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INTERACCIONES DE LOS ENTOMOPATÓGENOS Y SU EFECTO SOBRE LA ACTIVIDAD BIOLÓGICA

Fecha de recepción: 23 de junio de 2011 • Fecha de aceptación: 20 de noviembre de 2011

ENTOMOPATHOGENIC INTERACTIONS AND ITS EFFECT OVER THE BIOLOGICAL ACTIVITY

Paola Cuartas Otálora1,2 • Laura Villamizar Rivero3

RESUMEN

Los virus entomopatógenos son objeto de investigación de diversos trabajos dirigidos al control microbial de insectos plaga, la ingeniería genética, la terapia génica, la química y la expresión de proteínas. En el área de control biológico de insectos, las interacciones virus-virus determinan cambios en el curso de la infección, como resultado de una concurrente o previa infección con una especie o cepa viral diferente. La mayoría de estas interacciones han sido descubiertas por casualidad y rara vez han sido estudiadas sistemáticamente; aunque la actual evidencia sugiere que dichas interacciones son comunes y críticas para entender la patogé- nesis viral en hospederos naturales. En esta revisión se analizan tres sistemas de clasificación de las interaccio- nes virales: (1) interacciones directas de genes virales o productos de genes, (2) interacciones indirectas que resultan en la alteración del medio ambiente del hospedero, e (3) interacciones que alteran el sistema inmune del insecto. Dado que las interacciones virales documentadas han mostrado tener un efecto significativo en la patogénesis viral, es necesario profundizar en el estudio de genes, proteínas y vías de señalización involu- cradas, que permitan un mayor conocimiento y por lo tanto una posible aplicación de este tipo de relaciones.

Palabras clave: Coinfección, interacción viral.

1 Investigadora cPh.D. Biotecnología. Laboratorio de Control Biológico, Centro de Biotecnología y Bioindustria, Corpoica. 2 Autor para correspondencia: [email protected] 3 Investigadora Ph.D. Ciencias Farmacéuticas. Directora Laboratorio de Control Biológico, Centro de Biotecnología y Bioindustria, Corpoica. [email protected]

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INTRODUCCIÓN infecciosas, estrictamente intracelulares que se ca- racterizan por tener un solo tipo de ácido nucleico Los insectos son uno de los grupos de anima- y por estar recubiertos por una envoltura de proteí- les más exitosos del planeta y su prosperidad se na o cápside, la cuál puede estar a su vez protegi- debe en parte a su increíble habilidad para defen- da por una bicapa lípidica formando una estructura der su cuerpo de organismos invasores. Sin em- que se conoce como virión (Caballero et al. 2001; bargo, algunos microorganismos incluyendo los Flint et al. 2009). Algunos virus a su vez pueden es- virus, pueden causar infecciones crónicas o letales tar incluidos en una matriz proteica conocida como en insectos hospederos ocasionando la disminu- cuerpo de inclusión (CI), que protege a los viriones ción de la población. Estos virus son actualmente cuando éstos son liberados al ambiente; siendo los muy estudiados tanto por su aplicación en el con- virus de las familias , Entomopoxvi- trol biológico de plagas de importancia agrícola, ridae y los únicos que presentan esta como por el impacto negativo que ocasionan en característica (Wieden 2000). las poblaciones de insectos benéficos (Caballero y Los virus entomopatógenos tienen partículas Williams 2008). El estudio de estos virus, ha permi- de morfología variable tanto en forma como en tido elucidar los mecanismos de los procesos de tamaño, siendo la morfología de la partícula infec- coevolución, que les han permitido la adaptación ciosa o virión una característica importante para a nuevos hospederos y la potenciación de su in- asignar el virus a un determinado grupo. Además, fección (Cory y Myers 2003; Herniou et al. 2004). el material genético viral que puede ser de ADN o Además, algunos parámetros epizootiológicos de ARN, de cadena sencilla o doble. La clasificación los patógenos como su infectividad, productividad actual de los virus se basa en sus características y tasa de transmisión, o de los hospederos como morfológicas, genéticas y bioquímicas y su no- el desarrollo, la mortalidad y el tiempo de muerte, menclatura según el hospedero del cual han sido pueden alterarse por infecciones virales mixtas (Da aislados (Caballero et al. 2001; Cory y Myers 2003; Palma et al. 2010). Okano et al. 2006; ICTV 2009). Todos los virus pa- tógenos de insectos conocidos se agrupan en 16 VIRUS ENTOMOPATÓGENOS familias y 31 géneros, sin que hasta ahora se hayan definido para la mayoría de los grupos, otros ni- Las enfermedades producidas por virus están veles taxonómicos superiores (Caballero y Williams entre las infecciones de invertebrados más amplia- 2008) según la categorización del Comité Interna- mente estudiadas. Actualmente se conocen más cional de Taxonomía de Virus (ICTV 2009) (Tabla 1). de 1100 especies de virus patógenos de inverte- Solo algunas familias de virus entomopatógenos brados que afectan a un importante número de han sido ampliamente estudiadas y caracterizadas, especies de insectos pertenecientes a más de 13 la mayoría de ellas por su uso potencial en control órdenes. Los virus se han definido como entidades biológico de plagas (Asgari y Johnson 2010).

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Ácido Cuerpo de Virión Forma Hos- Familia Sitio de replicación nucleicoa inclusión envuelto de virión pederosb Baciliforme Núcleo: Cuerpo graso, hipodermis csADN No Si L, Hy u ovoide y matriz traqueal

Núcleo: Intestino medio o infec- Baculoviridae cdADN Si Si Baciliforme L, D, Hy ción sistémica

Citoplasma: Cuerpo graso, hemo- Icosahé- C, D, He, L, cdADN No No citos, hipodérmis, algunas veces drica O, Tr sistémica

Hytrosaviridae cdADN No Si Baciliforme D Núcleo: Glándula salivar

Núcleo: Intestino medio o infec- cdADN No Si Baciliforme L, C ción sistémica

Redon- L, D, O, Mayoría de tejidos, excepto el csADN No No deada Od, Di, He intestino medio

Cilíndrica o Polydnaviridae cdADN No Si Hy No en parasitoides elipsoide

Ovoide o Citoplasma: Principalmente en C, L, O, D, cdADN Si Si forma de cuerpo graso, pero otros órganos Hy ladrillo se puede infectar

