Ciclo lítico: explicación y ejemplos

No todos los virus son iguales. Existe un tipo especial conocido como bacteriófagos, los cuales se caracterizan por tener una estructura muy funcional y compleja. Para entender bien a estos virus, es indispensable conocer el ciclo lítico que está detrás de su formación.

Esto se debe a que el ciclo lítico es clave para comprender los procesos complejos detrás de su formación. Para empezar, hay que decir que una de sus características es que cuentan con la capacidad de secuestrar los engranajes moleculares de las células, con lo cual son capaces de fabricar lotes de progenie. Posteriormente, los bacteriófagos pueden repartir la célula huésped con el objetivo de liberar nuevos virus.  Este proceso es, en esencia, lo que conocemos como ciclo lítico.

Los bacteriófagos y el ciclo lítico

Como ya se mencionó, se conoce como bacteriófago a una forma de virus capaz de infectar bacterias para replegarse dentro de ellas. Cada bacteriófaga cuenta en su interior con una culata de cilindro y una cola, cada una de éstas está limitada a codificar cuatro genes. Cabe destacar que no existe una sola forma de bacteriófagos, sino varias diferentes, las cuales se diferencian por sus características.

Los bacteriófagos tienen un papel importante en la medicina, puesto que la terapia bacteriófaga es capaz de ser usada como un tratamiento alternativo en aquellas situaciones donde no es viable la utilización de antibióticos. No obstante, como tratamiento médico sólo se pueden utilizar los bacteriófagos de tipo virulento, puesto que los de tipo templado son incapaces de matar a la célula huésped.

Cabe mencionar que los bacteriófagos virulentos no fueron descubiertos sino hasta 1959, cuando el investigador Adams presentó su estudio sobre fagos con falta de capacidad lisogénica. Hay que entender que el ciclo lítico no es el único que pueden presentar los bacteriófagos, sino que también pueden presentar un ciclo de replicación lisogénico, el cual se descubrió primero.

Ambos tipos de ciclos presentan muchas similitudes entre sí. Sin embargo, sí presentan diferencias claves que se deben tener muy claras para no confundirlas. En el caso del ciclo lisogénico hay que decir que el ácido nucléico tiene en su interior el genoma principal, pero no la bacteria; en el ciclo lítico la célula se fragmenta para liberar los virus, haciendo que la célula huésped muera en el proceso.

De acuerdo a los estudios presentados en 1959 por Adams, se definió que sólo los bacteriófagos virulentos son replegados durante un el ciclo lítico.

¿Qué es el ciclo lítico?

A estas alturas puede llegar a ser un poco complejo el concepto de ciclo lítico, ya que es posible confundirlo con el ciclo lisogénico. Es por esto que en este artículo no se hará demasiado énfasis en este último ciclo vital, sino que se centrará toda la explicación en el ciclo vital lítico.

Además de lo antes dicho, hay que añadir que el ciclo lítico está dividido en cinco fases. La primera es la fase de adsorción. Un ejemplo de lo que ocurre en esta fase se puede visualizar en la sujeción que realiza un bacteriófago T4 al infectar a una bacteria Escherichia Coli, pues para esto tiene que apegarse a la pared celular de la bacteria en su área receptora.

Seguidamente, comienza la fase de penetración o inyección. En esta fase el bacteriófago penetra la membrana celular de la bacteria. Continuando con el ejemplo anterior, en esta situación el bacteriófago T4 degradaría la pared celular utilizando sus enzimas.

Cuando la pared se degrada lo suficiente, el bacteriófago T4 empezará a inyectar en un capsid vacío su material genético. El objetivo de este material genético es evitar que el sistema inmune de la bacteria detecte al bacteriófago, pues se trata de un material genético similar.

Después de esto comienza la fase de transcripción. En esta fase el virus logra tomar el control de los mecanismos biológicos propios de la célula, por lo cual adquiere la facultad de crear proteínas y fagos en una cantidad mucho mayor de lo que haría una bacteria en condiciones normales.

