Cap 41 42 - Capitulos 41 42 libro microbiología - Microbiologia Médica PDF

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PROPIEDADES En el cuadro 41-1, se enumeran propiedades importantes de los coronavirus.

Estructura y composición Los coronavirus son partículas de 120 a 160 nm, con envoltura, que contienen un genoma no segmentado de RNA monocatenario de polaridad positiva (27 a 32 kb), el genoma más grande entre los virus de RNA. Los genomas son poliadenilados en el extremo 3′. El RNA genómico aislado es infeccioso. La nucleocápside helicoidal tiene un diámetro de 9 a 11 nm. En la superficie externa de la envoltura hay proyecciones ampliamente espaciadas en forma de palo de golf o de pétalo de 20 nm de longitud, que simulan una corona solar (figura 41-1). Las proteínas estructurales del virus comprenden una proteína de la nucleocápside (N) fosforilada de 50 a 60 kDa, una glucoproteína de membrana (M) de 20 a 35 kDa que sirve de proteína de matriz embebida en la doble capa de lípido de la envoltura y que interacciona con la nucleocápside, y la glucoproteína de espiga (S; 180 a 220 kDa) que constituye los peplómeros en forma de pétalo. Algunos virus, incluido el coronavirus humano OC43 (HCoV-OC43), contienen una tercera glucoproteína (HE; 65 kDa) que causa hemaglutinación y tiene una actividad de acetilesterasa. En la figura 41-2, se muestran las organizaciones del genoma de los coronavirus representativos. El orden de los genes para las proteínas codifi cadas por todos los coronavirus es Pol-S-E-M-N-3′. El número y el orden de genes en los coronavirus varían con los marcos de lectura abiertos que codifi can proteínas no estructurales y la proteína HE. En comparación,

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Coronavirus Los coronavirus son virus de RNA de gran tamaño con envoltura. Los coronavirus de seres humanos ocasionan el resfriado común, pueden originar infecciones de la parte inferior del aparato respiratorio y se ha dicho que participan en la gastroenteritis de lactantes. Se han identificado coronavirus nuevos como la causa del síndrome respiratorio agudo grave (SARS) y del síndrome respiratorio del Cercano Oriente (MERS, Middle East respiratory syndrome). Los coronavirus producen enfermedades de importancia económica en los animales domésticos; en animales silvestres, establecen infecciones persistentes en sus hospedadores naturales. Los virus humanos son difíciles de cultivar y, por lo tanto, tienen una caracterización más deficiente.

A

el virus del SARS contiene un número grande de genes interpuestos para las proteínas no estructurales en el extremo 3′ del genoma.

Clasificación La familia Coronaviridae, junto con la familia Arteriviridae, es una de las dos familias dentro del orden Nidovirales. Las características que se utilizan para clasificar a los virus de la familia Coronaviridae son las características morfológicas de la partícula, la estrategia singular de replicación de RNA, la organización del genoma y la homología de secuencia del nucleótido. Se conocen dos subfamilias (Coronavirinae y Torovirinae) y seis géneros (Alphacoronavirus, Betacoronavirus, Gammacoronavirus, Deltacoronavirus, Bafinivirus y Torovirus) en la familia Coronaviridae. Los primeros dos géneros y el último contienen virus que infectan seres humanos. Los torovirus se encuentran ampliamente en ungulados y al parecer ocasionan enfermedad diarreica. Se conocen seis coronavirus que infectan a los seres humanos y son los de tipo α 229E y NL63, y los de tipo β OC43, HKU1, SARS-CoV y MERS-CoV. Se han identificado muchos coronavirus que infectan animales, pero casi todos sólo producen infección en una o pocas especies.

