Viroide

Los viroides son pequeños ARN circulares monocatenarios que son patógenos infecciosos. ^{[ 1 ] [ 2 ]} A diferencia de los virus , no tienen cubierta proteica. Todos los viroides conocidos habitan en angiospermas (plantas con flores), ^{[ 3 ]} y la mayoría causan enfermedades, cuya importancia económica para los humanos varía ampliamente. ^{[ 4 ]} Un estudio metatranscriptómico de 2023 sugiere que los viroides y elementos similares a viroides se pueden encontrar en todos los dominios de la vida . ^{[ 5 ]}

Los primeros descubrimientos de viroides en la década de 1970 impulsaron la tercera gran extensión histórica de la biosfera —para incluir entidades más pequeñas— después de los descubrimientos de Antonie van Leeuwenhoek en 1675 (de los protozoos "subvisibles" ) y de Dmitri Iosifovich Ivanovsky y Martinus Beijerinck entre 1892 y 1898 (de los virus "submicroscópicos"). El Comité Internacional de Taxonomía de Virus ha reconocido las propiedades únicas de los viroides , creando un nuevo orden de agentes subvirales . ^{[ 6 ]}

El primer viroide reconocido, el agente patógeno de la enfermedad del tubérculo fusiforme de la papa , fue descubierto, caracterizado molecularmente y nombrado por Theodor Otto Diener , fitopatólogo del Centro de Investigación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos en Beltsville, Maryland, en 1971. ^{[ 7 ] [ 8 ]} Este viroide se denomina ahora viroide del tubérculo fusiforme de la papa, abreviado PSTVd. El viroide de la exocortis de los cítricos (CEVd) se descubrió poco después, y la comprensión conjunta de PSTVd ​​y CEVd dio forma al concepto de viroide. ^{[ 9 ]}

Aunque los viroides están compuestos de ácido nucleico, no codifican ninguna proteína . ^{[ 10 ] [ 11 ]} El mecanismo de replicación del viroide utiliza la ARN polimerasa II , una enzima de la célula huésped normalmente asociada con la síntesis de ARN mensajero a partir de ADN, que en cambio cataliza la síntesis de " círculo rodante " de nuevo ARN utilizando el ARN del viroide como plantilla. Los viroides suelen ser ribozimas , con propiedades catalíticas que permiten la autocorte y la ligación de genomas de tamaño unitario a partir de intermediarios de replicación más grandes. ^{[ 12 ]}

Diener planteó inicialmente la hipótesis en 1989 de que los viroides podrían representar "reliquias vivientes" del mundo del ARN , ampliamente asumido como antiguo y no celular , y otros han seguido esta conjetura. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Tras el descubrimiento de las retroenzimas , se ha propuesto que los viroides y otros elementos similares a los viroides podrían derivar de esta nueva clase de retrotransposones . ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

