Monodnaviria

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Monodnaviria
Rango temporal: ArcaicoReciente [1]
Canines Parvovirus.jpg
Clasificación de los virus
Dominio: Monodnaviria
Reinos

Monodnaviria es un dominio viral establecido por el ICTV que incluye los virus de ADN que se caracterizan por codificar una endonucleasa de la superfamilia HUH y una proteína denominada Rep que les permite una replicación en círculo rodante, esta es una proteína específica de los virus de este dominio, los plásmidos y algunos virus satélite de ADN que no tiene homología con proteínas celulares. Además casi todos sus miembros tienen genomas de ADN circular similares a los plásmidos. Incluye la gran mayoría de los virus de ADN monocatenario junto con las familias Papillomaviridae y Polyomaviridae que son virus de ADN bicatenario, pero que parecen haber evolucionado de virus de ADN monocatenario que cambiaron su ADN por uno de doble cadena. El dominio contiene cuatro reinos y seis filos.[2]

Historia[editar]

Esquema de una endonucleasa HUH durante la secuencia de nucleótidos.

La primera referencia a un virus en Monodnaviria se hizo en un poema escrito en el año 752 por la emperatriz japonesa Kōken Tennō, que describió una enfermedad de amarillamiento o aclaramiento en las hojas de la planta Eupatorium que probablemente fue causada por un geminivirus. Siglos más tarde, en 1888 se observó en Australia una infección por circovirus que causó calvicie en las aves, lo que marcó la primera referencia a los virus de ADN monocatenario en los tiempos modernos. El primer virus CRESS-ADN animal que se caracterizó fue el circovirus porcino en 1974 y 1977 se detalló el primer genoma de un virus de ADN monocatenario, el virus del mosaico dorado del frijol. A partir de la década de 1970, las familias de miembros relacionados con Monodnaviria comenzaron a organizarse, convirtiéndose Parvoviridae en la primera familia del dominio reconocida y continuamente se descubrieron varias familias adicionales.[2]

En los últimos años, los análisis del ADN viral en diversos contextos, como la materia fecal y los sedimentos marinos, han demostrado que los virus de ADN monocatenario están muy extendidos por toda la naturaleza, y el mayor conocimiento de su diversidad ha ayudado a comprender mejor su historia evolutiva. La relación entre los virus CRESS-ADN se resolvió de 2015 a 2017, lo que llevó al establecimiento del dominio Monodnaviria en el año 2019 en función de su relación compartida, incluidos los virus descendientes de ellos.[2]

Enfermedades y causas[editar]

Los virus del filo Cressdnaviricota están asociados con una variedad de enfermedades. Los virus de las plantas de las familias Geminiviridae y Nanoviridae infectan cultivos de importancia económica y causan daños importantes a la productividad agrícola.[3]​ Los virus de la familia Genomoviridae que infectan hongos pueden ser de importancia económica para la micocultura ya que su infección puede afectar la recolección de setas. Los virus de la familia Circoviridae están asociados con muchas enfermedades en animales, incluidas enfermedades respiratorias, intestinales y problemas reproductivos. Se cree que los bacilladnavirus, que infectan principalmente a las diatomeas, tienen un papel importante en el control de la proliferación de algas.[2][4]

Los virus del filo Cossaviricota también están asociados con muchas enfermedades ampliamente conocidas. Los parvovirus son más conocidos por causar una infección letal en los cánidos y por causar la eritema infeccioso en los seres humanos. Se sabe que los papilomavirus y poliomavirus causan diferentes tipos de cánceres y otras enfermedades. Un poliomavirus es responsable del carcinoma de células de Merkel, y los papilomavirus son los causantes del papiloma, ciertas enfermedades de transmisión sexual, cánceres y verrugas.[5][6][7]

Los bacteriófagos de este dominio pueden contribuir a regular la población de procariotas y a la derivación viral o lisis: un proceso por el cual los nutrientes o el material órganico producido por los procariotas se liberan al ambiente con la muerte y roptura de la membrana celular del huésped.[8]

Origen y evolución[editar]

Representación de un plásmido. Los genomas de los miembros del dominio son similares a los plásmidos, aunque encapsidados.

