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Varios virus, de distintos tipos. Imagen: Julie McMahon. Fuente: Universidad de Illinois.
Un nuevo análisis apoya la hipótesis de que los virus son entidades vivas que comparten una larga historia evolutiva con las células. El estudio ofrece el primer método fiable para trazar la evolución de los virus desde un momento en que ni los virus ni las células existían en las formas conocidas hoy en día, dicen los investigadores, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (EE.UU.).
Los nuevos hallazgos aparecen en la revista Science Advances.
Hasta ahora, los virus han sido difíciles de clasificar, dice el profesor de ciencias de los cultivos Gustavo Caetano-Anollés, que ha dirigido el nuevo análisis con el estudiante de posgrado Arshan Nasir. En su último informe, el Comité Internacional de Taxonomía de Virus reconoce siete órdenes de virus, en función de sus formas y tamaños, estructura genética y medios de reproducción.
"Según esta clasificación, las familias virales que pertenecen al mismo orden probablemente se han ido distanciando de un virus ancestral común", escriben los autores. "Sin embargo, sólo 26 (de 104) familias virales han sido asignadas a un orden y las relaciones evolutivas de la mayoría de ellas siguen sin estar claras."
Parte de la confusión se debe a la abundancia y diversidad de los virus. Menos de 4.900 virus se han identificado y secuenciado hasta el momento, a pesar de que los científicos estiman que hay más de un millón de especies virales. Muchos virus son pequeños -significativamente más pequeños que las bacterias u otros microorganismos- y contienen sólo un puñado de genes. Otros, como los mimivirus recientemente descubiertos, son enormes, con genomas más grandes que los de algunas bacterias.
El nuevo estudio se centró en el vasto repertorio de estructuras de proteínas, llamadas "pliegues", que están codificadas en el genoma de todas las células y virus. Los pliegues son los pilares estructurales de las proteínas, los que les dan sus formas complejas tridimensionales. Comparando las estructuras de pliegue de las diferentes ramas del árbol de la vida, los investigadores pueden reconstruir la historia evolutiva de los pliegues y de los organismos.
Los investigadores decidieron analizar los pliegues de las proteínas porque las secuencias que codifican los genomas virales están sujetas a cambios rápidos; sus altas tasas de mutación pueden ocultar señales evolutivas profundas, dice Caetano-Anollés en la información de la universidad. Los pliegues de las proteínas son mejores marcadores de eventos antiguos porque sus estructuras tridimensionales se pueden mantener incluso cuando las secuencias que las codifican comienzan a cambiar.
Hoy en día, muchos virus -incluidos los que causan enfermedades- toman el mando de la maquinaria de construcción de las proteínas de las células huésped para hacer copias de sí mismos que luego se extienden a otras células. Los virus a menudo insertan su propio material genético en el ADN de sus anfitriones. De hecho, los restos de antiguas infiltraciones virales son ahora características permanentes de los genomas de la mayoría de los organismos celulares, incluidos los humanos.
Esta habilidad para mover el material genético a su alrededor puede ser una evidencia de la función primordial de los virus como "propagadores de la diversidad", dice Caetano-Anollés.
Los investigadores analizaron todos los pliegues conocidos en 5.080 organismos que representan todas las ramas del árbol de la vida, incluyendo 3.460 virus. Usando métodos bioinformáticos avanzados, se identificaron 442 pliegues de proteínas que comparten las células y los virus, y 66 que pertenecen únicamente a los virus.
Los nuevos hallazgos aparecen en la revista Science Advances.
Hasta ahora, los virus han sido difíciles de clasificar, dice el profesor de ciencias de los cultivos Gustavo Caetano-Anollés, que ha dirigido el nuevo análisis con el estudiante de posgrado Arshan Nasir. En su último informe, el Comité Internacional de Taxonomía de Virus reconoce siete órdenes de virus, en función de sus formas y tamaños, estructura genética y medios de reproducción.
"Según esta clasificación, las familias virales que pertenecen al mismo orden probablemente se han ido distanciando de un virus ancestral común", escriben los autores. "Sin embargo, sólo 26 (de 104) familias virales han sido asignadas a un orden y las relaciones evolutivas de la mayoría de ellas siguen sin estar claras."
