9.301 [J]. Los estudiantes de tercer y cuarto año requieren el permiso del instructor.

7.S930 Asignatura especial en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera, verano)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Cubre material en varios campos de la biología que no se ofrecen en las materias regulares de instrucción.

7.S931 Materia especial en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, primavera, verano)
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Cubre material en varios campos de la biología que no se ofrecen en las materias regulares de instrucción.

7.S932 Materia especial en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, IAP, primavera)
No se ofrece consultar con regularidad departamento
Unidades dispuestas [P / D / F]
Puede repetirse para obtener crédito.

Cubre material en varios campos de la biología que no se ofrecen en las materias regulares de instrucción.

7.S939 Materia especial en biología

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, IAP, primavera)
No se ofrece consultar con regularidad departamento
Unidades dispuestas
Puede repetirse para obtener crédito.

Cubre material en varios campos de la biología que no se ofrecen en las materias regulares de instrucción.

7.Tesis de Posgrado en Biología THG

Requisito previo: Permiso del instructor
G (otoño, IAP, primavera, verano)
Unidades dispuestas
Puede repetirse para obtener crédito.


Ver el vídeo: Synthetic Biology: Programming Living Bacteria - Christopher Voigt (Agosto 2022).