Replicación de coronavirus Puesto que los coronavirus humanos no se multiplican bien en cultivo celular, los detalles de la replicación viral se han descubierto en estudios con virus de la hepatitis del ratón, que está íntimamente relacionado con la cepa humana o C43 (figura 41-3). El ciclo de replicación ocurre en el citoplasma de las células. El virus se adhiere a los receptores en sus destinos celulares mediante las espigas de glucoproteínas presentes en la envoltura viral (sea mediante S o HE). El receptor para el coronavirus humano 229E es una aminopeptidasa N en tanto un receptor funcional para el virus del SARS es la enzima convertidora de angiotensina tipo 2. El receptor de MERS-CoV es la dipeptil peptidasa 4 también conocida como CD26. Múltiples isoformas de la familia de las glucoproteínas relacionadas con el antígeno carcinoembrionario sirven de receptores para el coronavirus del ratón. La partícula luego se interioriza, probablemente mediante endocitosis con absorción. La glucoproteína S puede causar fusión de la envoltura viral con la membrana celular. 601

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SECCIÓN IV

CUADRO 411

Virología

Propiedades importantes de los

coronavirus Virión: esférico, 120 a 160 nm de diámetro, nucleocápside helicoidal Genoma: RNA monocatenario, lineal, no segmentado, de polaridad positiva, de 27 a 32 kb, incorporado en la cápside y poliadenilado, infeccioso Proteínas: dos glucoproteínas y una fosfoproteína. Algunos virus contienen una tercera glucoproteína (hemaglutinina esterasa) Envoltura: contiene grandes espigas ampliamente espaciadas, en forma de palo de golf o pétalo Replicación: citoplasma; las partículas maduran por gemación en el retículo endoplásmico y en el aparato de Golgi Características sobresalientes: Producen resfriados comunes, SARS y MERS Muestran una gran frecuencia de recombinación Multiplicación difícil en cultivo celular SARS, síndrome respiratorio agudo grave; MERS, síndrome respiratorio del Cercano Oriente.

El primer evento después de la desenvoltura es la traducción del RNA genómico viral para producir una RNA polimerasa dependiente de RNA específico del virus. La polimerasa viral transcribe un RNA complementario de longitud completa (cadena negativa) que sirve de plantilla para una serie anidada de cinco a siete RNA mensajeros (mRNA, messenger RNA) subgenómicos. Sólo se traduce la secuencia del gen de 5′-terminal de cada mRNA. Las copias de RNA genómico de longitud completa también se transcriben del RNA complementario. Las moléculas de RNA genómico recién sintetizadas interactúan en el citoplasma con la proteína de la nucleocápside

FIGURA 411 Coronavirus humano OC43. Obsérvense las espigas grandes características, ampliamente espaciadas, que forman una “corona” alrededor del virión (297 000x) (cortesía de F. A. Murphy y E. L. Palmer.)

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para formar nucleocápsides helicoidales. Hay un lugar de fijación preferido para la proteína N dentro del RNA directriz. Las nucleocápsides experimentan gemación a través de las membranas del retículo endoplásmico rugoso y el aparato de Golgi en zonas que contienen las glucoproteínas virales. Los viriones maduros luego se transportan en vesículas a la periferia celular para su salida o pueden liberarse luego de citólisis. Los viriones al parecer no se forman por la gemación en la membrana plasmática. Puede verse un gran número de partículas en el exterior de las células infectadas y supuestamente se adsorben a la misma después de la liberación del virión. Determinados coronavirus desencadenan la fusión celular, la cual es mediada por la glucoproteína S y necesita un pH de 6.5 o mayor. Algunos coronavirus establecen infecciones persistentes en las células en vez de ser lisadas. Los coronavirus muestran gran cantidad de mutaciones durante cada ronda de replicación, incluidas numerosas mutaciones por deleción. Los coronavirus experimentan recombinación muy frecuente durante la replicación; esto es poco común para un virus de RNA con un genoma sin segmentación y puede contribuir a la evolución de nuevas cepas de virus.