A partir de 2024: ^{[ 9 ] [ 18 ]}

• Familia Pospiviroidae : depende de la ARNasa III del huésped ^{[ 5 ]}
  • Género Pospiviroid ; especie tipo: Pospiviroid fusituberis (nombre anterior Viroide del tubérculo fusiforme de la patata ^{[ 19 ]} ); 356–361 nucleótidos (nt) ^{[ 20 ]}
    • Pospiviroid chloronani (nombre anterior: viroide enano clorótico del tomate ^{[ 21 ]} ); (TCDVd); número de acceso AF162131, longitud del genoma 360 nt
    • Viroide de la papita mexicana (MPVd); número de acceso L78454, longitud del genoma 360 nt
    • Pospiviroid machoplantae (nombre anterior: viroide macho de la planta del tomate ^{[ 22 ]} ); (TPMVd); número de acceso K00817, longitud del genoma 360 nt
    • Pospiviroid exocortiscitri (nombre anterior Citrus exocortis viroid ^{[ 23 ]} ); 368–467 nt ^{[ 20 ]}
    • Pospiviroid impedichrysanthemi (nombre anterior: viroide del enanismo del crisantemo ^{[ 24 ]} ); (CSVd); número de acceso V01107, longitud del genoma 356 nt
    • Pospiviroid apicimpeditum (nombre anterior: viroide del enanismo apical del tomate ^{[ 25 ]} ); (TASVd); número de acceso K00818, longitud del genoma 360 nt
    • Pospiviroid alphairesinis (nombre anterior: viroide Iresina 1 ^{[ 26 ]} ); (IrVd-1); número de acceso X95734, longitud del genoma 370 nt
    • Pospiviroid latenscolumneae (nombre anterior Columnea viroid latente ^{[ 27 ]} ); (CLVd); número de acceso X15663, longitud del genoma 370 nt
    • Pospiviroid latensportulacae (nombre anterior Pospiviroid plvd ^{[ 28 ]} )
    • Pospiviroid parvicapsici (nombre anterior: viroid del fruto de Pepper chat ^{[ 29 ]} )
  • Género Hostuviroid ; especie tipo: Hostuviroid impedihumuli (nombre anterior: viroid del enanismo del lúpulo ^{[ 30 ]} ); 294–303 nt ^{[ 20 ]}
    • Hostuviroid latensdahliae (nombre anterior: viroide latente de Dahlia ^{[ 31 ]} )
  • Género Cocadviroid ; especie tipo: Cocadviroid cadangi (nombre anterior Coco cadang-cadang viroid ^{[ 32 ]} ); 246–247 nt ^{[ 20 ]}
    • Cocadviroid tinangajae (nombre anterior: viroide de tinangaja del coco ^{[ 33 ]} ); (CTiVd); número de acceso M20731, longitud del genoma 254 nt
    • Cocadviroid latenshumuli (nombre anterior: viroide latente del lúpulo ^{[ 34 ]} ); (HLVd); número de acceso X07397, longitud del genoma 256 nt
    • Cocadviroid rimocitri (nombres anteriores: viroide del agrietamiento de la corteza de los cítricos , viroide de Citrus IV ^{[ 35 ]} ); (CVd-IV); número de acceso X14638, longitud del genoma 284 nt
  • Género Apscaviroid ; especie tipo: Apscaviroid cicatricimali (nombre anterior: viroide de la piel de la cicatriz de manzana ^{[ 36 ]} ); 329–334 nt ^{[ 20 ]}
    • Viroide de los cítricos III ; (CVd-III); número de acceso AF184147, longitud del genoma 294 nt
    • Apscaviroid fossulamali (nombre anterior: viroide del fruto del hoyuelo de la manzana ^{[ 37 ]} ); (ADFVd); número de acceso X99487, longitud del genoma 306 nt
