Baculoviridae

Robert L. Harrison, Elisabeth A. Herniou, Johannes A. Jehle, David A. Theilmann4, John P. Burand, James J. Becnel, Peter J. Krell, Monique M. van Oers, Joseph D. Mowery y Gary R. Bauchan

La cita de este capítulo del Informe ICTV es el resumen publicado como Harrison et al, (2019):
Perfil de taxonomía del virus ICTV: Baculoviridae, Journal of General Virology, 99: 1185-1186.

Autor correspondiente: Robert L. Harrison ([email protected])
Editado por: Balázs Harrach y Andrew J. Davison
Colocado: Junio 2018
PDF: ICTV_Baculoviridae.pdf

Resumen

Los Baculoviridae son una familia de grandes virus específicos de insectos con genomas circulares de dsDNA que oscilan entre 80 y 180 kbp (Tabla 1.Baculoviridae). Los viriones están formados por nucleocápsidos envueltos, en forma de varilla, y están incrustados en cuerpos de oclusión distintivos que miden entre 0,15 y 5 µm. Los cuerpos de oclusión consisten en una matriz compuesta por una única proteína viral que se expresa en altos niveles durante la infección. Los miembros de esta familia infectan exclusivamente a larvas de insectos de los órdenes Lepidoptera, Hymenoptera y Diptera. Algunos miembros se han desarrollado como biopesticidas para el control de plagas de insectos y como vectores para la expresión de proteínas recombinantes.

Tabla 1.Baculoviridae. Características de los miembros de la familia Baculoviridae.

Virión

Morfología

En las infecciones por baculovirus intervienen uno o dos fenotipos de viriones. La infección se inicia en el epitelio intestinal por viriones contenidos dentro de un cuerpo de oclusión proteico cristalino (OB) que puede tener forma poliédrica y contener muchos viriones (miembros de los géneros Alphabaculovirus, Gammabaculovirus y Deltabaculovirus); u ovocelular y contener sólo uno, o raramente dos o más, viriones (miembros del género Betabaculovirus). Los virus dentro de las oclusiones, denominados virus derivados de la oclusión (ODV), constan de una o más nucleocápsidas en forma de varilla que tienen una polaridad estructural distinta y están encerrados dentro de una envoltura (Figura 1.Baculoviridae). En el caso de los ODV, la envoltura de la nucleocápside se produce dentro del núcleo (miembros del género Alphabaculovirus) o en el medio nuclear-citoplasmático tras la pérdida de la membrana nuclear (miembros del género Betabaculovirus). Las nucleocápsidas tienen un diámetro medio de 30-60 nm y una longitud de 250-300 nm. No se han descrito estructuras en forma de espiga (peplómeros) en las envolturas de los ODV. Los viriones del segundo fenotipo (denominados virus en brote o BV; Figura 1.Baculoviridae) se generan cuando las nucleocápsidas brotan a través de la membrana plasmática en la superficie de las células infectadas. Los BV suelen contener una sola nucleocápside. Sus envolturas derivan de la membrana plasmática celular y se presentan característicamente como una membrana suelta que contiene una glicoproteína de fusión de la envoltura (EFP), que forma peplómeros que suelen observarse en un extremo del virión (véase «Proteínas», más adelante).

Propiedades fisicoquímicas y físicas

La densidad de flotación del VD en CsCl es de 1,18-1,25 g cm-3, y la de la nucleocápside es de 1,47 g cm-3. La densidad de flotación del BV en sacarosa es de 1,17-1,18 g cm-3 (Summers y Volkman 1976). Los viriones de ambos fenotipos son sensibles a los disolventes orgánicos y a los detergentes. El ODV y el BV son marginalmente sensibles al calor y se inactivan a valores extremos de pH (Gudauskas y Canerday 1968, Knittel y Fairbrother 1987).

Ácido nucleico

Los nucleocápsidos contienen una molécula de dsDNA circular y superenrollado de 80-180 kbp (Figura 1.Baculoviridae, Figura 2.Baculoviridae).

