Historia de la virología - History of virology
La historia de la virología , el estudio científico de los virus y las infecciones que causan, comenzó en los últimos años del siglo XIX. Aunque Louis Pasteur y Edward Jenner desarrollaron las primeras vacunas para proteger contra las infecciones virales, no sabían que existían los virus. La primera evidencia de la existencia de virus provino de experimentos con filtros que tenían poros lo suficientemente pequeños como para retener bacterias. En 1892, Dmitri Ivanovsky usó uno de estos filtros para mostrar que la savia de una planta de tabaco enferma seguía siendo infecciosa para las plantas de tabaco sanas a pesar de haber sido filtrada. Martinus Beijerinck llamó a la sustancia infecciosa filtrada un "virus" y este descubrimiento se considera el comienzo de la virología .
El posterior descubrimiento y caracterización parcial de bacteriófagos por Frederick Twort y Félix d'Herelle catalizó aún más el campo y, a principios del siglo XX, se habían descubierto muchos virus. En 1926, Thomas Milton Rivers definió los virus como parásitos obligados. Wendell Meredith Stanley demostró que los virus eran partículas, en lugar de fluidos, y la invención del microscopio electrónico en 1931 permitió visualizar sus complejas estructuras.
Pioneros
A pesar de sus otros éxitos, Louis Pasteur (1822-1895) no pudo encontrar un agente causante de la rabia y especuló sobre un patógeno demasiado pequeño para ser detectado con un microscopio. En 1884, el microbiólogo francés Charles Chamberland (1851-1931) inventó un filtro, conocido hoy como filtro de Chamberland , que tenía poros más pequeños que las bacterias. Por lo tanto, podría pasar una solución que contiene bacterias a través del filtro y eliminarlas por completo de la solución.
En 1876, Adolf Mayer , quien dirigió la Estación Experimental Agrícola en Wageningen , fue el primero en demostrar que lo que él llamó "Enfermedad del mosaico del tabaco" era infeccioso. Pensó que era causado por una toxina o una bacteria muy pequeña. Más tarde, en 1892, el biólogo ruso Dmitry Ivanovsky (1864-1920) utilizó un filtro de Chamberland para estudiar lo que ahora se conoce como el virus del mosaico del tabaco . Sus experimentos demostraron que los extractos de hojas trituradas de plantas de tabaco infectadas siguen siendo infecciosos después de la filtración. Ivanovsky sugirió que la infección podría ser causada por una toxina producida por bacterias, pero no siguió la idea.
En 1898, el microbiólogo holandés Martinus Beijerinck (1851-1931), profesor de microbiología en la Escuela de Agricultura de Wageningen, repitió los experimentos de Adolf Mayer y se convenció de que el filtrado contenía una nueva forma de agente infeccioso. Observó que el agente se multiplicaba solo en las células que se estaban dividiendo y lo llamó contagium vivum fluidum (germen vivo soluble) y reintrodujo la palabra virus . Beijerinck sostuvo que los virus eran de naturaleza líquida, una teoría desacreditada más tarde por el bioquímico y virólogo estadounidense Wendell Meredith Stanley (1904-1971), quien demostró que de hecho eran partículas. En el mismo año, 1898, Friedrich Loeffler (1852-1915) y Paul Frosch (1860-1928) pasaron el primer virus animal a través de un filtro similar y descubrieron la causa de la fiebre aftosa .
El primer virus humano que se identificó fue el virus de la fiebre amarilla. En 1881, Carlos Finlay (1833-1915), un médico cubano, realizó y publicó por primera vez una investigación que indicaba que los mosquitos portaban la causa de la fiebre amarilla, una teoría probada en 1900 por una comisión encabezada por Walter Reed (1851-1902). Durante 1901 y 1902, William Crawford Gorgas (1854-1920) organizó la destrucción de los hábitats de reproducción de los mosquitos en Cuba, lo que redujo drásticamente la prevalencia de la enfermedad. Más tarde, Gorgas organizó la eliminación de los mosquitos de Panamá, lo que permitió la apertura del Canal de Panamá en 1914. El virus fue finalmente aislado por Max Theiler (1899-1972) en 1932, quien desarrolló una vacuna exitosa.