La siguiente es la fase de replicación. En la fase de replicación la célula tiene que dividirse. Sin embargo, existen tres formas diferentes de replicación que ocurren en esta fase. Normalmente, se desarrollan todas en un intervalo comprendido entre veinte y veinticinco minutos.

Todo da comienzo con la fase temprana, en esta las proteínas del virus impedirán que se formen las proteínas de la bacteria; en el caso de la fase central se realizará la transcripción del ácido nucleico del virus; en la última fase se replicarán la cola y la base.

La penúltima fase es la de montaje o maduración. En esta fase los nuevos virus maduran hasta convertirse en fagos adultos, los cuales llevan culatas de cilindro en su interior.

Lo siguiente es la fase lítica y también final. En esta fase la enzima viral se encarga de analizar la pared celular. Cuando esto ocurre, debido a que las presiones osmóticas son demasiado grandes, comienza un proceso de hinchazón en la célula.

Eventualmente, esta hinchazón hace que todos los nuevos virus sean liberados, con lo cual podrán realizar la fase de sujeción en nuevas bacterias, haciendo que el ciclo lítico se reinicie.

Explicación detallada de las fases del ciclo lítico

Todo lo anteriormente mencionado es una explicación muy general de las cuatro fases que componen el ciclo lítico, por lo cual no tenía objetivo que servir de base para comprender en qué consiste este ciclo.

Sin embargo, ahora vamos a profundizar con detalle en las cinco fases. Lo primero que se tiene que saber al respecto es que en la naturaleza los virus cuando están en estado extracelular son inertes y por esto no necesitan energía o materia, ni tampoco cuentan con un metabolismo.

Es debido a esto que su única función es la de esperar a que puedan encontrar una célula hospedadora en la cual sean capaces de integrar su genoma y reproducirse.

Por su parte, cuando están en estado intracelular, su genoma cuenta con la capacidad de inhibir la expresión génica presente en la célula en que se va a hospedar, de manera que sea capaz de dar instrucciones a su metabolismo para que se realice el proceso de replicación del ácido nucleico del virus.

Asimismo, puede alterar los mecanismos para realizar la duplicación de las proteínas enzimáticas y de la cápsida. Esto ha sido lo previamente descrito en rasgos generales como las cinco fases del ciclo lítico y es muy importante tenerlo muy claro. Ahora bien, a continuación, explicaremos cada una de las fases detalladamente.

Fase de adsorción o fijación

Para que esta fase comience las células hospedadoras tienen que contener receptores muy específicos en sus membranas. De otra manera, los virus bacteriófagos serán incapaces de infectarlas.

Si cuentan con estos receptores, entonces sí serán capaces de unirse a las membranas externas del virus o, en su defecto, a los componentes de la cápsula. Esto variará dependiendo de las características de la membrana que se infectará.

Generalmente, esta unión se realiza a través de enlaces químicos, pero también se puede dar una unión mecánica por medio de las espinas basales. Cada uno de los receptores tiene que realizar funciones normales en las células en que se encuentran, pese a que no todas las células cuentan con ellos.

A través de su proceso evolutivo los diferentes tipos de virus han desarrollado la capacidad de fijarse a diversos tipos de membrana, de acuerdo a sus receptos específicos.  Por ejemplo, los bacteriófagos cuentan con la capacidad de unirse a los pelos de las bacterias; los virus de la gripe tienen la capacidad de fijarse a las glucoproteínas que hay en las membranas de cada célula mucosa.

Es por ello que esta fase no puede ocurrir si se modifican los receptores o directamente hacen faltan. Esto puede ocurrir por efecto de ciertos fármacos o por una simple mutación. Por la misma razón, también puede ocurrir lo contrario y ciertos virus desarrollar la capacidad de adherirse a los receptores que en condiciones normales no podrían.

