Virus, las claves para entender su evolución

Virus

Seguro que durante esta pandemia habrás oído hablar muchas cosas sobre virus o de cómo van surgiendo nuevas variantes cada vez más contagiosas, pero lo que pocos nos explican es que los virus no son organismos inmutables, sino que cambian para poder vivir y transmitirse cada vez mejor mejor entre nosotros. ¿Quieres conocer cómo se produce este proceso? Te lo contamos a continuación.

Los virus y su reproducción

Un virus es una partícula de ADN o ARN envuelta en una vesícula compuesta de proteínas, que en ocasiones puede estar rodeada de una envoltura de lípidos. Los virus necesitan introducir su material genético en una célula huésped (ya sea animal o vegetal) para generar copias de sus propios componentes y reproducirse. Posteriormente, ensamblan todos estos componentes y salen de la célula. Esto les permite infectar a nuevas células y así propagarse rápidamente. Lo que los convierte en parásitos celulares obligados.

Los virus se clasifican en dos grupos: aquellos que poseen ADN (como el virus del herpes, el del papiloma humano, la varicela o la viruela) y los que poseen ARN (como el de la gripe, los coronavirus, los causantes del resfriado o el del VIH). En ambos casos pueden ser de cadena única o doble cadena y de forma lineal o circular. La cadena de algunos virus de ARN puede estar dividida en distintos segmentos, como ocurre en el virus de la gripe (ARN en 7 u 8 segmentos) o los reovirus (ARN en 10 a 12 segmentos).

La evolución en los virus

La evolución es un proceso de cambio de los organismos en el tiempo con el fin de adaptarse a circunstancias cambiantes. Todos los organismos de la tierra evolucionan y los virus no son una excepción. Su evolución comienza por la acumulación de variaciones en su material genético para que luego el entorno seleccione los individuos que mejor se adaptan a las circunstancias ambientales. En el caso de los virus, en particular en aquellos de ARN, esta variación genética ocurre mucho más rápidamente que en cualquier otro organismo de la tierra, dotándoles de una gran plasticidad evolutiva.

¿Cómo varía el material genético de un virus?

Como decíamos, el material genético almacena toda la información necesaria para producir sus distintos componentes y llevar a cabo todas sus funciones. Está información está contenida en largas cadenas formadas por la unión entre nucleótidos. Cada nucleótido se compone una pentosa (monosacárido de cinco carbonos), una base nitrogenada, que puede ser adenina (A), timina (T, solo en el ADN), guanina (G), citocina (C) o uracilo (U) (en lugar de timina, solo en el ARN).

Dado que este material contiene toda la información para producir las proteínas del virus, es de esperar que sus cambios produzcan proteínas cuyas funciones estén alteradas. Estas nuevas funciones pueden no tener ninguna influencia en las características del virus, ser perjudiciales o bien, resultar beneficiosas, como por ejemplo, nuevas adaptaciones al ambiente. Hay diferentes mecanismos por los cuáles el genoma de los virus sufre modificaciones:

Mutaciones

Las mutaciones son el principal mecanismo por el que se producen variaciones en el genoma de los virus. Éstas ocurren cuando se cometen errores en el material genético cuando el virus se replica una vez este ha entrado en una célula huésped, dando lugar a modificaciones al azar en la secuencia de nucleótidos copiada. Estas modificaciones pueden consistir en cambios puntuales en las bases nitrogenadas (por ejemplo, un cambio de una T en vez de A). También pueden ocurrir variaciones en la cantidad de material genético copiado, como son la eliminación (deleción) o adición (inserción) de nuevas bases nitrogenadas.

Mutación en el material genético
Cambios en el material genético que se producen en las mutaciones (Fuente: Mutación genética – Wikipedia, la enciclopedia libre)

Durante este proceso existen mecanismos que reconocen y eliminan estos errores en el caso de virus de ADN, pero los de ARN carecen de ellos. Es por esto que estos virus alcanzan mayores frecuencias de errores por cada ciclo de copia.

Recombinaciones

Cuando dos virus infectan una misma célula y replican su material genético puede ocurrir que intercambien fragmentos del genoma. También puede ocurrir entre un virus y el mismo genoma de la célula huésped. El resultado es que se forman nuevos virus descendientes que combinan fragmentos genéticos de ambos parentales. A este proceso se le denomina recombinación.

Recombinación en la que dos cepas de un virus infectan a la misma célula hospedadora y dan lugar a nuevas combinaciones de fragmentos genéticos en la descendencia (Fuente: khanacademy.org)

Reordenamientos

Este proceso es muy similar a la recombinación, ya que también necesita de una célula huésped infectada por más de un virus. Consiste en el intercambio de segmentos génicos entre virus de genoma de ARN segmentado. Lo que da lugar a nuevos virus que presentan una combinación de segmentos génicos totalmente nuevos.

Los reordenamientos genéticos se han observado en miembros de todas las familias de virus segmentados, pero es particularmente importante en los virus de la gripe como uno de los mecanismos que permiten la transmisión entre especies y la generación de nuevas cepas pandémicas, que surgen en la población cada cierto tiempo.

Reordenamientos genéticos en virus
Reordenamientos de segmentos genéticos cuando dos cepas de un virus infectan a la misma célula huésped (Fuente: Viral genome evolution ~ ViralZone (expasy.org)

Seleccionando nuevas características

Los mecanismos de generación de variación genética pueden producir características o adaptaciones deletéreas, neutras o beneficiosas en las nuevas variantes de virus, pero tiene que existir un mecanismo seleccionador que haga que esa variante se convierta en dominante en la población. Como norma general y según la teoría más extendida, tienden a mantenerse aquellas nuevas características que resultan beneficiosas para la vida y reproducción de los virus, mientras que aquellas que son deletéreas tienden a perderse.

