Virus emergentes, epidemias y pandemias

1. Virus emergentes, epidemias y pandemias Mario Lozano. 2011

2. Los virus son esencialmente predadores. Son los predadores más pequeños. “So, naturalists observe, a flea has smaller fleas that on him prey; And these have smaller still to bite 'em; And so proceed ad infinitum.” Jonathan Swift. 1733. "On Poetry: A Rhapsody".

3. Diversidadbiológica La Tierra fue desde el comienzo de la biología, y en lo fundamental lo sigue siendo ahora, un planeta de microorganismos, en particular de bacterias y arkeas. En las capas superficiales de los océanos, (el mayor ecosistema de la Tierra) los microorganismos celulares poseen poblaciones del orden de 1 millón de células por mililitro de mar. Los virus son entre 5 y 25 veces mas abundantes. Se calcula que se pueden detectar al menos 10 millones de fagos por mililitro en la superficie del mar o por gramo de sedimentos terrestres y un total de 1031 partículas virales en La Tierra.

4. ¿Qué es un virus? • Es un organismo muy pequeño, invisible aún con microscopios comunes. Están formados principalmente por ácidos nucleicos (genoma) y proteínas. • Los virus no pueden “vivir” por si solos. Para vivir necesita estar dentro de una célula. En este sentido, son parásitos obligatorios. • Todos los organismos celulares tienen virus que los infectan. En los organismos multicelulares los tejidos y los órganos del cuerpo están formados por muchas células.

5. Abundancia relativa de los virus en la naturaleza Virus Bacteria o Arkea Eucariota Fotomicrografía de epifluorescencia de una muestra de mar, tomada a 5 m de profundidad y tratada con SYBR Green I. Se observan virus (puntos pequeños, esencialmente bacteriófagos), bacterias o arkeas (puntos grandes) y 2 eucariotes, una diatomea y otro protista no identificado (mancha oblonga y circular, respectivamente). Tomado de Fuhrman, J.A. (1999). Marine viruses and their biogeochemical and ecological effects. NATURE, 399: 541-548

6. El origen de los virus Las hipótesis acerca del origen de los virus implican que el primer virus fue derivado de un proceso metabólico, que más adelante adquirió capacidad de replicación independiente. Todavía se discute si este proceso apareció en la era pre-celular (evolución química) o post-celular (evolución biológica). En definitiva, se acepta que los virus aparecieron muy temprano en la evolución.

7. Los virus también participan en procesos de transferencia genética horizontal entre diferentes tipos de células Por todo ello, su rol es complejo pero ha sido central en la evolución de los organismos celulares. Esta complejidad resalta que han estado en contacto con las diferentes formas de vida desde muy temprano después del inicio de la evolución biológica.

8. Características de los virus • Los virus tienen reservorios naturales. • En general los virus afectan sólo a un tipo de célula. Estando dentro de las células los virus pueden reproducirse, convirtiéndolas en fábricas de nuevos virus. • En este proceso la célula agota sus recursos y casi siempre muere. Si muchas células son captadas por el virus, se produce una enfermedad. • Si el cuerpo está sano, tiene anticuerpos que lo defienden de los virus por lo que las células infectadas por el virus serán atacadas • La enfermedad puede relacionarse con la multiplicación del virus o con la respuesta inmune.

9. El Ciclo Viral • Los virus se unen a las células y las infectan. • Los virus inyectan sus genes en la célula, toman el control de ella y se reproducen. • Los virus nuevos generados en la célula brotan y se contagian enfermando a otras células del cuerpo y a otras células de otras personas o animales. La célula infectada casi siempre muere.

10. Células Virus Tamaño relativo de los genomas La superficie del cuadrado rojo respecto a la del cuadrado gris guarda la misma relación que la del tamaño del genoma viral respecto al de una célula eucariota. La superficie del cuadrado rojo respecto a la del cuadrado gris guarda la misma relación que la del tamaño del genoma viral respecto al de una célula eucariota. La regla en azul, ayuda a comparar la imagen aumentada con la que muestra la totalidad del cuadrado gris

11. Algunos de los problemas pendientes en virología son:  ¿Por qué un virus infecta selectivamente una especie?  ¿Por qué algunos virus cambian su huésped natural?  ¿Por qué algunas cepas virales son particularmente mortales?  ¿Cuales son los mecanismos de la evasión viral a los sistemas de defensa (p.ej. inmunidad) del huésped?  ¿Cómo, cuando y donde se originaron los virus? Muchas de estas preguntas se relacionan con el problema de la emergencia

12. Algunas enfermedades emergentes

13. y los virus emergentes ¿son virus nuevos? • Las enfermedades emergentes se producen por la incorporación de: • Virus presentes en poblaciones humanas aisladas. • Virus zoonóticos que ocupan sus nichos ecológicos hace mucho tiempo. • Virus que han evolucionado recientemente.

