¿De dónde vienen los virus?

Hace algunos días se me presentó la duda respecto del origen de los virus. Uno puede hacer una búsqueda rápida en Google y encontrar un montón de publicaciones al respecto. El problema es que en internet hay que tener especial cuidado con las fuentes que uno consulta. En redes sociales circula una publicación que deposita la responsabilidad de las enfermedades sobre las redes 5G y no a los virus. Entre otros rumores, también se ha afirmado que los virus son toxinas o desechos generados por las células.

En estos casos, donde se tratan temas tan delicados de manera tan somera, es conveniente consultar una fuente científica confiable para salir de dudas. A continuación les dejo la traducción que hice del artículo Origin of viruses publicado en un blog del sitio web de la Revista Nature. La finalidad es poder compartir con ustedes algunos detalles sobre el origen de los virus que les ayude a discernir sobre la veracidad de estas publicaciones que surgen diariamente.

La historia evolutiva de los virus representa un tema fascinante, aunque turbio, para los virólogos y biólogos celulares. Debido a la gran diversidad de virus, los biólogos han debatido respecto de cómo clasificar estas entidades y cómo relacionarlas con el árbol de la vida tradicional. Los virus pueden representar elementos genéticos que desarrollaron la habilidad para moverse entre células. Pueden representar organismos vivientes que antes eran libres y que se convirtieron en parásitos. Incluso, pueden ser los precursores de la vida tal y como la conocemos.

Aspectos básicos de los virus

Sabemos que los virus son diversos. A diferencia de todas las otras entidades biológicas, algunos virus, como el de la polio, tienen genomas ARN y otros, como el virus del herpes, tienen genomas ADN. Además, algunos virus (como el de la influenza) son monocatenarios, mientras que otros (como el de la viruela) tienen genomas bicatenarios. Sus estructuras y estrategias de replicación son igualmente diversas. De todos modos, los virus comparten algunas características: primero, generalmente son muy pequeños, con un diámetro de menos de 200 nanómetros. Segundo, se pueden replicar solo dentro de una célula huésped. Tercero, ningún virus conocido contiene ribosomas, un componente necesario de la maquinaria que las células usan para fabricar proteínas.

¿Los virus están vivos?

Para considerar esta pregunta, tenemos que comprender primero qué entendemos por «vida». Aunque las definiciones específicas pueden variar, generalmente los biólogos están de acuerdo en que todos los organismos vivos coinciden en varias propiedades clave: pueden crecer, reproducirse, mantener una homeostasis interna, responder a estímulos y llevar a cabo varios procesos metabólicos. Además, las poblaciones de organismos vivos evolucionan en el tiempo.

¿Los virus satisfacen estos criterios? Sí y no. Probablemente todos sabemos que los virus, de alguna forma, se reproducen. Podemos infectarnos con un pequeño número de partículas virales (al inhalar las partículas expelidas cuando otra persona tose, por ejemplo) y entonces enfermarnos varios días después de que el virus empezó a replicarse dentro de nuestro cuerpo. Probablemente todos sabemos que los virus evolucionan en el tiempo. Cada año, necesitamos una vacuna contra la gripe porque el virus de la influenza cambia, o evoluciona, de un año a otro.

Los virus, por otro lado, no llevan a cabo procesos metabólicos. Más notablemente, los virus difieren de otros organismos vivos en que no pueden generar ATP (la energía de las células). Los virus tampoco poseen la maquinaria necesaria para la traducción. No poseen ribosomas y no pueden formar proteínas de manera independiente a partir de moléculas del ARN mensajero (ARNm). Debido a estas limitaciones, los virus se pueden replicar solo dentro de una célula huésped viva. Por tanto, los virus son parásitos intracelulares obligados. Siguiendo una definición estricta de vida, los virus son entidades no vivas. Sin embargo, no todos están de acuerdo con esta conclusión. Quizá los virus representan simplemente un tipo diferente de organismo en el árbol de la vida.

¿De dónde vienen los virus?

Se ha generado mucho debate entre los virólogos en torno a esta pregunta. Las tres hipótesis principales son: 1. la progresiva, o de escape, que afirma que los virus surgieron a partir de elementos genéticos que desarrollaron la habilidad para moverse entre células; 2. la regresiva, o de reducción, que plantea que los virus son remanentes de otros organismos celulares; y 3. la que propone que los virus depredaron o coevolucionaron con sus actuales células huésped.

