Efecto citopático

Qué es el efecto citopático

El efecto citopático (ECP, o CPE por sus siglas en inglés) reúne las modificaciones estructurales y funcionales que experimenta una célula infectada por un virus durante el ciclo replicativo. Aparecen porque la replicación del virión obliga a la célula a poner sus componentes al servicio de la síntesis viral y, en la mayoría de los casos, termina degradando su arquitectura y llevándola a la muerte. Prácticamente todos los orgánulos pueden verse alterados: el núcleo, el citoesqueleto, el sistema vesicular, la membrana plasmática. Muchos de esos cambios tienen manifestación morfológica reconocible.

Nosológicamente no es una enfermedad, sino un fenómeno biológico con valor identificativo en el laboratorio de virología. El término procede del griego kytos (κύτος, célula, célula hueca, receptáculo) y pathos (πάθος, sufrimiento, enfermedad), con el sufijo -ico. Literalmente, "que produce daño en la célula". La expresión se acuñó en los años cuarenta y cincuenta del siglo XX, cuando los primeros cultivos celulares permitieron ver cómo los virus modificaban las monocapas de células vivas. El sistema HeLa, derivado de un tumor cervical humano en 1951, fue uno de los primeros en el que se documentaron efectos citopáticos característicos, en particular con el virus de la poliomielitis.

Tipos de efecto citopático

Redondeamiento y destrucción celular. Muchos virus provocan que la célula pierda sus prolongaciones, se despegue del sustrato y termine lisándose. Es el patrón típico de los enterovirus, con destrucción rápida y completa de la monocapa. En horas, allí donde había una capa uniforme de células, aparecen zonas vacías.

Formación de sincitios. Algunos virus insertan proteínas de fusión en la membrana plasmática de la célula infectada, y esta acaba fusionándose con las vecinas. El resultado son células gigantes multinucleadas, denominadas sincitios o policariocitos. Es el efecto típico de los paramixovirus (virus respiratorio sincitial, virus del sarampión, virus parainfluenza), de algunos herpesvirus y de los retrovirus como el VIH.

Formación de cuerpos de inclusión. Son acúmulos densos, visibles con tinciones convencionales, que corresponden a agregados de componentes virales o a modificaciones de estructuras celulares. Se localizan en el núcleo, en el citoplasma o en ambos, y adoptan un carácter tintorial acidófilo o basófilo. Ejemplos clásicos son los corpúsculos de Negri en la rabia (citoplasmáticos, en neuronas), los cuerpos de Cowdry en las infecciones por herpesvirus y los cuerpos de Guarnieri en la viruela.

Cambios menos evidentes. Vacuolización citoplasmática, granulación, agregación celular, degeneración focal, hinchazón. Algunos virus (arenavirus, muchos retrovirus) no producen efecto citopático evidente y establecen infecciones persistentes en las que la célula sigue viva y libera virus continuamente.

Mecanismos moleculares subyacentes

La lisis directa es solo uno de los caminos. En muchas infecciones, la muerte celular es consecuencia de una apoptosis desencadenada por la propia célula ante la agresión viral, o de una necrosis por acumulación de proteínas virales tóxicas. Algunas cápsides producen, en concentraciones altas, un efecto tóxico sobre la maquinaria celular incluso antes de completar la síntesis del genoma viral; los penton y fibras de los adenovirus son un ejemplo clásico.

A pesar de más de un siglo de virología celular, los mecanismos exactos por los que cada virus mata a la célula siguen sin conocerse con detalle en muchos casos. Los genes virales responsables de un patrón concreto de efecto citopático se han identificado para varias familias, pero cómo la interacción molecular concreta se traduce en cada morfología observable continúa siendo objeto de investigación.

Utilidad en el laboratorio

Durante décadas, el aislamiento del virus en cultivo celular y la observación del efecto citopático fueron la referencia para identificar patógenos víricos. La velocidad de aparición del daño, la línea celular en la que se manifiesta y su morfología concreta orientan al virólogo hacia una familia viral, aunque ningún efecto citopático es patognomónico y siempre requiere confirmación mediante inmunofluorescencia, técnicas antigénicas o pruebas moleculares. Un enterovirus, un herpes simple o un adenovirus producen daños distintos en las mismas células Vero o Hep-2, y el ojo entrenado del microbiólogo reconoce el patrón antes de pedir la confirmación.