14. La viruela en América Un ejemplo de virus presentes en poblaciones humanas aisladas

15. La viruela en la conquista del imperio Azteca

17. Colapso de población en el imperio Azteca luego de la conquista española 1520

18. Algunas cuestiones • ¿Por qué los europeos no tuvieron que soportar enfermedades americanas? • ¿Por qué las armas biológicas de los americanos fueron más débiles que las de los europeos? • ¿Estaba este hecho determinado históricamente? • ¿Podría haber sido al revés? • ¿Por qué no fue al revés?

19. Mapa de las migraciones humanas

20. Los humanos modernos aparecieron durante el Pleistoceno hace unos 250.000 años. Sin embargo, las primeras evidencias de domesticación de animales y plantas sitúan este proceso en un período entre 8.500 y 13.000 años atrás. HOLOCENO 200 mil años H.e. H.n. H.s. Homo neanderthalensis Homo sapiens 0--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -0.5--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- H. erectus Paranthropus robustus H. antecessor P. boisei -1---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- PLEISTOCENO -1.5--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- H. habilis/H. rudolfensis H. ergaster A. africanus -2---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- A.garhi Primer Homo (?) P. aethiopicus -2.5--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -3---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- PLIOCENO A. afarensis -3.5--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -4---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Australopithecus anamensis Ardipithecus ramidus -4.5--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- -5-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

21. Comienzo de la agricultura

22. Comienzo de la agricultura Interesantemente, la agricultura se desarrolló casi simultáneamente en 9 regiones independientes del globo, en cada una de ellas con un juego diferente de animales y plantas. Esto sugiere que la invención de la agricultura, y del concomitante patrón sedentario de vida, debe ser explicada en relación con un cambio global más que en función de cambios locales, ya sean estos físicos o culturales.

23. Cambio climático 40 mil años H. neandertalen. H. sapiens. HOLOCENO

24. La pandemia de gripe ¿Un ejemplo de virus que han evolucionado recientemente? Un ejemplo de virus que han evolucionadorecientemente

25. Virus de la Influenza Hemaglutinina Neuraminidasa Genoma (Ribonúcleoproteína) Cubierta Matriz proteica

26. Mecanismos de ingreso de un virus a una célula • Para ingresar a la célula los virus usan unas partículas (proteínas) de su superficie externa que se unen a otras partículas que se encuentran en la superficie de las células que infectan. • La unión se produce por que la forma de la proteína viral encaja como si fuera una llave en el hueco presente en una de las proteínas de la célula, que funciona como cerradura. En el virus Influenza las letras H y N (Hemaglutinina y Neuraminidasa) designan a las proteínas de la superficie de este virus. Hay 15 tipos diferentes del antígeno H y 9 tipos diferentes del antígeno N.

27. H13N2 H5,H6,H7,H9 N7,N1,N3,N2 H13N6 H1,H3,N1,N2 Todos H3,H7.N7,N8 H1,H2,H3,N1,N2 Influenza A Variantes del virus influenza en la naturaleza

28. Tipos de enfermedades provocadas por el virus influenza • Influenza aviar: es la gripe de las aves. Puede transmitirse a humanos (aunque es raro) y no hay transmisión entre humanos, por lo que no se convierte en una influenza humana. • influenza porcina: es la gripe de los cerdos, Puede transmitirse a humanos y luego puede transmitirse entre humanos, por lo que puede aparecer como influenza humana. • Influenza humana, nuestra gripe que se transmite muy fácilmente y puede provocar pandemias.

30. La amenaza de las aves migratorias en el cono sur

31. La enfermedad de la Influenza en humanos • Desde hace muchos años se sabe que el virus de la Influenza puede afectar a los humanos. • Ataca principalmente a las células de los pulmones, por eso se dice que es un virus respiratorio, pero puede afectar otros órganos.

32. Cronología de la Gripe Humana

33. Tipos de cambios del virus influenza Cambio antigénico: Acumulación progresiva de cambios de secuencia de aminoácidos. Cambios poco pronunciados  aparecen virus más atenuados Salto antigénico: Segmentos de ARN homólogos se reordenan entre 2 virus que coinfectan una misma célula (Reasociación). Cambios muy pronunciados  no se puede determinar de antemano la virulencia Salto Interespecie: Un virus gripal adaptado a una especie animal, infecta a un humano (o a otra especie animal)  no se puede determinar de antemano la virulencia.

34. Estructura de las variantes pandémicas El salto antigénico y el salto Interespecie, son procesos rápidos, escenciales para que aparezca una nueva variante pandémica El cambio antigénico es un proceso lento que asegura el mantenimiento de la variante a través del tiempo ¿Cómo se generan las variantes epidémicas?

35. Generación de variantes epidémicas de influenza humana • Las aves son el reservorio de todos los tipos de virus influenza conocidos • La Influenza aviar en raras ocasiones puede transmitirse a humanos y cuando sucede, la enfermedad no se expande entre humanos. • Los cerdos pueden ser infectados de influenza por aves y humanos. En los cerdos los virus humanos y de aves pueden recombinar generando nuevas variantes. • Las variantes de la influenza porcina pueden transmitirse a los humanos y luego aparecer como influenza humana. • Una vez instalada, la Influenza humana puede provocar pandemias.