La hipótesis progresiva

De acuerdo a esta hipótesis, los virus se originaron a través de un proceso progresivo. Los elementos genéticos móviles, piezas de material genético capaces de moverse dentro del genoma, desarrollaron la habilidad para salir de una célula y entrar en otra. Para conceptualizar esta transformación, examinemos el mecanismo de replicación de los retrovirus, la familia de los virus a la cual pertenece el VIH.

Los retrovirus tienen un genoma de ARN monocatenario. Cuando los virus entran a una célula huésped, una enzima viral, la transcriptasa inversa, convierte la cadena simple de ARN en una cadena doble de ADN. Este ADN viral migra al núcleo de la célula huésped. Otra enzima viral, la integrasa, inserta el ADN viral recién formado al genoma en la célula huésped. Los genes virales pueden ser entonces transcritos y traducidos. La ARN polimerasa de la célula huésped puede producir nuevas copias de la cadena simple de ARN del genoma del virus. Los virus hijos se ensamblan y salen de la célula para empezar el proceso otra vez.

Este proceso se asemeja demasiado al movimiento de un importante, pero algunas veces inusual, componente de la mayoría de los genomas eucariontes: los retrotransposones. Estos elementos genéticos móviles constituyen un asombroso 42% del genoma humano y pueden moverse dentro del genoma a través de un ARN intermediario. Tal como los retrovirus, algunas clases de retrotransposones, los retrotransposones de partículas similares a los virus, codifican transcriptasa inversa y, a menudo, integrasa. Con estas enzimas, estos elementos pueden ser transcritos en RNA, transcritos de vuelta en ADN y luego integrados en una nueva ubicación del genoma. Podemos especular que la adquisición de unas pocas proteínas estructurales serían suficientes para permitir a este elemento salir de una célula para entrar a una nueva, transformándose así en agentes infecciosos. De hecho, la estructura genética de los retrovirus y los retrotransposones derivados de virus muestran similaridades notables.

La hipótesis regresiva

En contraposición al proceso progresivo antes descrito, los virus pueden haberse originado a través de un proceso regresivo o reductivo. Los microbiólogos generalmente están de acuerdo en que ciertas bacterias que son parásitos intracelulares obligados, como las especies Clamidia y Rickettsia, evolucionaron de ancestros vivientes libres. De hecho, estudios genéticos indican que las mitocondrias de las células eucariontes y Rickettsia prowazekii pueden compartir un ancestro viviente libre común. Por tanto, los virus existentes pueden haber evolucionado de organismos más complejos, posiblemente organismos vivos libres que perdieron información genética con el paso del tiempo, a medida que adoptaron un enfoque parásito de replicación.

Los virus de un grupo particular, los virus nucleocitoplasmáticos de ADN de gran tamaño (VNCAGT), ilustran mejor esta hipótesis. Estos virus, que incluyen el virus de la viruela y el recientemente descubierto gigante de los virus, el Mimivirus, son mucho más grandes que la mayoría de los virus. Por ejemplo, un virión de poxvirus puede medir, por ejemplo, 200 nm de ancho y 300 nm de largo. Casi del doble de tamaño, los Mimivirus tienen un diámetro total de aproximadamente 750 nm. Las partículas con forma esférica del virus de la influenza pueden tener solo 80 nm de diámetro. Las partículas del virus de la polio tienen un diámetro de apenas 30 nm, unas diez mil veces más pequeñas que un grano de sal. Los VNCAGT también poseen genomas grandes. Los poxvirus tienen alrededor de 200 mil pares de bases, y los Mimivirus tienen un genoma con 1,2 millones de pares de bases; mientras que el virus de la polio tiene solo 7.500 nucleótidos en total. Aparte de su gran tamaño, los VNCAGT son más complejos que otros virus y dependen menos de su huésped en el proceso de replicación. Las partículas de poxvirus, por ejemplo, incluyen un gran número de enzimas virales y factores asociados que permiten que el virus produzca ARN mensajero dentro del citoplasma de la célula huésped.

Dado el tamaño y complejidad de los VNCAGT, algunos virólogos han levantado la hipótesis de que estos virus pueden ser descendientes de ancestros aún más complejos. De acuerdo a los autores de esta hipótesis, los organismos autónomos inicialmente desarrollaron una relación simbiótica. Con el paso del tiempo, la relación se tornó parasitaria, debido a que un organismo se fue volviendo más y más dependiente del otro. A medida que el organismo parásito se fue haciendo más dependiente del huésped, perdió parte esencial de sus genes. Eventualmente fue incapaz de reproducirse de manera independiente, transformándose así en un parásito intracelular obligado: un virus. El análisis del gigante Mimivirus sustenta esta hipótesis. Este virus contiene un repertorio relativamente grande de genes putativos asociados con la traducción, genes que pueden ser remanentes de un sistema completo de traducción previo. Interesantemente, los Mimivirus no difieren de forma apreciable de las bacterias parásitas, tales como Rickettsia prowazekii.