Se ha propuesto que los virus de Monodnaviria surgieron a través de tres eventos en los que ciertos plásmidos procariotas que codifican la endonucleasa HUH se integraron en las cápsides de ciertos virus de ARN, reemplazando el genoma y las enzimas del virus típico.[9]​ Los plásmidos son entidades acelulares que se mueven entre las células procariotas como los virus.[2][4][10]​ Las proteínas de la cápside de Monodnaviria están emparentadas con las proteínas de los virus de ARN del filo Kitrinoviricota. Los virus de Monodnaviria se originaron en tres ocasiones a través del mismo mecanismo. Una daría origen al reino Loebvirae, la otra a Trapavirae y la última a Sangervirae y Shotokuvirae. Los virus de Shotokuvirae que infectan eucariotas pudieron llegar a estos por medio de las proteobacterias hace más de 2300 millones de años, en el momento que sucedió la endosimbiosis seriada que involucró a una arquea y una proteobacteria. Cuando la proteobacteria se convirtió en las mitocondrias surgió Shotokuvirae que evolucionaron de ancestros similares a Microviridae con los que están más estrechamente emparentados y comparten varias características únicas.[2][4][10]​ Los bacteriófagos de este dominio pudieron haber surgido junto con el último antepasado común bacteriano (LBCA).[1]​ Según el análisis filogenético los virus de este dominio también pudieron originar con posterioridad algunos plásmidos con la pérdida de las proteínas de la cápside.[4][10]

Los virus de ADN bicatenario Papillomaviridae y Polyomaviridae pertenecientes a Shotokuvirae pudieron haber evolucionado de parvovirus, que tienen genomas de ADN monocatenario a través de la inactivación del dominio de la endonucleasa HUH y el cambio del ADN de cadena simple a uno de cadena doble. La familia Bidnaviridae parece haber surgido secundariamente de un evento en el que un transposón polinton se integró en la cápside de un parvovirus remplazando el genoma circular típico por uno lineal y la ADN polimerasa de los parvovirus por una ADN polimerasa de la familia B que emplean los polintones.[2][4][10]

Filogenia[editar]

Los análisis de la proteína Rep y otros estudios han dado el siguiente resultado:[2][11][4]

Monodnaviria
Loebvirae

Inoviridae

Paulinoviridae

Plectroviridae

Trapavirae

Pleolipoviridae

Sangervirae

Microviridae

Shotokuvirae
Cossaviricota

Parvoviridae

Bidnaviridae

Papovaviricetes

Papillomaviridae

Polyomaviridae

Cressdnaviricota
Repensiviricetes

Genomoviridae

Geminiviridae

Arfiviricetes

Bacilladnaviridae

Smacoviridae

Redondoviridae

Mulpavirales

Metaxyviridae

Nanoviridae

Cirlivirales

Circoviridae

Anelloviridae

Taxonomía[editar]

El comité de taxonomía de virus organiza a estos virus de la siguiente manera. Los virus de este dominio que infectan eucariotas están incluidos en el reino Shotokuvirae, esto también incluye a los virus de ADN bicatenario Papillomaviridae y Polyomaviridae, mientras que los demás reinos solo contienen bacteriófagos.[12]

Endogenización[editar]

La proteína Rep carece de homólogos con los organismos celulares, por lo que se puede buscar dentro del genoma de un organismo para identificar si el ADN viral se ha endogeneizado como parte del genoma del organismo. Entre los eucariotas, la endogeneización se observa con mayor frecuencia en plantas, pero también se observa en animales, hongos y varios protozoos. La endogenización puede ocurrir a través de varios medios, como la integrasa o las enzimas de transposición, o mediante la explotación de la maquinaria de recombinación de la célula huésped.[2][4]

La mayoría de los virus del dominio endogenizados se encuentran en regiones no codificantes del genoma del organismo, pero a veces los genes virales se expresan y el organismo puede utilizar la proteína Rep. Debido a que el ADN viral puede convertirse en parte del genoma de un organismo, esto representa un ejemplo de transferencia horizontal de genes entre organismos no relacionados que se puede utilizar para estudiar la historia evolutiva. Al comparar organismos relacionados, es posible estimar la edad aproximada de los virus de Monodnaviria. Por ejemplo, la comparación de genomas animales ha demostrado que los circovirus y parvovirus integraron sus ácidos nucleicos en los genomas de sus huéspedes hace al menos 40-50 millones de años.[2][4]

Características[editar]

Todos los virus de Monodnaviria se caracterizan por codificar una endonucleasa de la superfamilia HUH y una proteína denominada Rep que permite una replicación en círculo rodante. Casi todos sus miembros tienen genomas de ADN circular. Las endonucleasas son enzimas que pueden escindir enlaces fosfodiéster dentro de una cadena de polinucleótidos. Las endonucleasas HUH, o HuH, son endonucleasas que contienen un motivo HUH formado por dos residuos de histidina separados por un residuo hidrófobo voluminoso y un motivo Y que contiene uno o dos residuos de tirosina. La endonucleasa HUH de los virus ADN monocatenario a menudo se denomina proteína de iniciación de la replicación, o simplemente Rep, porque su escisión del genoma viral inicia la replicación.[2][11][4][10][14]