    • Apscaviroid alphaflavivitis (nombre anterior: viroide amarillo moteado de la vid 1 ^{[ 38 ]} ); (GVYSd-1); número de acceso X06904, longitud del genoma 367 nt
    • Betaflavivitis apscaviroid (nombre anterior: viroide amarillo moteado de la vid 2 ^{[ 39 ]} ); (GVYSd-2); número de acceso J04348, longitud del genoma 363 nt
    • Apscaviroid curvifoliumcitri (nombre anterior: viroide de hoja curvada de cítricos ^{[ 40 ]} ); (CBLVd); número de acceso M74065, longitud del genoma 318 nt
    • Apscaviroid pustulapyri (nombre anterior: viroide del cancro ampollado del peral ^{[ 41 ]} ); (PBCVd); número de acceso D12823, longitud del genoma 315 nt
    • Apscaviroid austravitis (nombre anterior: viroide de la vid australiano ^{[ 42 ]} ); (AGVd); número de acceso X17101, longitud del genoma 369 nt
    • Apscaviroid maculamali (nombre anterior Apscaviroid aclsvd ^{[ 43 ]} )
    • Apscaviroid etacitri (nombre anterior Apscaviroid cvd-VII ^{[ 44 ]} )
    • Apscaviroid dendrobii (nombre anterior Apscaviroid dvd ^{[ 45 ]} )
    • Latensvitis apscaviroid (nombre anterior Apscaviroid glvd ^{[ 46 ]} )
    • Lichis apscaviroid (nombre anterior Apscaviroid lvd ^{[ 47 ]} )
    • Apscaviroid latenspruni (antiguo nombre Apscaviroid plvd-I ^{[ 48 ]} )
    • Apscaviroid diospyri (nombre anterior Apscaviroid pvd ^{[ 49 ]} )
    • Apscaviroid betadiospyri (nombre anterior Apscaviroid pvd-2 ^{[ 50 ]} )
    • nanocitri apscaviroid (nombre anterior viroide enanizante de los cítricos ^{[ 51 ]} )
    • Apscaviroid epsiloncitri (nombre anterior Citrus viroid V ^{[ 52 ]} )
    • Apscaviroid zetacitri (nombre anterior Citrus viroid VI ^{[ 53 ]} )
    • Apscaviroid japanvitis ^{[ 54 ]}
  • Género Coleviroid ; especie tipo: Coleviroid alphacolei (nombre anterior Coleus blumei viroid 1 ^{[ 55 ]} ); (CbVd-1); 248–251 nt ^{[ 20 ]}
    • Coleviroid betacolei (nombre anterior Coleus blumei viroid 2 ^{[ 56 ]} ); (CbVd-2); número de acceso X95365, longitud del genoma 301 nt
    • Coleviroid gammacolei (nombre anterior Coleus blumei viroid 3 ^{[ 57 ]} ); (CbVd-3); número de acceso X95364, longitud del genoma 361 nt
    • Coleviroid epsiloncolei (nombre anterior Coleviroid cbvd-5 ^{[ 58 ]} )
    • Coleviroid zetacolei (nombre anterior Coleviroid cbvd-6 ^{[ 59 ]} )
• Familia Avsunviroidae : clivaje autocatalítico ^{[ 5 ]}
  • Género Avsunviroid ; especie tipo: Avsunviroid albamaculaperseae (nombre anterior Viroide de la mancha solar del aguacate ^{[ 60 ]} ); 246–251 nt ^{[ 20 ]}
  • Género Pelamoviroid ; especie tipo: Pelamoviroid latenspruni (nombre anterior: viroide mosaico latente del melocotón ^{[ 61 ]} ); 335–351 nt ^{[ 20 ]}
    • Pelamoviroid maculachrysanthemi (nombre anterior: viroide moteado clorótico del crisantemo ^{[ 62 ]} )
    • Pelamoviroid malleusmali (nombre anterior viroide cabeza de martillo de manzana ^{[ 63 ]} )
  • Género Elaviroid ; especie tipo: Elaviroid latensmelongenae (nombre anterior Viroide latente de berenjena ^{[ 64 ]} ); 332–335 nt ^{[ 20 ]}