Icosahé- No en tejidos, adultos sensibles a csARN No No D drica CO2 Icosahé- Hy, He, csARN No No Intestino y sistema reproductor drica O, D

Icosahé- Células epíteliales del intestino csARN No No L, Hy, He drica medio y células caliciformes

Esféricos u csARN No / Si No L, D, C Hemocitos, infección sistémica ovoides

Icosahé- Citoplasma: Intestino y después csARN No No C, D, L drica infección sistémica

Redon- csARN No No D Citoplasma o núcleo deada

Redon- Reoviridae cdARN Si / No Si / No L, Hy Citoplasma: Células del intestino deada

Redon- Tetraviridae csARN No No L Citoplasma: Infección crónica. deada

a. ADN o ARN cs: cadena sencilla y cd: cadena doble | b. Órdenes de insectos. C: Coleóptera; D: Díptera; Di: Dictióptera; He: Hemíptera; Hy: Himenóptera; L: Lepidóptera; O: Ortóptera; Od: Odonata; | Th: Thysanoptera; Tr: Trichoptera. Tabla 1. Características de las familias y géneros de los virus patógenos de insectos (Tomado y modificado de: Caballero y Williams 2008; Cory y Evans 2007).

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A continuación se describen las familias de virus Baculovirus. entomopatógenos en donde se han descrito algún tipo de interacción virus-virus. La familia Baculoviridae es la familia de virus más numerosa y ampliamente estudiada de todos los gru- Ascovirus. pos de virus patógenos de insectos, los cuales han sido exitosamente utilizados para el control de in- Los virus de la familia Ascoviridae son virus ADN sectos de importancia agrícola (Kelly 1982; Moscardi de doble cadena, encapsulado en viriones de forma 1999). La familia Baculoviridae agrupa a virus ADN de baciliforme (Federici et al. 2009). Estos virus son me- doble cadena (Nucleopoliedrovirus y Granulovirus) cánicamente transmitidos por avispas parasitoides a cuyos viriones tienen forma de bastón y están inclui- las larvas y pupas de lepidópteros, principalmente dos dentro de cuerpos de inclusión (Caballero et al. de la familia Noctuidae afectando su crecimiento y 2001). El ciclo de infección de los baculovirus comien- desarrollo (Cheng et al. 2000; Federici y Govindara- za cuando la larva hospedera consume las partículas jan 1990; Tillman et al. 2004). La infección viral oca- virales directamente de su fuente de alimento. En el siona una citopatología caracterizada por la modifi- intestino medio, los CIs se desintegran por las condi- cación de la muerte celular programada (apoptosis) ciones alcalinas (pH 9-11) y por la acción de las protea-

La familia Baculoviridae agrupa a virus ADN de doble cadena (Nucleopoliedrovirus y Granulovirus) cuyos viriones tienen forma de bastón y están incluidos dentro de cuerpos de inclusión (Caballero et al. 2001).

(Bideshi et al. 2010; Caballero y Williams 2008). El ci- sas, liberando las partículas infectivas o viriones. Estos clo de infección por ascovirus empieza por el ingreso atraviesan la membrana peritrófica del intestino medio tras la picadura de la avispa y diseminación de las del insecto e infectan las células epiteliales replicándo- partículas virales en el insecto infectado. Continua se en el núcleo, terminando en la formación de nuevas con la transmisión a nuevos hospederos a través de nucleocápsides que dan lugar a viriones brotados en- hembras de avispas parasitoides que se contaminan cargados de la infección secundaria y a viriones oclui- de partículas virales al introducir su ovipositor en las dos encargados de diseminarse nuevamente en el larvas infectadas, transmitiéndolas horizontalmente ambiente (Caballero y Williams 2008). Los baculovirus a nuevos hospederos, con una eficiencia estimada infectan insectos de los órdenes lepidóptera, díptera e del 80% (Bideshi et al. 2010). himenóptera (ICTV 2009; Moscardi et al. 2011).

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Entomopoxvirus. (Friesen y Nissen 1990; Kim et al. 2004). Estos re- trovirus tienen la capacidad de retrotrascribirse de Los entomopoxvirus son una subfamilia de vi- ARN a ADN a través de una transcriptasa reversa rus de insectos de ADN de doble cadena, que se y de esta forma se insertan en el genoma de las clasifica dentro de la familia Poxviridae, los cuales células hospederas (Pearson y Rorhmann 2006). La se caracterizan por formar CIs de tipo esferoide, mayoría de investigaciones sobre errantivirus, se cuyos viriones se replican en el citoplasma de las han enfocado en el elemento gypsy encontrado células infectadas. Durante el ciclo de infección, en Drosophila melanogaster (Meigen 1830) (Dip- los CIs se disuelven en el intestino medio por el tera: Drosophilidae); pues el estudio de la infec- pH alcalino y por la acción de proteasas, liberando tividad de estos virus ha sido muy limitado por su las partículas infectivas que ingresan a las células difícil manipulación empleando técnicas comunes intestinales por fusión con la membrana y se re- en virología (Pearson y Rorhmann 2006). plican en el citoplasma de las mismas. Al final del proceso infeccioso se producen nuevas partículas . virales que infectan otros tejidos susceptibles de las larvas y se convierten en la fuente de nuevas Los virus de la familia Polydnaviridae sólo han infecciones (Perera et al. 2010). Estos virus pueden sido aislados de especies de parasitoides bracó- infectar insectos de los órdenes coleóptera, lepi- nidos (Bracovirus) e ichneumónidos (Ichnovirus) dóptera, ortóptera, díptera e himenóptera. Espe- (ICTV, 2009) y se caracterizan por ser virus simbióti- cíficamente, las larvas de lepidópteros infectadas cos ADN de doble cadena, de genoma segmenta- se hinchan y adquieren una apariencia blancuzca. do (Federici y Bigot 2003; Soldevila y Webb 1996; Su muerte puede ocurrir a los 12 días o retrasarse Strand 2010). Este virus se escinde del genoma del hasta más de 70 días de haberse iniciado la infec- himenóptero y sólo se replica en el tracto repro- ción (Caballero y Williams 2008). ductivo de las hembras, sin efectos patogénicos para éstas. Cuando la hembra del parasitoide ovi- Errantivirus. posita en un insecto hospedero, el virus es transfe- rido junto con los huevos para suprimir el sistema La familia Metaviridae está compuesta por va- inmune (melanización y encapsulación) y para ge- rios géneros entre los que se encuentran los erran- nerar alteraciones en el crecimiento y desarrollo tivirus. Estos virus se caracterizan por ser virus ARN de éste (Soldevila y Webb 1996; Strand 2010). de cadena sencilla con partículas virales de tipo esférico, que ocasionan infecciones sistémicas en Reovirus. los insectos de los órdenes lepidóptera, díptera y coleóptera a través de los hemocitos (Pearson La familia Reoviridae está compuesta por virus y Rohrmann 2006). Estos virus son considerados ARN de doble cadena, que se caracterizan por retroelementos, que son elementos móviles que tener viriones con forma icosahédrica incluidos se incorporan a las células a través de un ARN dentro de cuerpos de inclusión poliedrales (Ren- intermediario, considerándose su transposición ault et al. 2005), cuya morfogénesis ocurre en el como una infección, ya que no ocurre en una única citoplasma y no en el núcleo de las células infec- célula, sino que se extiende a las células vecinas tadas (Caballero y Williams 2008; Mori y Metcalf