Algunas de estas nuevas adaptaciones pueden consistir en cambios en la superficie externa que les permitan evadir al sistema inmune del huésped o entrar con mayor facilidad en sus células. Estos serían por ejemplo cambios en su virulencia, en su capacidad de transmitirse o en su susceptibilidad a los medicamentos. Los patógenos que no superan alguno de estos retos están condenado a extinguirse cuando el sistema inmune controle la infección.

Por ejemplo, existe un equilibrio entra virulencia y transmisión, así aunque los virus altamente virulentos produzcan más descendientes en el corto plazo, a largo plazo pueden incapacitar al huésped de tal forma que este sea incapaz de entrar en contacto con nuevos huéspedes al que el virus pueda saltar. En este caso, la evolución selecciona patógenos que sean capaces de producir descendencia pero no tan virulentos como para perjudicar a su propia transmisión.

Dos ejemplos de variación genética en virus

Dos ejemplos perfectos para visualizar este proceso de evolución son los virus de la Influenza o de la gripe y el VIH o virus del SIDA.

El virus de la gripe

El virus de la gripe es un virus de ARN de cadena única con 7 u 8 segmentos, más o menos esférico que posee una envoltura, donde están las dos proteínas centrales de la infección. Estas proteínas son la hemaglutinina (HA), que es la que se une a los receptores de la célula huésped, y la neuraminidasa (NA), que sirve para la liberación de los virus descendientes.

Los virus de la gripe sufren dos clases de cambios: cambios antigénicos menores y mayores. Los primeros se tratan de pequeñas mutaciones en los genes del virus que pueden dar lugar a pequeños cambios en las proteínas de superficie HA y NA. Los cambios antigénicos mayores producen variaciones casi completas en las proteínas HA y NA, generando combinaciones novedosas en los virus de la gripe.

VIH

El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) es el causante del síndrome de la inmunodeficiencia humana adquirida (SIDA) y se trata de un virus bastante especial, pues cuenta con dos moléculas idénticas de ARN y que es capaz de invertir el orden normal de expresión de la información genética, convirtiéndola a ADN e integrándola en el genoma de un tipo de glóbulo blanco.

El VIH se reproduce increíblemente rápido en las células, generando miles de millones de copias en pocos días y acumulando muchas mutaciones en su material genético. Como consecuencia de esto, en una misma célula pueden convivir poblaciones de virus del VIH con una gran variación genética, y darse un intercambio de genes o recombinación entre estas poblaciones diferentes.

¿Qué consecuencias tiene todo esto?

Este proceso de variación en las características de los virus es lo que dificulta su completa erradicación, a pesar de todos los esfuerzos que se realizan para controlar y eliminar estas enfermedades de la población, así por ejemplo de todas las enfermedades víricas tan solo la viruela esta erradicada y el virus de la polio casi completamente. Esto puede observarse en los dos ejemplos anteriormente mencionados.

En el virus de la gripe, los cambios antigénicos menores son la principal razón de las reinfecciones frecuentes y epidemias de gripe. Por este motivo se debe vacunar anualmente a la población con una vacuna reelaborada a partir de las nuevas variantes del virus que circulan ese año. Los cambios antigénicos mayores, aunque menos frecuentes, son responsables de las pandemias de gripe que cada ciertos años asolan a la población mundial y que surgen por nuevas combinaciones genéticas entre varias especies.

En el caso del VIH, es un virus que evoluciona tan rápido que escapa de los tratamientos, y es lo que hace tan difícil acabar con esta enfermedad y elaborar vacunas efectivas. Muchas veces cuando se trata a paciente con VIH, se produce una primera fase en el que el medicamento consigue evitar la reproducción del virus, pero rápidamente y gracias a su rápida evolución, algunas variantes consiguen hacerse resistentes y así convertirse en la dominante. Es por esto que se prefiere usar una terapia antirretroviral altamente activa o HAART, en la que se usa una mezcla de medicamentos que atacan diferentes partes del virus, ya que la probabilidad de que se haga resistente a todas ellas es mucho menor que con uno solo.

Conclusión

Los virus cambian y evolucionan de forma natural, adaptándose a nuestra forma de combatirlos y haciendo muy difícil de erradicarlos, a pesar de todos nuestros esfuerzos por hacerlo. Podemos ver que este proceso se ha dado muchas veces a lo largo de la historia con virus tan comunes como el de la gripe o el VIH y cómo también está ocurriendo con la actual pandemia de coronavirus, con la aparición de nuevas variantes cada vez más contagiosas.

Artículo editado por Victòria Brugada-Ramentol y revisado por Carmen de Jesús Gil.

Referencias

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Fleischmann, W. R. (1996). Viral genetics. En S. Baron (Ed.),Medical microbiology4a ed., cap. 43.Galveston (TX): University of Texas Medical Branch at Galveston. PMID: 21413337

Santiago F. E. (2010), Una aproximación experimental a la evolución viral : desentrañando los papeles de la mutación , la selección y el azar. Encuentros con la Ciencia II. Del Macrocosmos al Microcosmos cap. 2 pág 27 – 38, digital.csic.es

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Javier Sánchez

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