Parte de la confusión se debe a la abundancia y diversidad de los virus. Menos de 4.900 virus se han identificado y secuenciado hasta el momento, a pesar de que los científicos estiman que hay más de un millón de especies virales. Muchos virus son pequeños -significativamente más pequeños que las bacterias u otros microorganismos- y contienen sólo un puñado de genes. Otros, como los mimivirus recientemente descubiertos, son enormes, con genomas más grandes que los de algunas bacterias.
El nuevo estudio se centró en el vasto repertorio de estructuras de proteínas, llamadas "pliegues", que están codificadas en el genoma de todas las células y virus. Los pliegues son los pilares estructurales de las proteínas, los que les dan sus formas complejas tridimensionales. Comparando las estructuras de pliegue de las diferentes ramas del árbol de la vida, los investigadores pueden reconstruir la historia evolutiva de los pliegues y de los organismos.
Los investigadores decidieron analizar los pliegues de las proteínas porque las secuencias que codifican los genomas virales están sujetas a cambios rápidos; sus altas tasas de mutación pueden ocultar señales evolutivas profundas, dice Caetano-Anollés en la información de la universidad. Los pliegues de las proteínas son mejores marcadores de eventos antiguos porque sus estructuras tridimensionales se pueden mantener incluso cuando las secuencias que las codifican comienzan a cambiar.
Hoy en día, muchos virus -incluidos los que causan enfermedades- toman el mando de la maquinaria de construcción de las proteínas de las células huésped para hacer copias de sí mismos que luego se extienden a otras células. Los virus a menudo insertan su propio material genético en el ADN de sus anfitriones. De hecho, los restos de antiguas infiltraciones virales son ahora características permanentes de los genomas de la mayoría de los organismos celulares, incluidos los humanos.
Esta habilidad para mover el material genético a su alrededor puede ser una evidencia de la función primordial de los virus como "propagadores de la diversidad", dice Caetano-Anollés.
Los investigadores analizaron todos los pliegues conocidos en 5.080 organismos que representan todas las ramas del árbol de la vida, incluyendo 3.460 virus. Usando métodos bioinformáticos avanzados, se identificaron 442 pliegues de proteínas que comparten las células y los virus, y 66 que pertenecen únicamente a los virus.
Secuencias únicas
El análisis reveló secuencias genéticas en los virus que son diferentes a todo lo visto en las células, dice Caetano-Anollés. Esto contradice la hipótesis de que los virus capturaron la totalidad de su material genético de las células. Este y otros hallazgos también apoyan la idea de que los virus son "creadores de novedades", añade.
Utilizando los datos de pliegues de proteínas disponibles en las bases de datos en línea, Nasir y Caetano-Anollés utilizaron métodos computacionales para construir árboles de la vida que incluían virus.
Los datos sugieren "que los virus se originaron a partir de múltiples células antiguas... y coexistieron con los ancestros de las células modernas", escriben los investigadores. Estas células antiguas probablemente contenían genomas de ARN segmentados, según Caetano-Anollés.
Los datos también sugieren que en algún momento de su historia evolutiva, no mucho después de que surgiera la vida celular moderno, la mayoría de los virus adquirieron la capacidad de encapsularse a sí mismos en capas de proteínas que protegían sus cargas genéticas, lo que les permitió pasar parte de su ciclo de vida fuera de las células huésped y propagarse, dice Caetano-Anollés. Los pliegues de proteínas que son exclusivos de los virus incluyen aquellos que forman estas cápsulas virales."
"Estas cápsulas se hicieron más y más sofisticadas con el tiempo, permitiendo que los virus infectaran a las células que se les habían resistido previamente", dice Nasir. "Este es el sello del parasitismo."
Algunos científicos han argumentado que los virus son entidades no vivientes, trozos de ADN y ARN desprendidos de la vida celular. Apuntan al hecho de que los virus no son capaces de replicarse (reproducirse) en el exterior de las células huésped, y se basan en la maquinaria de construcción de proteínas de las células para funcionar. Pero muchas otras evidencias apoyan la idea de que los virus no son tan diferentes de las demás entidades vivientes, explica Caetano-Anollés.
"Muchos organismos requieren de otros organismos para vivir, incluidas bacterias que viven dentro de las células, y hongos que se dedican a las relaciones parasitarias obligadas, y que dependen de sus anfitriones para completar su ciclo de vida", dice. "Y esto es lo que hacen los virus."