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2010). Los reovirus de insectos se clasifican dentro actual, puede incluir la infección de una misma cé- de los géneros Cypovirus e Idnoreovirus, siendo lula por dos o más especies virales, o dos virus que los primeros los más estudiados y de mayor inte- pueden infectar diferentes tipos de células dentro rés (Caballero y Williams 2008; ICTV 2009; Mori y de un organismo y producir una interacción viral me- Metcalf 2010). Estos virus se transmiten horizontal- dible (Kasman 2010). Las diferencias medibles inclu- mente por ingestión de partículas contaminadas yen cambios en los tejidos permisivos o tropismo, del suelo y de las plantas, y verticalmente a través en la replicación viral, en los patrones de producción de los huevos. Las partículas virales ingresan por de la progenie y la liberación de partículas virales, la vía oral e infectan células epiteliales del intestino latencia y la patología incluyendo respuesta inmune medio de los insectos, produciendo nuevos virio- (Waner 1994). Estas interacciones tienen como resul- nes y cuerpos de inclusión (Renault et al. 2005), tado el incremento de las tasas de replicación y de los cuales son muy infecciosos pero actúan muy la patología de los virus en comparación a una infec- lentamente y por medio de infecciones crónicas ción separada (Kasman 2010). (Caballero y Williams 2008). Las interacciones entre virus entomopatógenos como los baculovirus, en la mayoría de los casos se INTERACCIONES ENTRE VIRUS han conocido por el estudio de la comunicación cé- ENTOMOPATÓGENOS. lula a célula y de las secreciones celulares involucra- das en este proceso (Cheng y Lynn 2009). Las inte- Una interacción viral se define como una diferen- racciones entre virus entomopatógenos se pueden cia medible en el curso de una infección de un vi- clasificar en interacciones directas, indirectas y aque- rus como resultado de una previa o actual infección llas que afectan el sistema inmune (Tabla 2). por una especie o cepa viral diferente. Una infección

Una interacción viral se define como una diferencia medible en el curso de una infección de un virus como resultado de una previa o actual infección por una especie o cepa viral diferente.

ISSN 1900-4699 • Volumen 7 • Número 2 • Páginas 220-239 • 2011 226 UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA Dia- XcnGV) ThorMNPV Coinfección TnED y AcMNPV SfMNPV; CfMNPV SfMNPV; BmNPV y AcMNPV LdMNPV y AcMNPV CcPV y AcMNPV DpRV y DpAV AcMNPV y SeMNPV; AcMNPV y AcMNPV y SeMNPV; y BV (SeMNPV, LdMNPV y Gypsy y BV (SeMNPV, MbNPV y XcnGV; SlMNPV y SlGV MbNPV y XcnGV; SeMNPV y TnGV; AgNPV y TnGV; AgNPV y TnGV; SeMNPV y TnGV; PsunMNPV y PsEV; PsunGV y PsEV PsunMNPV y PsEV; LdMNPV y HaGV; LdMNPV y SfGV; LdMNPV y SfGV; LdMNPV y HaGV; McbPV y SlMNPV; CfMNPV y AcMNPV McbPV y SlMNPV; PsunMNPV y PsunGV; AcMNPV y TnGV; AcMNPV y TnGV; PsunMNPV y PsunGV;

per os enhancin factor - 1) env (envoltura) p143 (helicasa) apoptosis) Péptido EF (enhancina) hrf -1 (host range Factores Factores CrV1, RdRp y Gen infectivity factor) terminal repeats) Genes pif ( Genes p49, p35 e (enhancing factor) involucrados iap (inhibidores de iap (inhibidores gen Recombinación del Gen Expresión de genes Expresión retrovirales LTR (long LTR retrovirales proteínas motivos cis proteínas Gen Proteínas IEP, VHv1.1, IEP, Proteínas Factor trasn-activador ; Dp: melanogaster Gypsy element: Drosophila Choristoneura fumiferana ; Proceso ; Cf: Cotesia congregata Cc: mori ; Bombyx normal de replicación. inhibición de la apoptosis. virus en células no permisivas. Supresión del sistema inmune por Supresión de replicación en células no permisivas. de replicación células columnares del intestino medio. células columnares a partir de la coinfección con virus ADN. mortalidad y aumento de la patogenicidad. de la coinfección con genotipos completos. Supresión del sistema inmune por inhibición Supresión Integración de un al genoma de un Integración de un retrovirus que permiten la replicación y la infección del que permiten la replicación Acción de genes o proteínas transactivadoras Acción de genes o proteínas Potenciación de genotipos defectivos a través adhesión y de la morfología los hemocitos. Inducción de cambios citopáticos en las células virus ADN no relacionado, alterando el proceso virus ADN no relacionado, Adquisición de nuevos genes para los retrovirus peritrófica, que permite un ingreso rápido de las peritrófica, que permite un ingreso de la melanización y encapsulación. Alteración infectadas que ocasionan transformaciones celulares y infectadas que ocasionan transformaciones celulares resulta en una progenie viral con una mayor capacidad en una progenie resulta Alteración de la integridad estructural membrana Recombinación del material genético de dos virus, que de las partículas virales con las microvellosidades de las de las partículas virales con microvellosidades disminuyen el tiempo de infección. Aumento en la fusión partículas virales a las células. Disminución del tiempo de viruses” viruses” genómica citopáticos Factores de Factores Virus ayuda- “Embedded Inhibición del dependientes Cambios en la barreras físicas barreras del hospedero del hospedero susceptibilidad Recombinación interacción sistema inmune Subtipo de