En la práctica actual, las pruebas de amplificación de ácidos nucleicos han desplazado al cultivo como método de referencia, por rapidez y sensibilidad. El cultivo con observación del efecto citopático conserva su papel en el descubrimiento de patógenos nuevos, la caracterización fenotípica de virus emergentes, los estudios de resistencia antiviral y los ensayos de vacunas. Durante la pandemia por SARS-CoV-2 y en los brotes de viruela del mono, el cultivo celular mostró su utilidad para caracterizar aislados clínicos que las técnicas moleculares por sí solas no permitían estudiar en profundidad.

Diferenciación con conceptos afines

Hemadsorción. Es un cambio funcional, no morfológico, que consiste en la fijación de eritrocitos a la superficie de las células infectadas por virus con hemaglutininas expuestas en la membrana (paramixovirus, ortomixovirus). Complementa al efecto citopático en la detección de virus que no siempre lo producen de forma evidente.

Cuerpos de inclusión. Constituyen una manifestación del efecto citopático, no una categoría independiente. Se subraya su papel identificativo por la especificidad de su localización y tinción.

Infección abortiva. La célula es infectada pero el virus no completa la replicación productiva. Puede haber cambios morfológicos leves o ninguno; no equivale a un efecto citopático clásico.

Transformación viral. Ciertos virus oncogénicos alteran la célula sin lisarla, la inmortalizan y la hacen proliferar de forma anómala. Es un fenómeno opuesto al efecto citopático destructivo y se observa, por ejemplo, con algunos retrovirus y con virus del papiloma humano de alto riesgo.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra citopático?

Del griego kytos (κύτος, "célula, receptáculo") y pathos (πάθος, "sufrimiento, enfermedad"), con el sufijo -ico. Literalmente, "que produce daño en la célula". Se acuñó a mediados del siglo XX, cuando las primeras técnicas de cultivo celular permitieron observar los cambios que los virus provocaban en las monocapas de células vivas.

¿Es posible identificar un virus solo por su efecto citopático?

No. El patrón orienta a la familia viral y guía las pruebas siguientes, pero ningún efecto citopático es patognomónico. Se requiere confirmación con inmunofluorescencia, técnicas antigénicas o amplificación de ácidos nucleicos para identificar el virus concreto.

¿Todos los virus producen efecto citopático?

No. Algunos, como los arenavirus o la mayoría de los retrovirus, pueden mantener infecciones persistentes en cultivo sin alterar de forma visible la célula. En estos casos se recurre a otras técnicas para demostrar la replicación viral: hemadsorción, detección de antígenos o de material genético.

¿Sigue teniendo sentido observar el efecto citopático en el laboratorio moderno?

Sí, en indicaciones concretas. La biología molecular ha reemplazado el cultivo como método rutinario, pero el aislamiento con observación del efecto citopático conserva utilidad en la caracterización de virus emergentes, en los estudios de sensibilidad antiviral, en la producción de virus para investigación y en la fabricación de vacunas de virus atenuado o inactivado. Modelos de inteligencia artificial entrenados sobre imágenes de cultivos están explorando la automatización de la lectura.

¿Qué son los corpúsculos de Negri?

Cuerpos de inclusión intracitoplasmáticos, eosinófilos, observados en las neuronas de animales y personas infectadas por el virus de la rabia. Los describió el patólogo italiano Adelchi Negri en 1903 y durante décadas fueron un dato de referencia en anatomía patológica de la rabia.

Referencias

1. Baron S (ed). Medical Microbiology. Effects on Cells. NCBI Bookshelf.
2. Miller SE, Barros MV, Bell TA, et al. Cell Culture and Electron Microscopy for Identifying Viruses in Diseases of Unknown Cause. Emerging Infectious Diseases, CDC, 2013.
3. Sociedad Española de Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica (SEIMC). Procedimientos en Microbiología Clínica. Diagnóstico microbiológico de infecciones por virus herpes.
4. Ting TT, Lin YH, Chao HY, et al. Differentiation of Cytopathic Effects (CPE) induced by influenza virus infection using deep Convolutional Neural Networks (CNN). PLoS Computational Biology, PMC.