INFECCIONES POR CORONAVIRUS EN SERES HUMANOS Patogenia Los coronavirus tienden a presentar una alta especificidad para especie. La mayor parte de los coronavirus conocidos en animales muestra un tropismo para las células epiteliales del aparato respiratorio o del tubo digestivo. Las infecciones por coronavirus in vivo pueden diseminarse, al igual que con el virus de la hepatitis del ratón, o mantenerse circunscritas. Las infecciones por coronavirus en el ser humano casi siempre permanecen limitadas, aunque no siempre, a las vías respiratorias altas. En cambio, el brote del SARS-CoV en 2003 se caracterizó por originar una neumopatía grave, que comprendía neumonía e insuficiencia respiratoria progresiva. El virus también se puede detectar en otros órganos, como riñón, hígado e intestino delgado, lo mismo que en las heces. El virus del SARS quizá se originó en un hospedador no humano, muy posiblemente murciélagos, se amplificó en la civeta de las palmeras y se transmitió a las personas en los mercados de animales vivos. Los murciélagos de herradura chinos son reservorios naturales de coronavirus similares al del SARS. En regiones rurales del sur de China, donde comenzó el brote epidémico, las personas, los cerdos y las aves domésticas viven juntos y hay un uso generalizado de especies silvestres para alimentación y medicina tradicional (condiciones que favorecen el surgimiento de nuevas cepas virales). El brote por MERS-CoV que comenzó en el 2012 también se caracterizó por neumonía e insuficiencia respiratoria, si bien muchos enfermos que fallecieron tenían otras entidades patológicas médicas. Es posible que MERS-CoV hubiera provenido de murciélagos y se propagó a camellos como lo demostró la seropositividad en animales de la región; también es factible que el contacto con uno u otro tipo de animales originara

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CAPÍTULO 41

Coronavirus

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SARS-CoV 8a 5′

L

ORF1a

S ORF1b

3b 3a E

M

7a

N

6 7b 8b 9b

FIGURA 412

Organización genómica de los coronavirus. El genoma del coronavirus del síndrome respiratorio agudo grave (SARS-CoV) tiene, en promedio, 29.7 kb. Los cuadrados de color amarillo representan marcos de lectura abiertos (ORF, open reading frames) que codifi can proteínas estructurales; los cuadrados de color violeta codifican proteínas no estructurales. Los ORF separados dentro de cada gen se han “traducido” desde especies únicas de mRNA. S, “pico”; E, cubierta; M, trasmembrana; N, nucleocápside. Los productos de desdoblamiento de ORF1 han recibido los nombres de nsp1-16 e incluyen una fosfatasa, proteinasas de cisteína, una RNA polimerasa que depende de RNA, una helicasa y una endorribonucleasa. (Adaptada con autorización de Lai MMC, Perlman S, Anderson LJ: Coronaviridae. En Knipe DM, Howley PM [editors-in-chief ]. Fields Virology, 5a. ed. Lippincott Williams and Wilkins, 2007.)

Endocitosis Fusión

Exocitosis

5ʹ

3ʹ RNA genómico (+)

ORF 1 (–)

3ʹ

5ʹ

Vesículas de pared lisa

Replicación Transcripción Pol

(+)