Virus incrustados inducen cambios por alteración de potenciación que

“Helper dependent

sistema inmune sistema

Interacciones directas Interacciones Indirectas Interacciones Alteración del Alteración ción Tipo de - interac AV: Ascovirus; BV: Baculovirus; ED: Retrovirus; EV: Entomopoxvirus; GV: Granulovirus; MNPV: Nucleopoliedrovirus múltiple; NPV: Nucleopoliedrovirus; PV: Polydnavirus; RV: Reovirus. Polydnavirus; RV: PV: Nucleopoliedrovirus; múltiple; NPV: Nucleopoliedrovirus Granulovirus; MNPV: GV: Entomopoxvirus; EV: ED: Retrovirus; Baculovirus; Ascovirus; BV: AV: californicaAutographa Ac: Ag: Anticarsia gemmatalis ; Bm: ; Microplitis bicoloratus ; Ps: Pseudaletia separata Psun: unipunct a; Se: dispar ; Mb: Mamestra brassicae Mcb: Microplitis pulchellus ; Ha: Helicoverpa armigera Ld: Lymantria dromus ni ; Thor: Thysanoplusia orichalcea Xcn: Xestia c-nigrum . ; Sl: Spodoptera litura Tn: Trichoplusia Spodoptera exigua ; Sf: frugiperda

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Interacciones directas. Ld652Y, que el genoma se replica y que los genes tempranos y tardíos son transcritos y exportados Hablando de las interacciones virales, una in- al citoplasma celular, indicando que el punto de teracción directa se define como un suceso en el restricción se encuentra a nivel de la traducción cuál el ácido nucleico o las proteínas de un virus, (Cheng y Lynn 2009; Guzo et al. 1992). Sin embar- interactúan físicamente con los genes o el produc- go, cuando en esta línea celular se realiza una coin- to de los genes de un virus coinfectivo (Da Palma et fección entre LdMNPV y AcMNPV, a las ocho horas al. 2010). Esta definición comprende tres diferentes postinfección se observa una disminución en la subtipos de interacción: virus ayuda-dependientes producción de partículas virales de LdMNPV y una “Helper-dependent viruses”, recombinación ge- alta producción de partículas virales de AcMNPV nómica y virus incrustados “Emmbedded viruses”. (McClintock y Dougherty 1987). Las interacciones directas requieren que la coin- Thiem y colaboradores (1996) identificaron que fección se lleve a cabo en una misma célula, pero el factor de LdMNPV que potencia la traducción no necesariamente que la infección se desarrolle al de los genes de AcMNPV en las células no permi- mismo tiempo (Da Palma et al. 2010). sivas Ld652Y corresponde a un polipéptido ácido de 25,7 kDa, denominado como factor 1 de rango 1. Virus ayuda-dependientes “Helper de hospedero (HRF-1: host range factor 1), el cual dependent viruses” aumenta la síntesis de proteínas posiblemente por la activación de factores de transcripción y traduc- Los virus ayuda-dependientes son cualquier tipo ción y por la elución de los mecanismos de defensa de virus, cuya replicación o proceso de infección del hospedero. es defectivo por sí solo y requiere del producto de Otras interacciones de virus ayuda-dependien- los genes de otros virus para producir una progenie tes se evidencian en la coinfección de AcMNPV y infecciosa. Este tipo de interacciones se presentan el MNPV de Spodoptera exigua (Hübner 1808) (Le- cuando el virus dependiente no cuenta con toda la pidoptera: Noctuidae) (SeMNPV) en las líneas ce- maquinaria de replicación o de empaquetamiento lulares Sf21 de Spodoptera frugiperda (J.E Smith de su material genético (Da Palma et al. 2010). 1797) (Lepidoptera: Noctuidae) y High 5 de Tricho- Un ejemplo de este proceso se presenta en plusia ni (Hübner 1800-1803) (Lepidoptera: Noctui- la interacción entre el MNPV de Lymantria dispar dae) (Cheng y Lynn 2009; Yanase et al. 1998) y en (Linnaeus 1758) (Lepidoptera: Lymantriidae) (Ld- la coinfección entre AcMNPV y el MNPV de Thysa- MNPV) y el MNPV de Autographa californica (Lin- noplusia orichalcea (Fabricius 1775) (Lepidoptera: naeus 1758) (Lepidoptera: Noctuidae) (AcMNPV) Noctuidae) (ThorMNPV) en la línea celular Sf21 en la línea celular Ld652Y de L. dispar (McClintock (Wang et al. 2008a). En estos casos, un virus poten- y Dougherty 1987). Cuando hay una infección sepa- cia significativamente la replicación del ADN del rada de AcMNPV en células Ld652Y se observa que otro virus a través de factores de trasn-activación aunque el virus es capaz de ingresar a las células, aún no identificados (Cheng y Lynn 2009; Yanase et el nivel de proteínas que produce después de 20 al. 1998; Wang et al. 2008a). horas de infección es muy bajo (Guzo et al. 1992); Otro tipo de interacción de virus ayuda depen- Específicamente, para este virus se ha evi- dientes, es la que se presenta en la coinfección denciado en líneas celulares no permisivas como entre genotipos defectivos y genotipos completos