En 1928 se sabía lo suficiente sobre los virus como para permitir la publicación de Filterable Viruses , una colección de ensayos que cubren todos los virus conocidos editados por Thomas Milton Rivers (1888-1962). Rivers, sobreviviente de la fiebre tifoidea que contrajo a la edad de doce años, pasó a tener una distinguida carrera en virología. En 1926, fue invitado a hablar en una reunión organizada por la Sociedad Estadounidense de Bacteriología, donde dijo por primera vez: "Los virus parecen ser parásitos obligados en el sentido de que su reproducción depende de las células vivas".
La noción de que los virus son partículas no se consideró antinatural y encajaba muy bien con la teoría de los gérmenes . Se supone que el Dr. J. Buist de Edimburgo fue la primera persona en ver partículas de virus en 1886, cuando informó haber visto "micrococos" en la linfa de la vacuna, aunque probablemente había observado grupos de vaccinia . En los años siguientes, a medida que se mejoraron los microscopios ópticos, se observaron "cuerpos de inclusión" en muchas células infectadas por virus, pero estos agregados de partículas de virus eran todavía demasiado pequeños para revelar una estructura detallada. No fue hasta la invención del microscopio electrónico en 1931 por los ingenieros alemanes Ernst Ruska (1906-1988) y Max Knoll (1887-1969) que se demostró que las partículas de virus, especialmente los bacteriófagos , tenían estructuras complejas. Los tamaños de virus determinados con este nuevo microscopio encajaban bien con los estimados mediante experimentos de filtración. Se esperaba que los virus fueran pequeños, pero la variedad de tamaños fue una sorpresa. Algunos eran solo un poco más pequeños que las bacterias más pequeñas conocidas, y los virus más pequeños tenían tamaños similares a las moléculas orgánicas complejas.
En 1935, Wendell Stanley examinó el virus del mosaico del tabaco y descubrió que estaba compuesto principalmente de proteínas. En 1939, Stanley y Max Lauffer (1914) separaron el virus en proteína y ácido nucleico , que el becario postdoctoral de Stanley, Hubert S. Loring, demostró que era específicamente ARN . El descubrimiento de ARN en las partículas fue importante porque en 1928, Fred Griffith (c.1879-1941) proporcionó la primera evidencia de que su "primo", el ADN , formaba genes .
En la época de Pasteur, y durante muchos años después de su muerte, la palabra "virus" se utilizó para describir cualquier causa de enfermedad infecciosa. Muchos bacteriólogos pronto descubrieron la causa de numerosas infecciones. Sin embargo, persistieron algunas infecciones, muchas de ellas horrendas, para las que no se pudo encontrar una causa bacteriana. Estos agentes eran invisibles y solo podían cultivarse en animales vivos. El descubrimiento de virus allanó el camino para comprender estas misteriosas infecciones. Y, aunque los postulados de Koch no pudieron cumplirse para muchas de estas infecciones, esto no impidió que los virólogos pioneros buscaran virus en infecciones para las que no se pudo encontrar otra causa.
Bacteriófagos
Descubrimiento
Los bacteriófagos son los virus que infectan y se replican en bacterias. Fueron descubiertos a principios del siglo XX por el bacteriólogo inglés Frederick Twort (1877-1950). Pero antes de este tiempo, en 1896, el bacteriólogo Ernest Hanbury Hankin (1865-1939) informó que algo en las aguas del río Ganges podría matar a Vibrio cholerae , la causa del cólera . El agente en el agua podría pasar a través de filtros que eliminan las bacterias, pero se destruye al hervir. Twort descubrió la acción de los bacteriófagos sobre las bacterias estafilococos . Observó que cuando se cultivaron en agar nutritivo, algunas colonias de bacterias se volvieron acuosas o "vidriosas". Recogió algunas de estas colonias acuosas y las pasó a través de un filtro de Chamberland para eliminar las bacterias y descubrió que cuando el filtrado se agregaba a cultivos frescos de bacterias, a su vez se volvían acuosos. Propuso que el agente podría ser "una ameba, un virus ultramicroscópico, un protoplasma viviente o una enzima con poder de crecimiento".