Fase de penetración

Ahora que ya se conoce en detalle la fase de adsorción es posible proseguir explicando la fase de penetración. Dependiendo de cómo sean las estructuras superficiales de la bacteria que se va a infectar se pueden aplicar diferentes métodos de penetración. Para comprender esto en profundidad se mencionarán dos ejemplos.

T4 E.coli

El T4 E.coli crea un orificio pequeño en la pared celular a través de la lisozima que contiene en su placa basal, de forma que logra inyectar su ADN cuando la cola del virus se contrae en consecuencia.

Es indispensable que dicho ADN esté bien protegido, pues su longitud supera al menos quinientas veces a la cabeza que lo integra. Por su parte, la cápsida se mantiene en el área exterior bacteriana.

Virus desnudos

En el caso de los virus desnudos toda la nucleocápsida penetra dentro de la célula bacteriana. Esto puede ocurrir por medio de una endocitosis si son englobadas en una vacuola por medio de la bacteria, la cual será rota una vez penetre la célula. Asimismo, también puede realizarse una penetración directa en caso de que se perfore la membrana bacteriana utilizando enzimas hidrolíticas.

Fase de eclipse

Esta fase comienza cuando no existen virus dentro de la célula. En este momento el genoma vírico cuenta con la capacidad de dirigir el metabolismo de la célula, de forma que se encargada de sinterizar todos los componentes del virus con el apoyo de los recursos propios de la bacteria.

Hay que tener en cuenta que el genoma vírico es detectado por la bacteria como un cuerpo extraño, por lo cual en algunas ocasiones es posible que sistema inmune de la célula lo ataque a través de sus enzimas de restricción. Es decir, se activaría un sistema de infección vírica, razón por la cual la penetración del virus no siempre quiere decir que ocurrirá una infección.

Ahora bien, en el caso de que el genoma vírico no se vea afectado por el sistema inmune de la bacteria, puede completarse la fase de eclipse y el ciclo podrá continuar. En este caso, dependiendo de la forma en que transcurra la siguiente fase, puede ocurrir un ciclo lisogénico o lítico.

Fase de ensamblaje

Ocurrirá un ciclo lítico en caso de que en esta fase el virus se apropie de la célula con el objetivo de replicarse de manera masiva. Para que esto ocurra se tendrá que transcribir su código en los ARN mensajes y la posterior traducción tendrá que transcribirse en proteínas.

En el caso de las proteínas enzimáticas, estas tendrán como objetivo manipular la multiplicación del material genético; las proteínas tardías tendrán como objetivo formar la cápsida; las enzimas líticas se dedicarán a abrir la bacteria para poder liberar los nuevos virus con el objetivo de que infecten otras bacterias.

Todo el proceso de replicación dentro del genoma ocurre gracias a la formación de cadenas complementarias. Si el virus tiene ADN monocatenario, al principio se realizará la síntesis de la cadena complementaria, momento en que comenzarían a replicarse los bicatenarios.

Fase de liberación

Por último, para profundizar en esta última fase se tienen que especificar las formas en que los virus pueden ser liberados por la bacteria. Se distinguen dos formas

Liberación por gemación

Esta liberación se da al inducir a la membrana celular para que forme pequeñas vesículas que en las que se introducirán los nuevos virus, de forma que posteriormente puedan separarse de la célula.

Los virus que recurren a este mecanismo son los envueltos, pues la envoltura membranosa forma parte de la célula dentro de la cual se replicaron.

Liberación por los mecanismos de exocitosis

Este mecanismo de liberación se da a través de los mecanismos de exocitosis de la célula o por medio de la creación de agujeros en su membrana bacteriana usando enzimas líticos. Los virus desnudos son los que recurren a este mecanismo.

Un detalle importante de esta forma de liberación es que provoca que la bacteria muera. La muerte puede ocurrir por la destrucción de la membrana, el genoma o el agotamiento de los nutrientes de la célula.