Una vez que el ADN viral está dentro de la célula huésped, la ADN polimerasa de la célula huésped lo replica para producir una forma bicatenaria del genoma viral. Rep luego reconoce una secuencia corta en el extremo 3 '(generalmente se pronuncia "tres extremos primos") en el origen de la replicación. Arriba del sitio de reconocimiento, Rep se une al ADN y corta la hebra de sentido positivo , creando un sitio nic. Al hacerlo, Rep se une al extremo 5 '(generalmente se pronuncia "cinco extremos primarios") a través de un residuo de tirosina que se une covalentemente al esqueleto de fosfato del ADN, creando una molécula de fosfotirosina que conecta la Rep al ADN viral.[2][11][4][10][14]

El extremo 3 'de la hebra mellada permanece como un extremo hidroxilo (OH) libre que actúa como una señal para que la ADN polimerasa del huésped replique el genoma. La replicación comienza en el extremo 3'-OH y se realiza extendiendo el extremo 3 'de la hebra positiva usando la hebra negativa como plantilla para la replicación. Durante la replicación, la hebra positiva original se desplaza gradualmente por la hebra positiva recién replicada. Después de un ciclo de replicación del genoma, Rep es capaz de reconocer los sitios nic y de reconocimiento recién replicados en la cadena positiva extendida.[2][11][4][10][14]

Rep puede cortar la hebra positiva por segunda vez, haciéndolo con un segundo residuo de tirosina, o una nueva Rep puede cortar el ADN. Pueden producirse múltiples copias del genoma en una sola hebra. Después de que la hebra positiva se separa por completo de la hebra negativa y se corta, el extremo 3'-OH se une a la fosfotirosina del extremo 5 ', creando un genoma de ADN monocatenario circular libre que generalmente se convierte en ADN bicatenario para la transcripción o replicación adicional o se empaqueta en cápsides virales de nueva construcción. El proceso de replicación se puede repetir varias veces en el mismo genoma circular para producir muchas copias del genoma viral original.[2][11][4][10][14]

Los virus de ADN bicatenario del domino Papillomaviridae y Polyomaviridae en lugar de replicarse mediante Rep, estos virus utilizan la replicación de ADN bidireccional. La replicación bidireccional del ADN comienza desenrollando el ADN bicatenario en un sitio llamado origen, creando una bifurcación en la molécula de ADN donde ambas hebras se separan entre sí. Cada hebra se replica por separado en la bifurcación al extender una hebra mientras se usa la otra como plantilla, la replicación se mueve en direcciones opuestas a lo largo del genoma hasta que se alcanza el lado opuesto del genoma circular cuando se completa la replicación. Estos virus pudieron haber evolucionado de parvovirus a través de la inactivación del dominio HUH de la endonucleasa y el cambio del ADN de cadena simple a uno de cadena doble.[2][11][4][10]

Otras características[editar]

Aparte de los métodos de replicación antes mencionados, los virus de Monodnaviria comparten una serie de otras características comunes. Las cápsides que almacenan el ADN viral, suelen tener forma icosaédrica y están compuestas por un tipo de proteína o, en el caso de los parvovirus, por múltiples tipos de proteínas. Todos los miembros que han analizado la estructura de sus proteínas de la cápside en alta resolución han demostrado contener un solo pliegue en forma de gelatina en su estructura plegada.[2][11][4][10][14]

Casi todas las familias tienen un genoma de sentido positivo, siendo la única excepción la familia Anelloviridae que tiene un genoma de sentido negativo. En cualquier caso, los virus de Monodnaviria tienen sus genomas convertidos a una forma de ADN bicatenario antes de la transcripción lo que crea el ARN mensajero (mARN) necesario para producir proteínas virales a partir de la traducción ribosómica. Los virus de Cressdnaviricota también tienen estructuras genómicas, longitudes genómicas y composiciones génicas similares.[2][11][4][10][14]

Por último, tienen una tasa relativamente alta de recombinaciones genéticas y mutaciones de sustitución. La recombinación genética, o mezcla, de genomas de ADN monocatenario puede ocurrir entre virus estrechamente relacionados cuando un gen se replica y transcribe al mismo tiempo, lo que puede hacer que las ADN polimerasas de la célula huésped cambien las plantillas de ADN (hebras negativas) durante el proceso, provocando la recombinación. Estas recombinaciones generalmente ocurren en la hebra negativa y fuera o en la periferia de los genes en lugar de hacia la mitad de los genes.[2][11][4][10][14]