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de algunos nucleopoliedrovirus. En los MNPVs de de transcripción de sus genes tardíos que codifi- Choristoneura fumiferana (Lederer 1859) (Lepidop- can para proteínas estructurales (Rahman y Gopi- tera: Tortricidae) (CfMNPV) y de S. frugiperda, se ha nathan 2003). encontrado la presencia de múltiples genotipos en La coinfección entre el BmNPV y el AcMNPV en larvas aisladas en campo, entre los que se encuen- la línea celular de B. mori resulta en la producción tran genotipos completos y genotipos defectivos, de virus recombinantes que tienen la capacidad de que no son infectivos por vía oral al carecer de los crecer en esta línea celular no permisiva (Kondo y genes pif (gen de infectividad per os). La coinfec- Maeda 1991; Rahman y Gopinathan 2003). Clones ción entre estos genotipos potencia la infección puros obtenidos después de la coinfección, fueron viral y permite que los genotipos defectivos atra- analizados a través de mapeo de restricción ob- viesen el intestino medio y entren al hemocele de servándose una alta variabilidad de patrones di- la larva para replicarse en otros tejidos (Lauzon et ferentes a los virus parentales, lo que evidencia la al. 2005; López-Ferber et al. 2003). recombinación genética entre estas dos cepas vira- les (Kondo y Maeda 1991), aún en genes altamente 2. Recombinación genómica conservados como el de la poliedrina (Mori et al. 1992). Croizier et al. (1994) y Maeda et al. (1993) La recombinación es generalmente considera- determinaron que esta interacción entre el BmNPV da como un mecanismo genético que contribuye y el AcMNPV, le permitía al AcMNPV replicarse en a la heterogeneidad del genoma y a su plastici- células no permisivas, por la recombinación de una dad, considerándose como una de las principales pequeña región del gen de la ADN helicasa p143, fuerzas evolutivas de la filogenia viral (Jehle et al. favoreciendo el proceso de replicación. 2003). La coinfección entre dos o más cepas de la En otro estudio, durante la coinfección entre dos misma especie viral en la misma célula hospedera, genotipos del GV de Cryptophlebia leucotreta (Me- puede resultar en una progenie viral resultado de yric 1913) (Lepidoptera: Tortricidae) (CrleGV) en lar- una recombinación genética entre los virus paren- vas de este hospedero, se evaluó la recombinación tales (Da Palma et al. 2010). genética de los aislamientos mediante un análisis Un ejemplo de este tipo de interacción es la con enzimas de restricción. Se observaron 33 pro- que se presenta entre algunos NPVs que se pue- genies virales con el mismo patrón de restricción de den replicar muy bien dentro de una línea celular los parentales y un solo recombinante que mostró un específica, pero en algunas otras se replican po- patrón de restricción diferente, evidenciándose una bremente (Caballero et al. 2001; Cheng y Lynn, baja tasa de recombinación intra-especifica (3%) de 2009; Wang et al. 2008b). Entre el NPV de Bombyx estos aislamientos. En este trabajo también se eva- mori (Linnaeus 1758) (Lepidoptera: Bombycidae) luó la tasa de recombinación inter-especifica de este (BmNPV) y el AcMNPV, se ha evidenciado cerca de virus en la coinfección del CrleGV con el granulovirus 90% de homología entre su ADN genómico; sin de Cydia pomonella (Linnaeus 1758) (Lepidoptera: embargo, el AcMNPV se replica muy bien en líneas Tortricidae) (CpGV). Mediante PCR se detectaron celulares de T. ni y S. frugiperda en las cuales el fragmentos quiméricos del gen de la granulina, a BmNPV no es capaz de replicarse y aunque es ca- pesar de no observar patrones diferentes mediante paz de replicarse en la línea celular de B. mori, no los análisis de restricción, indicando la recombina- es capaz de producir viriones brotados por la falta ción entre estos dos aislamientos (Jehle et al. 2003).

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3. Virus incrustados “Embedded viruses” Interacciones indirectas.

Mientras que la recombinación genómica invo- Las interacciones virales indirectas resultan de lucra la transferencia de ácido nucleico entre dos la alteración del sistema de defensa del hospede- virus con una significativa homología de las se- ro, debido a la coinfección preexistente o simul- cuencias y una similar si no idéntica organización tánea de dos cepas virales, con un aumento de su genómica, los virus incrustados son retrovirus que virulencia y patogenicidad (Da Palma et al. 2010). se han integrado en el genoma de un virus ADN Para el caso de las interacciones indirectas entre vi- grande no relacionado. Probablemente, la integra- rus entomopatógenos se han reportado dos tipos, ción es al azar, pero sólo aquellas integraciones la primera debida a cambios en la susceptibilidad que son capaces de dejar el ADN retroviral en el del hospedero debido a la alteración de las barre- virus hospedero son capaces de propagar la infec- ras físicas del sistema inmune y la segunda relacio- ción (Da Palma et al. 2010). nada con factores de potenciación que inducen Este tipo de interacción se ha evidenciado en cambios citopáticos. baculovirus, con un errantivirus de D. melanogas- ter, específicamente con el elemento gypsy, en 1. Cambios en la susceptibilidad del donde el errantivirus ha adquirido gran parte de hospedero por alteración de las barreras físicas sus genes por recombinación con baculovirus. Este es el caso del gen env (Malik et al. 2000; Pearson y La replicación viral y la producción de progenie Rohrmann 2002 y 2006), para el que se ha eviden- son eventos que a menudo se caracterizan por los ciado un alto nivel de homología entre errantivirus efectos citopáticos en las células hospederas. Los y los NPVs de S. exigua, L. dispar y el GV de Xestia daños en los tejidos que pueden comprometer las c-nigrum (Linnaeus 1758) (Lepidoptera: Noctuidae) barreras físicas del hospedero, permiten que las (XcnGV) (Malik et al. 2000). partículas virales tengan acceso a los tejidos que Otro ejemplo de este tipo de interacción es la normalmente están protegidos en el hospedero que ocurre entre un retrovirus de T. ni (TED) incrus- (Da Palma et al. 2010). tado dentro del genoma del AcMNPV. En este tra- En muchos baculovirus, la mayoría de ellos bajo se observó que el TED es capaz de integrar- GVs, se ha encontrado un gen que codifica para se al genoma de AcMNPV durante la replicación una proteína llamada enhancina, la cual actúa digi- viral y de esta manera adquirir una alternativa de riendo las proteínas de la membrana peritrófica de transmisión y de entrada a la vía de infección del los insectos infectados. La enhacina, altera la inte- hospedero, activando también la expresión de los gridad estructural de esta membrana (Fig. 1) y per- genes retrovirales y alterando la transcripción de mite un ingreso rápido de las partículas virales a los genes de AcMNPV. Asimismo, la integración de las células, disminuyendo el tiempo de mortalidad TED al genoma del NPV activa la expresión de un y aumentando la patogenicidad viral (Granados et promotor tardío del NPV que dirige la síntesis de al. 2001; Harrison y Bonning 2001). Esta proteína nuevo y abundante ARN a partir del LTR (long ter- de 104 kDa fue clasificada dentro de la familia de minal repeats) del retrovirus, activando su expre- las metaloproteasas y corresponde al 5% de las sión (Friesen y Nissen 1990). proteínas presentes en el cuerpo de inclusión de los BV (Lepore et al. 1996). La primera evidencia de