HE S mRNA

E M

Aparato de Golgi

N ns

ERGIC

ER

Núcleo Nucleocápside

FIGURA 413 Ciclo de replicación del coronavirus. Los viriones se unen a glucoproteínas de receptor específi co o a glucanos a través de la proteína de espiga. La penetración y la desenvoltura tienen lugar por la fusión, mediada por la proteína S, de la envoltura viral con la membrana plasmática o las membranas endosómicas. El gen 1 del RNA genómico viral se traduce en una poliproteína, la cual se procesa para generar el complejo transcriptasa-replicasa. Se utiliza el RNA genómico como un templete para sintetizar RNA de tira negativa, que se usa para sintetizar RNA genómico de longitud completa y mRNA subgenómico. Cada mRNA se traduce para generar sólo la proteína codificada por el 5’-terminal del mRNA, lo cual comprende las proteínas no estructurales. La proteína N y el RNA genómico recién sintetizado se ensamblan para formar nucleocápsides helicoidales. La glucoproteína M de la membrana se injerta en el retículo endoplásmico (ER) y se ancla en el aparato de Golgi. La nucleocápside (N más RNA genómico) se une a la proteína N en el compartimento de gemación (compartimento intermedio del aparato de Golgi-retículo endoplásmico [ERGIC, endoplasmic reticulum-Golgi intermediate compartment]). Las proteínas E y M interactúan para desencadenar la gemación de viriones y encerrar la nucleocápside. Las glucoproteínas S y HE se glucosilan y trimerizan, asociadas a la proteína M y se incorporan a las partículas virales en maduración. Los viriones se liberan gracias la fusión de vesículas con la membrana plasmática de una manera parecida a la exocitosis. Los viriones pueden mantenerse adsorbidos en las membranas plasmáticas de las células infectadas. Todo el ciclo de replicación del coronavirus transcurre en el citoplasma. (Reproducida con autorización de Lai MMC, Perlman S, Anderson LJ: Coronaviridae. En Knipe DM, Howley PM [editors-in-chief ]. Fields Virology. 5a. ed. Lippincott Williams y Wilkins, 2007.)

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las primeras infecciones en seres humanos y, a partir de ese momento, se transmitieran de una persona a otra. Se sospecha que los coronavirus causan algunas gastroenteritis en el ser humano. Hay varios modelos animales para los coronavirus entéricos, como el virus de la gastroenteritis transmisible porcina (TGEV, transmissible gastroenteritis virus). La enfermedad se presenta en animales jóvenes y se caracteriza por la destrucción de la célula epitelial y la pérdida de la capacidad de absorción. En la década de 1980, apareció en Europa un nuevo coronavirus respiratorio porcino (PRCV, porcine respiratory coronavirus) y produjo epizootias generalizadas en los cerdos. El análisis de la secuencia demostró que el PRCV se derivaba del TGEV mediante una gran deleción en la glucoproteína S1.

Manifestaciones clínicas Los coronavirus humanos producen “resfriados comunes”, por lo general afebriles, en adultos. Los síntomas son similares a los que generan los rinovirus, que se caracterizan por secreción nasal y ataque al estado general. El periodo de incubación es de dos a cinco días y los síntomas suelen persistir alrededor de una semana. Raras veces resultan afectadas las vías respiratorias bajas, aunque puede aparecer neumonía. Los niños asmáticos pueden presentar episodios de sibilancias y los síntomas respiratorios quizá se exacerben en adultos con alguna neumopatía crónica. El SARS-CoV ocasiona enfermedad respiratoria grave. El periodo de incubación promedia los seis días. Los primeros síntomas frecuentes son fiebre, ataque al estado general, escalofríos, cefalea, somnolencia, tos y faringitis, seguida de disnea algunos días después. Muchos pacientes tienen radiografías torácicas anormales. Algunos casos evolucionan con rapidez a la insufi ciencia respiratoria aguda que requiere apoyo con ventilación mecánica. La muerte por insuficiencia respiratoria progresiva tiene lugar en casi 10% de los casos y la mortalidad es más alta en ancianos. El SARS comprende la llamada “tormenta de citocinas” en la que aumentan de manera desproporcionada las concentraciones de múltiples quimiocinas y citocinas en la circulación periférica durante unas dos semanas. El MERS-CoV origina un trastorno respiratorio leve o grave en niños y adultos. Los pacientes que tienen otras enfermedades intercurrentes muestran afección más grave como los ancianos. El periodo de incubación es de 2 a 13 días y las enfermedades “extendidas” en algunos casos culminan en neumonía y muerte. Los datos de laboratorio incluyen leucopenia, linfopenia, trombocitopenia y concentraciones aumentadas de lactato deshidrogenasa. Se ha dicho que la mortalidad llega a 30%, pero tal vez sea un estimación excesiva porque los casos poco intensos casi nunca se notifican. No se han descrito con claridad las manifestaciones clínicas de la enteritis relacionada con coronavirus. Al parecer son similares a las de las infecciones por rotavirus.