Se sabe que los viroides solo infectan plantas, y los viroides infecciosos pueden transmitirse a nuevos huéspedes vegetales por áfidos , por contaminación cruzada tras daños mecánicos a las plantas como resultado de prácticas hortícolas o agrícolas, o de planta a planta por contacto foliar. ^{[ 20 ] [ 65 ]} Tras la infección, los viroides se replican en el núcleo ( Pospiviroidae ) o en los cloroplastos ( Avsunviroidae ) de las células vegetales en tres pasos a través de un mecanismo basado en ARN. Requieren la ARN polimerasa II, una enzima de la célula huésped normalmente asociada con la síntesis de ARN mensajero a partir de ADN, que en cambio cataliza la síntesis de " círculo rodante " de nuevo ARN utilizando el viroide como plantilla. ^{[ 66 ]}

A diferencia de los virus vegetales, que producen proteínas de movimiento , los viroides son completamente pasivos y dependen totalmente del huésped. Esto resulta útil para el estudio de la cinética del ARN en plantas. ^{[ 9 ]}

Desde hace tiempo existe incertidumbre sobre cómo los viroides inducen síntomas en las plantas sin codificar ningún producto proteico en sus secuencias. ^{[ 67 ]} La evidencia sugiere que el silenciamiento de ARN está involucrado en el proceso. Primero, los cambios en el genoma del viroide pueden alterar drásticamente su virulencia . ^{[ 68 ]} Esto refleja el hecho de que cualquier siRNA producido tendría menos apareamiento de bases complementarias con el ARN mensajero objetivo. Segundo, se han aislado siRNA correspondientes a secuencias de genomas de viroides de plantas infectadas. Finalmente, la expresión transgénica del hpRNA no infeccioso del viroide del tubérculo fusiforme de la papa desarrolla todos los síntomas correspondientes similares a los de los viroides. ^{[ 69 ]} Esto indica que cuando los viroides se replican a través de un ARN intermedio de doble cadena, son atacados por una enzima dicer y escindidos en siRNA que luego se cargan en el complejo de silenciamiento inducido por ARN . Los siRNAs de los viroides contienen secuencias capaces de formar pares de bases complementarias con los ARN mensajeros de la propia planta, y la inducción de la degradación o la inhibición de la traducción provoca los síntomas clásicos de los viroides. ^{[ 70 ]}

Los elementos similares a viroides son fragmentos de moléculas de ARN circular (ccc) cerradas covalentemente que no comparten el ciclo de vida del viroide. Esta categoría abarca los ARN satélite (incluidos los pequeños ARN satélite de plantas, denominados " virusoides ", los " ambivirus " fúngicos y los Ribozyviria , mucho más grandes y similares al VHD ) y los "retroviroides". La mayoría de ellos también portan algún tipo de ribozima . ^{[ 5 ]}

La hipótesis de Diener de 1989 ^{[ 84 ]} proponía que las propiedades únicas de los viroides los convierten en macromoléculas más plausibles que los intrones u otros ARN considerados en el pasado como posibles "reliquias vivientes" de un hipotético mundo de ARN precelular . De ser así, los viroides han adquirido importancia más allá de la virología vegetal para la teoría evolutiva, porque sus propiedades los convierten en candidatos más plausibles que otros ARN para realizar pasos cruciales en la evolución de la vida a partir de la materia inanimada (abiogénesis). La hipótesis de Diener fue prácticamente olvidada hasta 2014, cuando fue rescatada en un artículo de revisión de Flores et al. ^{[ 79 ]} , en el que los autores resumieron la evidencia de Diener que respalda su hipótesis de la siguiente manera:

1. El pequeño tamaño de los viroides se debe a una replicación propensa a errores.
2. Su alto contenido en guanina y citosina aumenta la estabilidad y la fidelidad de la replicación.
3. Su estructura circular garantiza una replicación completa sin marcadores genómicos.
4. Existencia de periodicidad estructural, que permite el ensamblaje modular en genomas ampliados.
5. Su falta de capacidad para codificar proteínas es coherente con un hábitat libre de ribosomas .
6. La replicación está mediada en algunos casos por ribozimas : la huella dactilar del mundo del ARN.

La presencia, en células existentes, de ARN con propiedades moleculares predichas para los ARN del mundo del ARN constituye otro argumento poderoso que apoya la hipótesis del mundo del ARN. Sin embargo, los orígenes de los viroides a partir de este mundo del ARN han sido puestos en duda por varios factores, incluido el descubrimiento de retroenzimas (una familia de retrotransposones que probablemente representan a sus ancestros) y su completa ausencia en organismos fuera de las plantas (especialmente su completa ausencia en procariotas , incluidas bacterias y arqueas ). ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} Sin embargo, estudios recientes sugieren que la diversidad de viroides y otros elementos similares a viroides es más amplia de lo que se pensaba anteriormente y que no se limitaría a las plantas, abarcando incluso a los procariotas . Las coincidencias entre los cccRNA de viroides y los espaciadores CRISPR sugirieron que algunos de ellos podrían replicarse en procariotas ^{[ 5 ]} , mientras que el descubrimiento de " obeliscos " en bacterias respalda firmemente la idea original de los ARN similares a viroides existentes como "reliquias vivientes" del mundo del ARN ^{[ 82 ] [ 83 ]} .