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potenciación de un NPV por efecto de la enhanci- interacción potencia la actividad insecticida del NPV na de un GV, fue encontrada por Tanada (1959ab) en 16 veces y disminuye el tiempo medio de mortali-

en larvas de Pseudaletia unipuncta (Haworth 1809) dad (TL50) en 55 horas (Corsaro et al. 1993). (Lepidoptera: Noctuidae) (PsunGV). Desde enton- Para el caso del MNPV de L. dispar (LdMNPV) se ces y hasta la actualidad se han desarrollado di- ha encontrado en larvas de su hospedero nativo, versos trabajos que confirman estas interacciones. que en coinfección con GV de Helicoverpa armige- ra (Hübner 1805) (Lepidoptera: Noctuidae) (HaGV)

disminuye su concentración letal media (CL50) has-

ta en 300 veces y su TL50 en un 18%. También se observa que la coinfección entre el LdMNPV y el

GV de S. frugiperda (SfGV), disminuye la CL50 del NPV hasta en 13 veces; (Hoover et al. 2010; Shapiro 2000). En cuanto al NPV de Mamestra brassicae (Lin- naeus 1758) (Lepidoptera: Noctuidae) (MbNPV), la interacción con el GV de X. c-nigrum en larvas de M. brassicae incrementa la actividad insecticida del

NPV en 10 veces y disminuye su TL50 en 2 horas y en larvas de H. armigera potencia 24 veces su pato- genicidad (Mukawa y Goto 2007 y 2010). En larvas de Spodoptera litura (Fabricius 1775) (Lepidoptera: Noctuidae) también se ha evidenciado el efecto potenciador del GV de este insecto (SlGV), que al ser coinfectado con el MNPV de S. litura (SlMNPV), 6 5 disminuye su CL50 de 2,17x10 a 3,35x10 CI/mL (Guo et al. 2007). Figura 1. a) Estructura normal de la membrana peritrófica, b) alte- ración de la estructura de la membrana peritrófica por acción de pro- teasas. MGE: Células epiteliales del intestino medio, PM: Membrana 2. Factores de potenciación que inducen peritrófica (Hoover et al. 2010). cambios citopáticos

Hayakawa et al. (2000) encontraron que en lar- Los efectos citopáticos que inducen las infec- vas de S. exigua, la coinfección entre el GV de T. ni ciones virales en las células incluyen tanto cambios (TnGV) y el MNPV de A. californica (AcMNPV) po- bioquímicos, como moleculares, morfológicos y tencia la actividad insecticida del NPV hasta en 21 de viabilidad celular, que son visibles a través de veces. En el mismo trabajo se evaluó la potenciación técnicas de microscopía y que se presentan duran- de este granulovirus (SeGV) sobre el NPV de S. exi- te todo el ciclo viral. Estos efectos se manifiestan gua, encontrando un aumento de 10 veces en la pa- como cambios morfológicos en las células infecta- togenicidad del NPV. En otro estudio se evaluó la das como pérdida de adherencia al sustrato, inhi- actividad del GV de T. ni sobre el NPV de Anticarsia bición por contacto, agregación celular, formación gemmatalis (Hübner 1818) (Lepidoptera: Noctuidae) de sincitios, cuerpos de inclusión citosólicos, entre (AgNPV) en larvas de T. ni, encontrando que esta otros (Murray 2006).

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Durante la coinfección entre MNPV de P. uni- entre otros (Rolff y Reynolds 2009). Sin embargo, puncta (PsunMNPV) y un entomopoxvirus de Pseu- estos sistemas de defensa se pueden evadir de va- daletia separata (Walker 1865) (Lepidoptera: Noc- rias formas, permitiendo el desarrollo exitoso de la tuidae) (PsEV), se observó que existe un factor infección viral (Sparks et al. 2008). de potenciación (EF) viral del PsEV que aumenta la infectividad y la patogenicidad del PsunMNPV 1. Inhibición del sistema inmune. (Hukuhara et al. 1999; Hukuhara et al. 2001; Hukuha- ra y Wijonarko 2001). El EF se caracterizó como una Los polydnavirus han sido los virus entomopa- glicoproteína de 38 kDa con alto nivel de homo- tógenos más estudiados en cuanto a la supresión logía (49% de identidad de aminoácidos) con los del sistema inmune de sus insectos hospederos (Hi- genes fusolin de otros entomopoxvirus (Mitsuhas- menópteros). Como parte de su ciclo de vida, los hi et al. 1998). A través de técnicas de microscopía polydnavirus ocasionan alteraciones fisiológicas en confocal en cultivo celular, se comprobó que este las larvas infectadas que favorecen el desarrollo del factor aumenta la fusión entre las partículas virales parasitoide al cual se encuentran asociados. Estos y las células, permitiendo que el NPV que ingre- cambios incluyen alteración en el crecimiento y en sa a las células epiteliales del intestino medio por el desarrollo, en la inmunidad, en la composición fusión con las microvellosidades de la membrana, de las proteínas de la hemolinfa y en el comporta- potencie su infección (Hukuhara y Wijonarko 2001). miento del insecto (Soldevila y Webb 1996). Esta interacción también se ha observado entre el Por ejemplo, la coinfección entre un polydna- granulovirus de P. unipuncta (PsunGV) y el PsEV, en virus de Cotesia congregata (: Braco- donde se presentó un aumento en la patogenici- nidae) (CcPV) y el nucleopoliedrovirus AcMNPV en dad tanto por el factor de potenciación del PsEV, larvas de Manduca sexta (Linnaeus 1763) (Lepidop- como por la enhancina presente en el GV (Hukuha- tera: Sphingidae), incrementó la susceptibilidad de ra et al. 2003). éstas a la infección por NPV. M. sexta es un hospe- dero poco permisivo para la replicación de AcM- Alteración del sistema inmune. NPV, ya que en condiciones normales se observa una falla en la dispersión de la infección por encap- La respuesta inmune en los insectos está dada sulación de los hemocitos infectados, como parte únicamente por el sistema inmune innato que los de la respuesta inmune del hospedero. Durante la protege de manera inespecífica de las infecciones interacción entre el polydnavirus y el baculovirus ocasionadas por hongos, bacterias, nematodos, se observó una mayor susceptibilidad del insecto virus, entre otros. Esta respuesta está conforma- a la infección del baculovirus, traducida como un da por varios mecanismos que incluyen en primer menor tiempo de mortalidad. Esto es posiblemente lugar las barreras físicas como el tegumento y la debido a que el polydnavirus suprime la respuesta membrana peritrófica, la inmunidad celular que inmune del hospedero evitando la encapsulación incluye los mecanismos de reconocimiento de las de las células infectadas (Washburn et al. 2000). células infectadas, la encapsulación de las mismas y Esta supresión también se ha reportado en el reo- la apoptosis, y la inmunidad humoral que incluye la virus (DpRV-1) del himenóptero Diadromus pulche- síntesis de sustancias anti-virales, como la fenoloxi- llus (Hymenoptera: Ichneumonidae) el cual altera dasa, la hemolina, las léctinas y los ercosanoides la respuesta inmune de las pupas lepidópteras