Proteínas

Los análisis genómicos sugieren que los baculovirus codifican aproximadamente 100-200 proteínas. Los análisis proteómicos realizados hasta la fecha indican que los viriones pueden contener desde 23 hasta 73 polipéptidos diferentes (Deng et al., 2007, Zhang et al., 2015). Las nucleocápsidas de ambos fenotipos de virión (ODV y BV) contienen una proteína principal de la cápside (VP39), una proteína básica de unión al ADN (P6.9) en complejo con el genoma viral, y al menos 2-3 proteínas adicionales. Hasta la fecha se han identificado dos EFP diferentes. La EFP GP64 está presente en un grupo de alfabaculovirus que incluye el nucleopoliedrovirus múltiple de Autographa californica (AcMNPV) y parientes cercanos (Blissard y Wenz 1992). La mayoría de los alfabaculovirus y betabaculovirus codifican y parecen utilizar EFP conocidas como proteínas F, que son homólogas de la proteína Ld130 del nucleopoliedrovirus múltiple de Lymantria dispar (LdMNPV) (Pearson et al., 2001) y de la proteína Se8 del nucleopoliedrovirus múltiple de Spodoptera exigua (SeMNPV) (IJkel et al., 2000). El deltabaculovirus Culex nigripalpus nucleopolyhedrovirus también codifica una EFP con actividad fusogénica (Wang et al., 2017). Se han identificado varias proteínas de la envoltura del ODV. Ocho proteínas ODV, incluyendo P74 (Faulkner et al., 1997), PIF-1 (Kikhno et al., 2002), PIF-2 (Pijlman et al., 2003), PIF-3 (Ohkawa et al., 2005), AC96 (PIF-4) (Fang et al., 2009), ODV-E56 (PIF-5) (Harrison et al., 2010), AC68 (PIF-6) (Nie et al., 2012), AC110 (PIF-7) (Jiantao et al., 2016) y AC83 (PIF-8) (Javed et al., 2017) son esenciales para la infectividad oral del ODV. La principal proteína de la matriz del OB es un polipéptido codificado por el virus de 25-33 kDa. Esta proteína se denomina poliedrina para los nucleopoliedrovirus (nombre común utilizado para los alfa, delta y gammabaculovirus) y granulina para los granulovirus (betabaculovirus) (Rohrmann 1986). El OB suele estar rodeado por una envoltura que contiene al menos una proteína principal (Whitt y Manning 1988). La proteína poliédrica de los deltabaculovirus no está serológica ni genéticamente relacionada con las proteínas del OB de los alfa-, beta- y gammabaculovirus (Perera et al., 2006).

Lípidos

Los lípidos están presentes en las envolturas de ODV y BV. La composición lipídica difiere entre los dos fenotipos del virión (Braunagel y Summers 1994).

Carbohidratos

Los carbohidratos están presentes como glicoproteínas y glicolípidos.