El desarrollo de pruebas basadas en ELISA , PCR e hibridación de ácidos nucleicos ha permitido la detección rápida y económica de viroides conocidos en inspecciones de bioseguridad , inspecciones fitosanitarias y cuarentena . ^{[ 85 ]}

En la década de 1920, se observaron síntomas de una enfermedad de la papa hasta entonces desconocida en campos de Nueva York y Nueva Jersey. Debido a que los tubérculos de las plantas afectadas se alargan y deforman, la denominaron enfermedad del tubérculo fusiforme de la papa. ^{[ 86 ]}

Los síntomas aparecieron en plantas a las que se les habían injertado fragmentos de plantas afectadas, lo que indicaba que la enfermedad era causada por un agente patógeno transmisible. Sin embargo, no se pudo encontrar de forma consistente ningún hongo o bacteria asociado a las plantas sintomáticas, por lo que se asumió que la enfermedad era causada por un virus. A pesar de los numerosos intentos realizados a lo largo de los años para aislar y purificar el supuesto virus, utilizando métodos cada vez más sofisticados, estos resultaron infructuosos al aplicarlos a extractos de plantas afectadas por la enfermedad del tubérculo fusiforme de la patata. ^{[ 8 ]}

En 1971, Theodor O. Diener demostró que el agente no era un virus, sino un nuevo tipo de patógeno totalmente inesperado, 1/80 del tamaño de los virus típicos, para el cual propuso el término "viroide". ^{[ 7 ]} Paralelamente a los estudios orientados a la agricultura, la investigación científica básica dilucidó muchas de las propiedades físicas, químicas y macromoleculares de los viroides. Se demostró que los viroides consisten en segmentos cortos (unos pocos cientos de nucleótidos) de ARN monocatenario y, a diferencia de los virus, no tienen una cubierta proteica. Los viroides son extremadamente pequeños, de 246 a 467 nucleótidos, más pequeños que otros patógenos infecciosos de plantas; por lo tanto, constan de menos de 10 000 átomos. En comparación, los genomas de los virus más pequeños conocidos capaces de causar una infección por sí mismos tienen alrededor de 2000 nucleótidos de longitud. ^{[ 87 ]}

En 1976, Sanger et al. ^{[ 88 ]} presentaron evidencia de que el viroide del tubérculo fusiforme de la papa es una "molécula de ARN circular, monocatenaria y cerrada covalentemente, que existe como una estructura en forma de varilla con un alto grado de apareamiento de bases", considerada la primera molécula de este tipo descrita. El ARN circular, a diferencia del ARN lineal, forma un bucle continuo cerrado covalentemente, en el que se han unido los extremos 3' y 5' presentes en las moléculas de ARN lineal. Sanger et al. también aportaron evidencia de la verdadera circularidad de los viroides al descubrir que el ARN no podía fosforilarse en el extremo 5'. En otras pruebas, no lograron encontrar ni siquiera un extremo 3' libre, lo que descartó la posibilidad de que la molécula tuviera dos extremos 3'. Por lo tanto, los viroides son verdaderos ARN circulares. ^{[ 89 ]}

La monocatenación y circularidad de los viroides se confirmó mediante microscopía electrónica. ^{[ 90 ]} La secuencia completa de nucleótidos del viroide del tubérculo fusiforme de la patata se determinó en 1978. ^{[ 91 ]} El PSTVd ​​fue el primer patógeno de un organismo eucariota cuya estructura molecular completa se ha establecido. Desde entonces, se han identificado más de treinta enfermedades de las plantas causadas por viroides, y no por virus, como se había supuesto. ^{[ 87 ] [ 92 ]}

Entre 2009 y 2015 se descubrieron cuatro viroides adicionales o partículas de ARN similares a viroides. ^{[ 85 ]}

En 2014, el escritor científico del New York Times, Carl Zimmer, publicó un artículo divulgativo que atribuía erróneamente a Flores et al. la concepción original de la hipótesis del mundo de ARN virioide. ^{[ 93 ]}

En enero de 2024, los biólogos informaron del descubrimiento de " obeliscos ", una nueva clase de elementos similares a viroides, y "oblinas", su grupo de proteínas relacionadas, en el microbioma humano . ^{[ 82 ] [ 83 ]}

• Viroides/ATSU
• ViroidDB , una base de datos de viroides y ARN circulares similares a viroides.