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hospederas, favoreciendo la reproducción de la productos, además de la producción masiva y las progenie del parasitoide cuando hay una coinfec- condiciones ambientales a las que se expondrán ción con el ascovirus del mismo (DpAV-4) (Renault los bioplaguicidas, son la selección de aislamien- et al. 2005). tos virales con alta actividad insecticida o de meca- También se ha observado la capacidad de algu- nismos de potenciación de dicha actividad, que les nos virus de alterar los procesos de apoptosis, como confieran además de una ventaja ambiental, una se observó en la coinfección entre MNPV de S. litura ventaja frente a los plaguicidas de síntesis química (SlMNPV) y un polydnavirus (MbcPV) asociado a la (Caballero et al. 2001; Lacey et al. 2001, Moscardi et avispa parasitoide Microplitis bicoloratus (Chen) (Hy- al. 2011). A partir del conocimiento de las interac- menoptera: Braconidae), en donde el MNPV inhibe ciones entre virus entomopatógenos, se pueden la apoptosis, posiblemente por la presencia de la elucidar algunas bases moleculares y ecológicas, proteína P49 que actúa bloqueando la acción de la en donde las infecciones in vitro de estos virus pue- caspasa efectora 3 (Luo y Pang 2006). den ser evaluadas como un fenómeno ecológico Además se ha evidenciado que el AcMNPV pro- con posible potencial para el desarrollo de insecti- duce algunas proteínas Iap (inhibidores de apop- cidas virales para programas de manejo integrado tosis) (Rohrmann 2011) capaces de bloquear la de plagas en agricultura (Cheng y Lynn, 2009; La- apoptosis en líneas celulares permisivas (Schultz y cey et al. 2001). Friesen 2009; Zoog et al. 2002). Sin embargo, cuan- El primer uso de las interacciones virus-virus se do este virus infecta líneas celulares no permisivas podría enfocar en la ampliación del rango de hos- como la línea celular CF-203 de C. fumiferana, se pederos de ciertos aislamientos virales, ya sea por evidencian algunos cambios morfológicos en la el uso de virus-ayuda dependientes que potencien célula característicos de un proceso de apoptosis. la acción a través de sus genes o proteínas Trasn- Se ha comprobado que la coinfección entre MNPV activadoras (Cheng y Lynn 2009; López-Ferber et al. de C. fumiferana (CfMNPV) y el AcMNPV en la línea 2003; Thiem et al. 1996; Wang et al. 2008a; Yanase et celular CF-203 reduce los niveles de muerte celular al. 1998), o por la coinfección con un aislamiento viral hasta en un 99% permitiendo la replicación viral del capaz de suprimir la respuesta inmune del insecto AcMNPV; evidenciándose la síntesis de la proteína hospedero, que permita la infección exitosa de cé- p35 y de otras proteínas Iap (Palli et al. 1996), in- lulas no permisivas y la producción de progenie viral hibidoras de la apoptosis (Schultz y Friesen 2009; infectiva (Schultz y Friesen 2009; Soldevilla y Webb Zoog et al. 2002). 1996; Washburn et al. 2000; Zoog et al. 2002). Por otro lado se podría pensar en potenciar APLICACIONES PRÁCTICAS la actividad insecticida de los aislamientos vira- les tanto por mecanismos que permitan suprimir Actualmente existen más de 50 productos co- la respuesta inmune del insecto (Rohrmann 2011; merciales para el control biológico de plagas de Schultz y Friesen 2009; Zoog et al. 2002), como por importancia agrícola, desarrollados con virus ento- mecanismos que permitan acelerar la entrada de mopatógenos como ingrediente activo (Copping los virus a las células blanco y una rápida disemina- 2001; Van Driesche et al. 2007; Caballero y Williams ción de la infección (Lacey et al. 2001). Estas inte- 2008, Moscardi et al. 2011). Algunas limitaciones racciones se han reportado para dos grupos de vi- que se presentan en el desarrollo de este tipo de rus entomopatógenos importantes, los baculovirus