36. Composición genética del virus Influenza pandémico de 2009 Si bien las variantes ya existían, el virus que comenzó a expandirse es nuevo para los humanos ya que combina componentes de los virus de animales y de los humanos. Dada la novedad, las personas no estaban preparadas para defenderse de él.

37. El virus influenza o de la gripe Entonces es: Un ejemplo de virus que han evolucionadorecientemente Un ejemplo de virus zoonóticos que ocupan sus nichos ecológicos hace mucho tiempo

38. Dengue Una enfermedad re-emergente

39. ¿El Dengue es una enfermedad nueva? • NO • De hecho, el término “DENGUE" se originó en América entre 1827 y 1828, a raíz de una epidemia en el Caribe que cursaba con fiebre, artralgias y exantema. • Los esclavos provenientes de África identificaron a esta entidad patológica como DINGA o DYENGA, homónimo del swahili "KI DENGA PEPO" que significa ataque repentino (calambre o estremecimiento) provocado por un "espíritu maligno“.

40. ¿Desde cuándo existe la enfermedad?   • Aparentemente, la primera gran epidemia de una enfermedad parecida al DENGUE fue descrita entre 1779 y 1780 en tres continentes: Asia, África y América del Norte.   • Sin embargo, existen descripciones de enfermedades con descripciones semejantes al DENGUE en una Enciclopedia China de la Dinastía Chin (265-420 d.C.). Interesantemente, los antiguos chinos ya pensaban que la enfermedad estaba relacionada a insectos voladores asociados al agua.

41. ¿Qué es el DENGUE?  • Es una enfermedad que puede persentarse en dos formas clínicas: Una forma es asintómática o con síntomas leves, tipo gripe y la otra forma es grave • Las formas más graves incluyen el cuadro hemorrágico (Dengue Hemorrágico) y el Shock o Síndrome de Shock por Dengue. El DENGUE es una enfermedad viral provocada por la infección con el VIRUS del DENGUE.

42. Virus del dengue • Causa el dengue y el dengue hemorrágico • Es un arbovirus de la familia de los flavivirus (virus amarillos) • Transmitido por mosquitos • Tiene 4 serotipos (DEN-1, 2, 3, 4)

43. ¿Cuál es el reservorio natural del virus del DENGUE? • Los huéspedes más importantes del virus del DENGUE son los seres humanos • Los mosquitos Aedes son los vectores. • Los cuatro tipos de virus del DENGUE se mantienen en base a un ciclo: HumanoMosquitoHumano.

44. Período de incubación extrínseca Enfermedad Enfermedad Transmisión del virus del dengue por Aedes aegypti El mosquito se alimenta / El mosquito se realimenta / adquiere el virus transmite el virus Período de incubación intrínseca Viremia Viremia 0 5 8 12 16 20 24 28 Días Humano 1 Humano 2

45. Formas clínicas del dengue • Fiebre indiferenciada (Es tal vez la manifestación más común del dengue) • Fiebre de dengue • Dengue hemorrágico (puede terminar en un síndrome de choque del dengue)

46. ¿Como producen los 4 serotipos del virus del dengue las diferentes enfermedades? • La primera infección con cualquiera de los tipos de virus del DENGUE provoca la enfermedad de FIEBRE DEL DENGUE. Esta enfermedad no suele ser demasiado grave y puede pasar desapercibida como una gripe. • Si la segunda infección ocurre con el mismo tipo de virus del DENGUE que la primera, el individuo está protegido y no enferma. • En cambio si la segunda infección ocurre con un tipo de virus del DENGUE diferente a la primera, el individuo puede enfermar del DENGUE HEMORRAGICO, una enfermedad grave y mortal.

47. ¿Hay una vacuna contra el dengue? • No existe ni tratamiento específico ni una vacuna certificada por el momento • Una vacuna efectiva deberá ser tetravalente • En la actualidad se están efectuando pruebas en el campo de una vacuna tetravalente atenuada • No se dispondrá de una vacuna efectiva, segura y económica en el futuro inmediato

48. ¿Existe algún virus similar? • SI • El virus de la fiebre amarilla (vFA) es un pariente cercano del virus del DENGUE • El vFA fue el primero en descubrirse y le da el nombre a esta familia viral: FLAVIVIRUS. • El vFA se transmite por los mismos medios que el virus del DENGUE, usando el mismo mosquito, Aedes aegypti, como vector.

49. Aedes aegypti • Ambas enfermedades son transmitidas por un mosquito hembra infectado (Carlos J. Finlay, 1881) • Se alimenta principalmente durante el día • Pone los huevos y produce larvas preferentemente en recipientes artificiales con agua estancada y de relativa limpieza • Vive cerca de las viviendas humanas

50. Mosquito Aedes aegypti