Organización y replicación del genoma

El ADN genómico circular es infeccioso, lo que sugiere que después de la entrada celular y el desrecubrimiento, no hay proteínas asociadas al virión que sean esenciales para la infección (Burand et al., 1980, Carstens et al., 1980). Treinta y ocho genes homólogos, los llamados genes centrales de los baculovirus, se comparten entre los alfa, beta, gamma y deltabaculovirus (Javed et al., 2017, Garavaglia et al., 2012) (Figura 2.Baculoviridae). Estos genes conservados están involucrados en varias funciones, incluyendo la replicación del ADN, la transcripción de genes tardíos y la estructura del virión. En algunos casos, la presencia de familias de genes repetidos puede dar lugar a genomas de mayor tamaño (Hayakawa et al., 1999). La transcripción de los genes de baculovirus está regulada temporalmente, y se reconocen dos clases principales de genes: tempranos y tardíos. Los genes tardíos pueden subdividirse a su vez en genes tardíos y muy tardíos. Las clases de genes (tempranos, tardíos y muy tardíos) no están agrupadas en el genoma del baculovirus, y ambas cadenas del genoma participan en las funciones de codificación. Los genes tempranos son transcritos por la ARN polimerasa II del huésped, mientras que los tardíos y muy tardíos son transcritos por una ARN polimerasa viral resistente a la alfa-amanitina (Huh y Weaver 1990). El empalme del ARN se produce, pero parece ser poco frecuente (Chisholm y Henner 1988, Pearson y Rohrmann 1997). Los estudios sobre la transcripción transitoria de genes tempranos y tardíos y la replicación del ADN sugieren que al menos tres proteínas codificadas por el virus regulan la transcripción de genes tempranos (Guarino y Summers 1986, Kovacs et al., 1991, Lu y Carstens 1993, Yoo y Guarino 1994), mientras que aproximadamente 20 proteínas codificadas por el virus, conocidas como factores de expresión tardía (LEF), son necesarias para la transcripción de genes tardíos (Rapp et al., 1998, Huijskens et al., 2004). De los aproximadamente 20 LEF, la mitad parecen estar implicados en la replicación del ADN (Lu y Miller 1995). La transcripción del gen tardío se inicia en la segunda adenina de un motivo conservado del promotor 5′-TAAG-3′, que es un elemento esencial del promotor tardío de baculovirus (Chen et al., 2013). Los orígenes de replicación putativos consisten en secuencias repetidas que se encuentran en múltiples ubicaciones dentro del genoma de baculovirus (Pearson et al., 1992, Hilton y Winstanley 2007). Estas secuencias, denominadas regiones de repetición homóloga (hr), no parecen estar muy conservadas entre las diferentes especies de baculovirus. También se han identificado orígenes de replicación putativos de una sola copia, no hr (Kool et al., 1994). La replicación del ADN es necesaria para la transcripción tardía de los genes. La mayoría de las proteínas estructurales del virión están codificadas por genes tardíos. Mientras que la transcripción de los genes tardíos y muy tardíos parece comenzar inmediatamente después de la replicación del ADN, algunos genes muy tardíos que codifican proteínas específicas del cuerpo de oclusión se transcriben a niveles extremadamente altos en un momento posterior (Thiem y Miller 1990). La producción de BV ocurre principalmente durante la fase tardía, y la producción del cuerpo de oclusión ocurre durante la fase muy tardía.

En los animales infectados, la replicación viral comienza en el intestino medio del insecto. Tras la ingestión, los OB se solubilizan en el lumen del intestino, liberando los ODV, que se cree que entran en las células epiteliales objetivo a través de la fusión con la membrana plasmática en la superficie celular (Kawanishi et al., 1972). En los insectos lepidópteros, la entrada del virus en las células del intestino medio se produce en un entorno alcalino, hasta un pH de 12. La infección del intestino medio es necesaria para iniciar la infección en el animal. Aunque se cree que el virus experimenta una ronda de replicación en el epitelio del intestino medio antes de la transmisión de la infección a los tejidos secundarios dentro de la hemocoela, también se ha propuesto un mecanismo para el movimiento directo desde el intestino medio a la hemocoela (Granados y Lawler 1981, Washburn et al., 1999, Washburn et al., 2003).

La replicación del ADN tiene lugar en el núcleo. En las células infectadas por betabaculovirus, la integridad de la membrana nuclear se pierde durante el proceso de replicación (Walker et al., 1982, Federici y Stern 1990). En el caso de algunos baculovirus, la replicación se restringe al epitelio intestinal y los viriones de la progenie quedan envueltos y ocluidos dentro de estas células, y pueden desprenderse en el lumen intestinal con el epitelio desprendido, o liberarse al morir el hospedador (Federici y Stern 1990). En otros baculovirus, la infección se transmite a los órganos y tejidos internos (Keddie et al., 1989). El segundo fenotipo de virión, el BV, que brota de la membrana basolateral de las células intestinales infectadas, es necesario para la transmisión de la infección al hemocele. Las células infectadas del cuerpo graso son la principal localización de la producción del virus ocluido en los insectos lepidópteros. El virus ocluido madura dentro de los núcleos de las células infectadas en el caso de los alfa-, gamma- y deltabaculovirus, y dentro del medio nuclear-citoplasmático en el caso de los betabaculovirus. Los OB que contienen viriones infecciosos de ODV se liberan tras la muerte, y normalmente la licuefacción, del huésped.