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que a través de su proteína enhancina potencian modificaciones estructurales, deleción e inserción la entrada de las partículas infectivas a las células de genes e inserción de hormonas y toxinas. Sin blanco (Granados et al. 2001; Harrison y Bonning embargo, se han reportado algunos riesgos en el 2001; Tanada, 1959ab) y los entomopoxvirus que a uso de baculovirus recombinantes, como el uso de través de su proteína fusolina aumentan la fusión proteínas tóxicas para otros organismos no blanco de las partículas virales a las células disminuyendo y la dispersión del virus o del gen incluido en él el tiempo de entrada y de diseminación de la in- fuera del contexto ecológico para el cuál se ha de- fección (Hukuhara et al. 1999; Hukuhara et al. 2001; sarrollado (Caballero et al. 2001). Hukuhara y Wijonarko 2001; Mitsuhashi et al. 1998). Estos mecanismos de potenciación han sido CONCLUSIONES claves en el desarrollo de formulaciones exitosas de agentes microbiales para el control de insectos Las interacciones virales documentadas han plaga, convirtiéndose entonces en posibles meto- mostrado tener un efecto significativo en la seve- dologías de potenciación biológica de dichos pro- ridad de las enfermedades virales, en el rango de ductos (Lacey et al. 2001). Una aplicación práctica hospederos, en la transmisión y en la inmunopato- de este tipo de nteracción, fue desarrollada por logía de los virus entomopatógenos. Sin embargo, Hukuhara y colaboradores (1999), quienes intro- es necesario realizar más estudios de las interac- dujeron el gen potenciador de PsEV en plantas de ciones virales, para conocer la acción específica de arroz y por Hayakawa y colaboradores (2004) quie- genes y proteínas involucrados sobre receptores o nes introdujeron el gen de la enhancina en plantas vías de señalización en el hospedero; debido a que de tabaco, evidenciando un alto nivel de proteína se evidencia una posible aplicación de las interac- en las plantas transformadas y un aumento en la ciones virus-virus, para el desarrollo de herramien- susceptibilidad de las larvas de P. separata y S. exi- tas de control biológico, que permitan aumentar gua infectadas con un NPV. tanto el rango de acción, como la capacidad in- Además de la mezcla natural de dos virus, se secticida de los virus utilizados. No obstante, el podría pensar en métodos de recombinación gené- estudio de estas interacciones virales debe ser tan tica que permitan mejorar el estrecho espectro de específico que permita asegurar que no se pone hospederos y la actividad biológica viral (Rahman y en riesgo poblaciones de organismos no blancos, Gopinathan 2003). En esta aplicación, los baculovi- como insectos benéficos (predadores, parasitoides rus son la familia de virus entomopatógenos más y polinizadores); además de garantizar que son se- utilizada para la producción de virus recombinan- guros ambientalmente y para el hombre. tes por medio de la modificación del genoma a tra- vés de ingeniería genética. Estas transformaciones se han realizado desde 1983 y han tenido múltiples aplicaciones tanto en procesos industriales, como en el desarrollo de agentes de control biológico (Caballero et al. 2001; Lapied et al. 2009; Rahman y Gopinathan 2003). Estas modificaciones involucran cambios del espectro de hospederos y de la efica- cia biológica, que incluyen la disminución de dosis,

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Sigla Virus Familia viral Insecto hospedero Clasificación hospedero Nucleopoliedrovirus AcMNPV múltiple Baculoviridae Autographa californica Lepidoptera: Noctuidae AgNPV Nucleopoliedrovirus Baculoviridae Anticarsia gemmatalis Lepidoptera: Noctuidae BmNPV Nucleopoliedrovirus Baculoviridae Bombyx mori Lepidoptera: Bombycidae Polydnaviridae CcPV Polydnavirus (Bracovirus) Cotesia congregata Hymenoptera: Braconidae Nucleopoliedrovirus CfMNPV múltiple Baculoviridae Choristoneura fumiferana Lepidoptera: Tortricidae CpGV Granulovirus Baculoviridae Cydia pomonella Lepidoptera: Tortricidae CrleGV Granulovirus Baculoviridae Cryptophlebia leucotreta Lepidoptera: Tortricidae Hymenoptera: DpAV-4 Ascovirus Ascoviridae Diadromus pulchellus Ichneumonidae Hymenoptera: DpRV-1 Reovirus Reoviridae Diadromus pulchellus Ichneumonidae Metaviridae (Género: Gypsy Retrovirus Errantivirus) Drosophila melanogaster Diptera: Drosophilidae HaGV Granulovirus Baculoviridae Helicoverpa armigera Lepidoptera: Noctuidae Nucleopoliedrovirus LdMNPV múltiple Baculoviridae Lymantria dispar Lepidoptera: Lymantriidae MbNPV Nucleopoliedrovirus Baculoviridae Mamestra brassicae Lepidoptera: Noctuidae Polydnaviridae McbPV Polydnavirus (Bracovirus) Microplitis bicoloratus Hymenoptera: Braconidae Poxviridae (Subfamilia: PsEV Entomopoxvirus Entomopoxvirus) Pseudaletia separata Lepidoptera: Noctuidae PsunGV Granulovirus Baculoviridae Pseudaletia unipuncta Lepidoptera: Noctuidae Nucleopoliedrovirus PsunMNPV múltiple Baculoviridae Pseudaletia unipuncta Lepidoptera: Noctuidae SeGV Granulovirus Baculoviridae Spodoptera exigua Lepidoptera: Noctuidae Nucleopoliedrovirus SeMNPV múltiple Baculoviridae Spodoptera exigua Lepidoptera: Noctuidae SfGV Granulovirus Baculoviridae Spodoptera frugiperda Lepidoptera: Noctuidae Nucleopoliedrovirus SfMNPV múltiple Baculoviridae Spodoptera frugiperda Lepidoptera: Noctuidae SlGV Granulovirus Baculoviridae Spodoptera litura Lepidoptera: Noctuidae Nucleopoliedrovirus SlMNPV múltiple Baculoviridae Spodoptera litura Lepidoptera: Noctuidae Metaviridae (Género: TED Retrovirus Errantivirus) Trichoplusia ni Lepidoptera: Noctuidae Nucleopoliedrovirus ThorMNPV múltiple Baculoviridae Thysanoplusia orichalcea Lepidoptera: Noctuidae TnGV Granulovirus Baculoviridae Trichoplusia ni Lepidoptera: Noctuidae TnNPV Nucleopoliedrovirus Baculoviridae Trichoplusia ni Lepidoptera: Noctuidae XcnGV Granulovirus Baculoviridae Xestia c-nigrum Lepidoptera: Noctuidae

Tabla 3. Descripción de siglas utilizadas en el texto.

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