Félix d'Herelle (1873–1949) fue un microbiólogo franco-canadiense principalmente autodidacta. En 1917 descubrió que "un antagonista invisible", cuando se agregaba a las bacterias en agar , produciría áreas de bacterias muertas. El antagonista, ahora conocido por ser un bacteriófago, podría atravesar un filtro de Chamberland. Diluyó con precisión una suspensión de estos virus y descubrió que las diluciones más altas (concentraciones de virus más bajas), en lugar de matar todas las bacterias, formaban áreas discretas de organismos muertos. Contar estas áreas y multiplicar por el factor de dilución le permitió calcular el número de virus en la suspensión original. Se dio cuenta de que había descubierto una nueva forma de virus y luego acuñó el término "bacteriófago". Entre 1918 y 1921, d'Herelle descubrió diferentes tipos de bacteriófagos que podrían infectar a varias otras especies de bacterias, incluido Vibrio cholerae . Los bacteriófagos se anunciaron como un tratamiento potencial para enfermedades como la fiebre tifoidea y el cólera , pero su promesa se olvidó con el desarrollo de la penicilina . Desde principios de la década de 1970, las bacterias han seguido desarrollando resistencia a antibióticos como la penicilina , y esto ha llevado a un renovado interés en el uso de bacteriófagos para tratar infecciones graves .
Investigación preliminar 1920-1940
D'Herelle viajó mucho para promover el uso de bacteriófagos en el tratamiento de infecciones bacterianas. En 1928, se convirtió en profesor de biología en Yale y fundó varios institutos de investigación. Estaba convencido de que los bacteriófagos eran virus a pesar de la oposición de bacteriólogos establecidos, como el premio Nobel Jules Bordet (1870-1961). Bordet argumentó que los bacteriófagos no eran virus, sino solo enzimas liberadas por bacterias "lisogénicas" . Dijo que "el mundo invisible de d'Herelle no existe". Pero en la década de 1930, Christopher Andrewes (1896-1988) y otros proporcionaron la prueba de que los bacteriófagos eran virus . Demostraron que estos virus diferían en tamaño y en sus propiedades químicas y serológicas . En 1940, se publicó la primera micrografía electrónica de un bacteriófago y esto silenció a los escépticos que habían argumentado que los bacteriófagos eran enzimas relativamente simples y no virus. Se descubrieron rápidamente muchos otros tipos de bacteriófagos y se demostró que infectan bacterias dondequiera que se encuentren. Las primeras investigaciones fueron interrumpidas por la Segunda Guerra Mundial . d'Herelle, a pesar de su ciudadanía canadiense, fue internado por el gobierno de Vichy hasta el final de la guerra.
Era moderna
El conocimiento de los bacteriófagos aumentó en la década de 1940 tras la formación del Phage Group por parte de científicos de todo Estados Unidos. Entre los miembros se encontraba Max Delbrück (1906-1981), quien fundó un curso sobre bacteriófagos en el Laboratorio Cold Spring Harbor . Otros miembros clave del Grupo Phage fueron Salvador Luria (1912-1991) y Alfred Hershey (1908-1997). Durante la década de 1950, Hershey y Chase hicieron importantes descubrimientos sobre la replicación del ADN durante sus estudios sobre un bacteriófago llamado T2 . Junto con Delbruck, fueron galardonados conjuntamente con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1969 "por sus descubrimientos sobre el mecanismo de replicación y la estructura genética de los virus". Desde entonces, el estudio de los bacteriófagos ha proporcionado información sobre la activación y desactivación de genes, y un mecanismo útil para introducir genes extraños en bacterias y muchos otros mecanismos fundamentales de la biología molecular .