Biología

Los betabaculovirus se han aislado únicamente de insectos – principalmente de insectos del orden Lepidoptera, pero también de los órdenes Hymenoptera y Diptera. La transmisión se produce naturalmente (i) de forma horizontal por contaminación con OBs de alimentos, superficies de huevos, etc. (Hamm y Young 1974, Young y Yearian 1986); (ii) verticalmente dentro del huevo a partir de hembras o machos adultos infectados (Doane 1969); o experimentalmente; (iii) por inyección de huéspedes intactos con OBs; o (iv) por infección o transfección de cultivos celulares. Típicamente, el proceso de infección en un insecto huésped permisivo requiere aproximadamente una semana y, como resultado final, el insecto enfermo se licua, liberando cuerpos de oclusión infecciosos al medio ambiente. Los cuerpos de oclusión representan una forma ambientalmente estable del virus con mayor resistencia a la descomposición química y física, así como a la inactivación por la luz ultravioleta. También se han documentado infecciones persistentes y asintomáticas (Myers y Cory 2016).

Antigenicidad

Determinantes antigénicos que reaccionan de forma cruzada entre diferentes baculovirus existen en las proteínas del virión y en el principal polipéptido del OB: la polihedrina o granulina (Summers et al., 1978, Volkman 1983). Los anticuerpos neutralizantes reaccionan con la principal glicoproteína de superficie de los BV (Volkman et al., 1984).

Derivación de nombres

Alfa, Beta, Gamma, Delta: Letras griegas α, β, γ y δ, las cuatro primeras letras del alfabeto griego.

Baculo-: de baculum, que significa «vara» en latín, en referencia a la morfología de la nucleocápside.

Gránulo-: de «gránulo» y «granulosis», en referencia al tamaño relativamente pequeño de los OB y su aspecto granular en las células infectadas por betabaculovirus.

Nucleopoliedro-: de «poliedrosis nuclear» y «poliedro», en referencia a la apariencia multifacética de los OB en los núcleos de las células infectadas.

Criterios de demarcación del género

Los géneros de Baculoviridae se distinguen sobre la base de la filogenia, las características del genoma (especialmente el contenido de genes), el rango de hospedadores y la morfología de los OB (Jehle et al., 2006a).

Relaciones dentro de la familia

El análisis filogenético basado en los 38 genes centrales de los baculovirus muestra que la familia comprende cuatro grupos monofiléticos (Figura 3.Baculoviridae), que también pueden discriminarse en función de los órdenes de sus insectos huéspedes y de su morfología. Los baculovirus se clasifican en los cuatro géneros Alphabaculovirus, Betabaculovirus, Gammabaculovirus y Deltabaculovirus.

Relaciones con otros taxones

Los miembros de la familia Baculoviridae comparten caracteres estructurales, genéticos y biológicos con los virus de la familia Nudiviridae, que habían sido clasificados anteriormente como baculovirus «no ocluidos». Los nudivirus comparten al menos 20 genes centrales con los baculovirus (Wang et al., 2011). Los baculovirus también son similares a los virus de hipertrofia de las glándulas salivales de Hytrosaviridae, y comparten al menos 12 genes centrales con los miembros de esta familia (Jehle et al., 2013).

Taxones miembros

• Alphabaculovirus
• Betabaculovirus
• Deltabaculovirus
• Gammabaculovirus