Inmunidad Al igual que con otros virus respiratorios, sobreviene inmunidad pero no es absoluta. La inmunidad contra el antígeno de proyección de superficie probablemente es muy importante para la protección. La resistencia a la reinfección puede durar

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varios años, pero son frecuentes las reinfecciones por cepas similares. La mayoría de los pacientes (> 95%) con SARS o MERS presenta una respuesta de anticuerpo a antígenos virales que es detectable mediante una prueba de anticuerpo fl uorescente o bien enzimoinmunoanálisis de adsorción (ELISA, enzyme– linked immunosorbent assay).

Diagnóstico de laboratorio A. Detección de antígeno y ácido nucleico Los antígenos de coronavirus presentes en las células de secreciones respiratorias pueden detectarse utilizando la prueba de ELISA si se dispone de un antisuero de gran calidad. Se pueden encontrar coronavirus entéricos con el análisis de muestras de heces en el microscopio electrónico. Se prefieren los métodos de la reacción en cadena de polimerasa (PCR, polymerase chain reaction) para buscar el ácido nucleico del coronavirus en secreciones respiratorias y muestras de heces. La viremia con los coronavirus SARS y MERS se detecta en el plasma por medio de PCR.

B. Aislamiento e identificación del virus El aislamiento de los coronavirus humanos en cultivo celular ha sido difícil. Sin embargo, el virus del SARS se aisló de muestras de la bucofaringe con la utilización de células renales de mono Vero.

C. Diagnóstico serológico Dada la difi cultad del aislamiento del virus, el diagnóstico serológico utilizando sueros en etapa aguda y convaleciente es el medio práctico de confirmar las infecciones por coronavirus para propósitos epidemiológicos. Es posible llevar a cabo un enzimoinmunoanálisis de adsorción, métodos indirectos de anticuerpos inmunofluorescentes, y estudios de hemaglutinación. El diagnóstico serológico de las infecciones por la cepa 229E es factible al usar una prueba de hemaglutinación pasiva en la cual los sueros que contienen anticuerpo aglutinan los eritrocitos cubiertos con antígeno de coronavirus.

Epidemiología Los coronavirus tienen una distribución mundial; son una causa importante de enfermedad respiratoria en adultos durante algunos meses de invierno cuando es alta la frecuencia de resfriados comunes, pero es inusual el aislamiento de rinovirus u otros virus respiratorios; tienden a relacionarse con brotes epidémicos bien defi nidos. Se estima que los coronavirus producen 15 a 30% de todos los resfriados comunes. La frecuencia de infecciones por coronavirus es muy variable de un año a otro, con fluctuación de 1 a 35% en un estudio de tres años. Los anticuerpos contra los coronavirus respiratorios aparecen en la infancia, su prevalencia aumenta con la edad y se encuentran en más de 90% de los adultos. Al parecer la reinfección con síntomas puede presentarse tras un periodo de un año. Sin embargo, pocas veces se identifican anticuerpos contra coronavirus del SARS y el MERS, lo cual demuestra que no ha circulado ampliamente entre seres humanos.

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CAPÍTULO 41 Los coronavirus suelen relacionarse con neumopatías agudas en personas de edad avanzada, junto con los rinovirus y los virus de la gripe (influenza) y sincitial respiratorio. Se estima que la frecuencia de infección por coronavirus es de casi la mitad que la originada por rinovirus y es equivalente a la de estos dos últimos virus. Los coronavirus se transmiten por contacto con gotitas provenientes de vías respiratorias, superficies contaminadas y fómites (objetos inanimados contaminados). Existe el riesgo de transmisión en el medio de atención de la salud y se sabe de brotes nosocomiales corroborados. El brote del SARS surgió en el sur de China a fi nales de 2002 y, para el tiempo en que...