Virus de plantas
En 1882, Adolf Mayer (1843-1942) describió una condición de las plantas de tabaco, a la que llamó "enfermedad del mosaico" ("mozaïkziekte"). Las plantas enfermas tenían hojas abigarradas que estaban moteadas . Excluyó la posibilidad de una infección por hongos y no pudo detectar ninguna bacteria y especuló que estaba involucrado un "principio infeccioso soluble, similar a una enzima". No prosiguió con su idea, y fueron los experimentos de filtración de Ivanovsky y Beijerinck los que sugirieron que la causa era un agente infeccioso previamente no reconocido. Después de que el mosaico del tabaco fuera reconocido como una enfermedad viral, se descubrieron infecciones víricas de muchas otras plantas.
No se puede subestimar la importancia del virus del mosaico del tabaco en la historia de los virus. Fue el primer virus en ser descubierto y el primero en cristalizarse y su estructura se muestra en detalle. Las primeras imágenes de difracción de rayos X del virus cristalizado fueron obtenidas por Bernal y Fankuchen en 1941. Sobre la base de sus imágenes, Rosalind Franklin descubrió la estructura completa del virus en 1955. Ese mismo año, Heinz Fraenkel-Conrat y Robley Williams demostró que el ARN del virus del mosaico del tabaco purificado y la proteína de su cubierta pueden ensamblarse por sí mismos para formar virus funcionales, lo que sugiere que este mecanismo simple fue probablemente el medio a través del cual se crearon los virus dentro de sus células huésped.
En 1935, se pensaba que muchas enfermedades de las plantas eran causadas por virus. En 1922, John Kunkel Small (1869-1938) descubrió que los insectos podían actuar como vectores y transmitir virus a las plantas. En la década siguiente, se demostró que muchas enfermedades de las plantas eran causadas por virus que eran transportados por insectos y, en 1939, Francis Holmes , un pionero en virología de plantas, describió 129 virus que causaban enfermedades de las plantas. La agricultura moderna e intensiva proporciona un entorno rico para muchos virus de plantas. En 1948, en Kansas, EE. UU., El 7% de la cosecha de trigo fue destruida por el virus del mosaico del rayado del trigo . El virus fue transmitido por ácaros llamados Aceria tulipae .
En 1970, el virólogo de plantas ruso Joseph Atabekov descubrió que muchos virus de plantas solo infectan una única especie de planta huésped. El Comité Internacional de Taxonomía de Virus ahora reconoce más de 900 virus de plantas.
siglo 20
A fines del siglo XIX, los virus se definieron en términos de su infectividad , su capacidad para filtrarse y su requerimiento de huéspedes vivos. Hasta ese momento, los virus solo se habían cultivado en plantas y animales, pero en 1906, Ross Granville Harrison (1870-1959) inventó un método para hacer crecer tejido en la linfa y, en 1913, E Steinhardt, C israelí y RA Lambert utilizó este método para cultivar el virus vaccinia en fragmentos de tejido corneal de cobaya. En 1928, HB y MC Maitland cultivaron el virus vaccinia en suspensiones de riñones de gallina picados. Su método no se adoptó ampliamente hasta la década de 1950, cuando el poliovirus se cultivó a gran escala para la producción de vacunas. En 1941-1942, George Hirst (1909-1994) desarrolló ensayos basados en hemaglutinación para cuantificar una amplia gama de virus, así como anticuerpos específicos de virus en suero.
Influenza
Aunque el virus de la influenza que causó la pandemia de influenza de 1918-1919 no se descubrió hasta la década de 1930, las descripciones de la enfermedad y las investigaciones posteriores han demostrado que es el culpable. La pandemia mató a 40-50 millones de personas en menos de un año, pero la prueba de que fue causada por un virus no se obtuvo hasta 1933. Haemophilus influenzae es una bacteria oportunista que comúnmente sigue a las infecciones de influenza; esto llevó al eminente bacteriólogo alemán Richard Pfeiffer (1858-1945) a concluir incorrectamente que esta bacteria era la causa de la influenza. Un gran avance se produjo en 1931, cuando el patólogo estadounidense Ernest William Goodpasture desarrolló influenza y varios otros virus en huevos de gallina fertilizados. Hirst identificó una actividad enzimática asociada con la partícula del virus, posteriormente caracterizada como la neuraminidasa , la primera demostración de que los virus pueden contener enzimas. Frank Macfarlane Burnet demostró a principios de la década de 1950 que el virus se recombina a altas frecuencias, y Hirst dedujo más tarde que tiene un genoma segmentado.