La hipótesis de ‘virus primero’

Tanto la hipótesis progresiva como la regresiva asumen que las células existieron antes que los virus. ¿Qué tal si los virus existieron primero? Recientemente, un grupo de investigadores propuso que los virus pueden haber sido las primeras entidades replicadoras. Koonin y Martin (2005) postularon que los virus existieron en un mundo precelular como unidades auto-replicantes. Con el tiempo, estas unidades, argumentan, se volvieron más organizadas y más complejas. Eventualmente, las enzimas para la síntesis de membranas y paredes celulares evolucionaron, resultando en la formación de las células. Los virus, por tanto, pueden haber existido antes que las bacterias, las arqueas y los eucariontes.

La mayoría de los biólogos está de acuerdo en que las primeras moléculas replicadoras consistían en ARN y no en ADN. También sabemos que algunas moléculas de ARN, los ribosomas, tienen propiedades enzimáticas: pueden actuar como catalizadores en reacciones químicas. Quizá, estas moléculas replicadoras de ARN, que existían antes de que la primera célula se formase, desarrollaron la habilidad para infectar a estas primeras células. ¿Podría ser que los ARN virus monocatenarios de hoy sean descendientes de estas moléculas de ARN precelulares?

Otros han argumentado que los precursores de los VNCAGT de hoy llevaron al surgimiento de las células eucariontes. Villarreal y DeFilippis (2000) y Bell (2001) describieron modelos que explican esta propuesta. Quizá, postulan ambos grupos, el actual núcleo de las células eucariontes surgió a partir de alguna clase de evento endosimbiótico en el cual un virus complejo y envuelto se transformó en un residente permanente de una célula eucarionte primitiva.

Ninguna hipótesis puede ser correcta por sí sola

La pregunta de dónde vienen los virus no es fácil de responder. Uno puede argumentar de manera relativamente convincente que ciertos virus, tales como los retrovirus, surgieron a través de un proceso progresivo. Los elementos genéticos móviles desarrollaron la habilidad de viajar entre células, convirtiéndose en agentes infecciosos. Uno puede argumentar también que los ADN virus grandes surgieron a través de un proceso regresivo donde entidades que solían ser independientes perdieron algunos genes claves y adoptaron una estrategia de replicación parásita. Finalmente, la idea de que los virus dieron curso a la vida como la conocemos, presenta posibilidades muy intrigantes. Quizá los virus de hoy surgieron en momentos distintos, a través de mecanismos múltiples. Quizá todos los virus surgieron a través de un mecanismo que todavía no ha sido descubierto. La investigación básica de hoy en campos como la microbiología, genética y biología estructural puede proveernos la respuesta a esta pregunta fundamental.

Resumen

Contemplar el origen de la vida fascina tanto a científicos como al público general. Comprender la historia evolutiva de los virus puede proporcionarnos algo de luz en relación a este tema. A la fecha no existe una explicación clara del origen de los virus. Los virus pueden haber aparecido como el resultado de elementos genéticos móviles que desarrollaron la habilidad para moverse entre células. Pueden ser descendientes de organismos que solían ser libres y que adoptaron una estrategia de replicación parásita. Quizá los virus existieron antes y llevaron, de algún modo, a la evolución de la vida celular. El estudio continuo puede proporcionarnos respuestas más claras. Estudios futuros pueden revelarnos que la respuesta es incluso más turbia de lo que parece.

Detalles técnicos

Descargo de responsabilidad

En ningún caso hay un propósito comercial asociado a la publicación en este blog de la versión en español del artículo Origin of viruses del doctor David R. Wessner. Su finalidad única es la de promover la divulgación de artículos científicos de calidad, escritos y respaldados por expertos en la materia, a la comunidad de habla hispana. Si quieren aprender más sobre los virus, pueden leer también el artículo Los virus: campeones de la evolución, publicado en la revista Nuestra ciencia.

3 comentarios en «¿De dónde vienen los virus?»

  1. Muy interesante. Los virus son unas formas (proteinas) que estan al limite de lo que definimos como ser vivo, o como se dice «compatibilidad con la vida». Por ello quiza se han sabido mantener tan bien, y han sabido evolucionar a lo largo del ciclo de la vida de la tierra.

      1. Yo les daría el beneficio de la duda, tomando en cuenta el asidero de que no se puede confiar en nada de lo que provenga de una dictadura como la del PCCh.

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