La alta tasa de sustitución observada en los virus de Monodnaviria es inusual, ya que la replicación la realiza principalmente la ADN polimerasa de la célula huésped, que contiene mecanismos de corrección de pruebas para prevenir mutaciones. Pueden producirse sustituciones en los genomas virales porque el ADN viral puede sufrir daños oxidativos mientras el genoma está dentro de la cápside. La prevalencia de recombinaciones y sustituciones entre virus de ADN monocatenario significa que los virus de ADN monocatenario eucariotas pueden emerger como patógenos amenazantes.[2][11][4][10][14]

Referencias[editar]

  1. a b Krupovic, M; Dolja, VV; Koonin, EV (14 de julio de 2020). «The LUCA and its complex virome.». Nat Rev Microbiol. PMID 32665595. doi:10.1038/s41579-020-0408-x. Consultado el 16 de agosto de 2020. 
  2. a b c d e f g h i j k l m n ñ o p q r Koonin EV, Dolja VV, Krupovic M, Varsani A, Wolf YI, Yutin N, Zerbini M, Kuhn JH (18 de octubre de 2019). «Create a megataxonomic framework, filling all principal taxonomic ranks, for ssDNA viruses» (docx). International Committee on Taxonomy of Viruses (en inglés). Consultado el 27 de mayo de 2020. 
  3. Sudarshana, Mysore R.; Perry, Keith L.; Fuchs, Marc F. (25 de junio de 2015). «Grapevine Red Blotch-Associated Virus, an Emerging Threat to the Grapevine Industry». Phytopathology 105 (7): 1026-1032. PMID 25738551. doi:10.1094/phyto-12-14-0369-fi. 
  4. a b c d e f g h i j k l m n ñ o p Malathi VG, Renuka Devi P (March 2019). «ssDNA Viruses: Key Players in Global Virome». Virusdisease 30 (1): 3-12. PMC 6517461. PMID 31143827. doi:10.1007/s13337-019-00519-4. Consultado el 27 de mayo de 2020. 
  5. Do HT, Koriyama C, Khan NA, Higashi M, Kato T, Le NT, Matsushita S, Kanekura T, Akiba S (January 2013). «The etiologic role of human papillomavirus in penile cancers: a study in Vietnam». British Journal of Cancer 108 (1): 229-33. PMC 3553541. PMID 23299525. doi:10.1038/bjc.2012.583. 
  6. Gogilashvili K, Shonia N, Burkadze G (December 2012). «The role of human papillomavirus in oral squamous cell carcinoma (review)». Georgian Medical News (213): 32-6. PMID 23293230. 
  7. Feng H, Shuda M, Chang Y, Moore PS (February 2008). «Clonal integration of a polyomavirus in human Merkel cell carcinoma». Science 319 (5866): 1096-100. Bibcode:2008Sci...319.1096F. PMC 2740911. PMID 18202256. doi:10.1126/science.1152586. 
  8. Wilhelm SW, Suttle CA (October 1999). «Viruses and Nutrient Cycles in the Sea: Viruses play critical roles in the structure and function of aquatic food webs». BioScience 49 (10): 781-788. JSTOR 1313569. doi:10.2307/1313569. Consultado el 15 de junio de 2020. 
  9. Mart Krupovic (2020). Recombination between RNA viruses and plasmids might have played a central role in the origin and evolution of small DNA viruses. Online Library.
  10. a b c d e f g h i j k l m Kazlauskas D, Varsani A, Koonin EV, Krupovic M (31 de julio de 2019). «Multiple Origins of Prokaryotic and Eukaryotic Single-Stranded DNA Viruses From Bacterial and Archaeal Plasmids». Nat Commun 10 (1): 3425. PMC 6668415. PMID 31366885. doi:10.1038/s41467-019-11433-0. Consultado el 30 de junio de 2020. 
  11. a b c d e f g h i j Chandler M, de la Cruz F, Dyda F, Hickman AB, Moncalian G, Ton-Hoang B (August 2013). «Breaking and Joining Single-Stranded DNA: The HUH Endonuclease Superfamily». Nat Rev Microbiol 11 (8): 525-538. PMC 6493337. PMID 23832240. doi:10.1038/nrmicro3067. Consultado el 27 de mayo de 2020. 
  12. «Virus Taxonomy: 2019 Release» (html). International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) (en inglés). October 2018. Consultado el 13 octobre 2019. 
  13. Anelloviridae and Circoviridae. Science Direct.
  14. a b c d e f g h «ssDNA Rolling circle». ViralZone. Swiss Institute of Bioinformatics. Consultado el 27 de mayo de 2020.