Poliomielitis
En 1949, John F. Enders (1897–1985) Thomas Weller (1915–2008) y Frederick Robbins (1916–2003) desarrollaron el virus de la polio por primera vez en células de embriones humanos cultivadas, el primer virus que se cultivó sin utilizar sólidos tejido animal o huevos. Las infecciones por poliovirus suelen causar los síntomas más leves. Esto no se supo hasta que el virus se aisló en células cultivadas y se demostró que muchas personas habían tenido infecciones leves que no conducían a la poliomielitis. Pero, a diferencia de otras infecciones virales, la incidencia de poliomielitis, la forma grave más rara de la infección, aumentó en el siglo XX y alcanzó su punto máximo alrededor de 1952. La invención de un sistema de cultivo celular para hacer crecer el virus permitió a Jonas Salk (1914-1995 ) para elaborar una vacuna eficaz contra la poliomielitis .
Virus de Epstein Barr
Denis Parsons Burkitt (1911-1993) nació en Enniskillen, Condado de Fermanagh, Irlanda. Fue el primero en describir un tipo de cáncer que ahora lleva su nombre linfoma de Burkitt . Este tipo de cáncer era endémico en África ecuatorial y fue la neoplasia maligna más común en los niños a principios de la década de 1960. En un intento por encontrar la causa del cáncer, Burkitt envió células del tumor a Anthony Epstein (n. 1921), un virólogo británico, quien junto con Yvonne Barr y Bert Achong (1928-1996), y después de muchos fracasos, descubrió virus. que se parecía al virus del herpes en el líquido que rodeaba las células. Más tarde se demostró que el virus era un virus del herpes no reconocido anteriormente, que ahora se llama virus de Epstein-Barr . Sorprendentemente, el virus de Epstein-Barr es una infección muy común pero relativamente leve de los europeos. No se comprende completamente por qué puede causar una enfermedad tan devastadora en los africanos, pero la reducción de la inmunidad al virus causado por la malaria podría ser la causa . El virus de Epstein-Barr es importante en la historia de los virus por ser el primer virus que se ha demostrado que causa cáncer en los seres humanos.
Finales del siglo XX y principios del XXI
La segunda mitad del siglo XX fue la edad de oro del descubrimiento de virus y la mayoría de las 2.000 especies reconocidas de virus animales, vegetales y bacterianos se descubrieron durante estos años. En 1946 se descubrió la diarrea por virus bovino , que todavía es posiblemente el patógeno más común del ganado en todo el mundo y en 1957 se descubrió el arterivirus equino . En la década de 1950, las mejoras en los métodos de aislamiento y detección de virus dieron como resultado el descubrimiento de varios virus humanos importantes, incluido el virus de la varicela zóster , los paramixovirus , que incluyen el virus del sarampión y el virus sincitial respiratorio , y los rinovirus que causan el resfriado común . En la década de 1960 se descubrieron más virus. En 1963, Baruch Blumberg (n. 1925) descubrió el virus de la hepatitis B. La transcriptasa inversa , la enzima clave que utilizan los retrovirus para traducir su ARN en ADN, fue descrita por primera vez en 1970, independientemente por Howard Temin y David Baltimore (n. 1938). Esto fue importante para el desarrollo de medicamentos antivirales , un punto de inflexión clave en la historia de las infecciones virales. En 1983, Luc Montagnier (n. 1932) y su equipo en el Instituto Pasteur de Francia aislaron por primera vez el retrovirus que ahora se llama VIH. En 1989 Michael Houghton equipo 's en Chiron Corporation descubrió la hepatitis C . En cada década de la segunda mitad del siglo XX se descubrieron nuevos virus y cepas de virus. Estos descubrimientos han continuado en el siglo XXI a medida que han surgido nuevas enfermedades virales como el SARS y el virus nipah . A pesar de los logros de los científicos durante los últimos cien años, los virus continúan planteando nuevas amenazas y desafíos.