El descubrimiento de los mimivirus gigantes en la década de 2000 desafió las ideas tradicionales sobre la naturaleza de los virus. "Estos virus gigantes no eran el pequeño virus del Ébola, que tiene sólo siete genes. Estos son enormes en tamaño y en repertorio genómico", dice el investigador. "Algunos son tan grandes físicamente como las bacterias parásitas, y con genomas tan grandes o más."
Algunos virus gigantes también tienen genes para proteínas que son esenciales para la traducción, el proceso por el cual las células leen las secuencias de genes para construir proteínas, dice Caetano-Anollés. La falta de maquinaria de traducción en los virus una vez fue utilizada como justificación para clasificarlos como no vivos, dice.
"Esto ya no es así. Los virus merecen un lugar en el árbol de la vida. Obviamente, hay mucho más en los virus de lo que se pensaba".
Otro declaración de un grupo de expertos, publicada hace un año por la American Society for Microbiology, ya apuntaba la idea de que los virus son agentes de cambio, no necesariamente negativos.
El análisis reveló secuencias genéticas en los virus que son diferentes a todo lo visto en las células, dice Caetano-Anollés. Esto contradice la hipótesis de que los virus capturaron la totalidad de su material genético de las células. Este y otros hallazgos también apoyan la idea de que los virus son "creadores de novedades", añade.
Utilizando los datos de pliegues de proteínas disponibles en las bases de datos en línea, Nasir y Caetano-Anollés utilizaron métodos computacionales para construir árboles de la vida que incluían virus.
Los datos sugieren "que los virus se originaron a partir de múltiples células antiguas... y coexistieron con los ancestros de las células modernas", escriben los investigadores. Estas células antiguas probablemente contenían genomas de ARN segmentados, según Caetano-Anollés.
Los datos también sugieren que en algún momento de su historia evolutiva, no mucho después de que surgiera la vida celular moderno, la mayoría de los virus adquirieron la capacidad de encapsularse a sí mismos en capas de proteínas que protegían sus cargas genéticas, lo que les permitió pasar parte de su ciclo de vida fuera de las células huésped y propagarse, dice Caetano-Anollés. Los pliegues de proteínas que son exclusivos de los virus incluyen aquellos que forman estas cápsulas virales."
"Estas cápsulas se hicieron más y más sofisticadas con el tiempo, permitiendo que los virus infectaran a las células que se les habían resistido previamente", dice Nasir. "Este es el sello del parasitismo."
Algunos científicos han argumentado que los virus son entidades no vivientes, trozos de ADN y ARN desprendidos de la vida celular. Apuntan al hecho de que los virus no son capaces de replicarse (reproducirse) en el exterior de las células huésped, y se basan en la maquinaria de construcción de proteínas de las células para funcionar. Pero muchas otras evidencias apoyan la idea de que los virus no son tan diferentes de las demás entidades vivientes, explica Caetano-Anollés.
"Muchos organismos requieren de otros organismos para vivir, incluidas bacterias que viven dentro de las células, y hongos que se dedican a las relaciones parasitarias obligadas, y que dependen de sus anfitriones para completar su ciclo de vida", dice. "Y esto es lo que hacen los virus."
El descubrimiento de los mimivirus gigantes en la década de 2000 desafió las ideas tradicionales sobre la naturaleza de los virus. "Estos virus gigantes no eran el pequeño virus del Ébola, que tiene sólo siete genes. Estos son enormes en tamaño y en repertorio genómico", dice el investigador. "Algunos son tan grandes físicamente como las bacterias parásitas, y con genomas tan grandes o más."
Algunos virus gigantes también tienen genes para proteínas que son esenciales para la traducción, el proceso por el cual las células leen las secuencias de genes para construir proteínas, dice Caetano-Anollés. La falta de maquinaria de traducción en los virus una vez fue utilizada como justificación para clasificarlos como no vivos, dice.
"Esto ya no es así. Los virus merecen un lugar en el árbol de la vida. Obviamente, hay mucho más en los virus de lo que se pensaba".
Otro declaración de un grupo de expertos, publicada hace un año por la American Society for Microbiology, ya apuntaba la idea de que los virus son agentes de cambio, no necesariamente negativos.
Referencia bibliográfica:
Arshan Nasir y Gustavo Caetano-Anollés: A phylogenomic data-driven exploration of viral origins and evolution. Science Advances (2015). DOI: 10.1126/sciadv.1500527
Arshan Nasir y Gustavo Caetano-Anollés: A phylogenomic data-driven exploration of viral origins and evolution. Science Advances (2015). DOI: 10.1126/sciadv.1500527
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