Origen de los Virus | Scitable

¿Cómo evolucionan los virus? ¿Son una forma simplificada de algo que existió hace mucho tiempo, o una culminación definitiva de pequeños elementos genéticos unidos?

Por: David R. Wessner, Ph.D. (Departamento de Biología, Universidad de Davidson)  © 2010 Nature Education 

La historia de la evolución de los virus representa un fascinante aunque, aunque turbio, para virólogos y biólogos celulares. Debido a la gran diversidad entre los virus, los biólogos han tenido problemas para clasificar estos entes y establecer cómo se relacionan en el árbol de la vida convencional. Podrían representar elementos genéticos que consiguieron adquirir la habilidad de moverse entre las células. Pueden representar también organismos de vida libre anteriores que se convirtieron en parásitos. Ellos pueden ser los precursores de la vida tal y como la conocemos.

Los fundamentos de los virus

Sabemos que los virus son muy diversos. A diferencia de todas las demás entidades biológicas, algunos virus, como el virus de la polio, tienen ARN en su genoma y otros, como el virus del herpes, tienen genomas de ADN. Además, algunos virus (como el virus de la gripe) tienen un genomas monocatenarios, mientras que otros como la viruela tienen genomas bicatenarios. Sus estructuras y estrategias de replicación son igualmente diversas. Los virus, sin embargo, comparten algunas características en común: en primer lugar, por lo general son bastante pequeños, con un diámetro de menos de 200 nanómetros (nm). En segundo lugar, sólo se pueden replicar dnetro de una célula huésped. En tercer lugar, ningún virus conocido contiene ribosomas, un componente celular necesario para la maquinaria de traducción (elaboración) de proteínas.

Son seres vivos?

Para examinar esta cuestión, es necesario tener una buena comprensión de lo que entendemos por “vida”. Aunque las definiciones específicas pueden variar, los biólogos están de acuerdo en que todos los organismos vivos exhiben varias propiedades clave: pueden crecer, reproducirse, mantener una interna homeostasis, responder a estímulos, y llevar a cabo diversos procesos metabólicos. Además, las poblaciones de organismos vivos evolucionan con el tiempo.

¿Los virus se ajustan a estos criterios? Sí y no. Probablemente nos damos cuenta de que los virus se reproducen de alguna manera. Podemos llegar a ser infectados con un pequeño número de partículas de virus – por inhalación de partículas expulsadas cuando otra persona tose, por ejemplo – y luego enfermar durante varios días después, cuando los virus se replican dentro de nuestros cuerpos. Del mismo modo es probable que se den cuenta de que los virus evolucionan con el tiempo. Tenemos que conseguir una vacuna contra la gripe todos los años debido principalmente a los cambios del virus de la gripe, o por su evolución, de un año a otro (Nelson y Holmes 2007).

Los virus, no obstante, no llevan a cabo procesos metabólicos. Más notablemente, los virus difieren de los organismos vivos en que no pueden generar ATP. Los virus tampoco poseen la maquinaria necesaria para la traducción, como se mencionó anteriormente. Ellos no poseen ribosomas y no pueden formar proteínas de forma independiente a partir de moléculas de ARN mensajero. Debido a estas limitaciones, los virus pueden replicarse únicamente dentro de una célula huésped viva. Por lo tanto, los virus son parásitos intracelulares obligados. De acuerdo con una definición estricta de la vida, son inertes. No todos, sin embargo, necesariamente estarán de acuerdo con esta conclusión. Tal vez los virus representen un tipo diferente de organismos en el árbol de la vida – los organismos codificantes encapsulados (capside-encoding organism) o CEOs (Figura 1; Raoult y Forterre 2008).

Figura 1: Los virus y el árbol de la vida. Aunque la mayoría de los biólogos argumentan que los virus no están vivos, algunos argumentan que los virus deben ser incluidos en el árbol de la vida. Todos los organismos, sostienen, debe dividirse en organismos con codificación ribosómica (OER) y organismos capside-encoding (CEOs). Las bacterias, arqueobactheria y eucariotas son OER, los virus son CEOs. © 2008 Nature Publishing Group Raoult, D. & Forterre, P. Redefinición de los virus: lecciones de Mimivirus. Nature Reviews Microbiología 6, 315-319 (2008) doi: 10.1038/nrmicro1858. Todos los derechos reservados.

¿De dónde provienen los virus?

Hay un gran debate entre los virólogos sobre esta cuestión. Tres hipótesis principales han sido articuladas: 1. La progresiva o de escape, hipótesis que establece que los virus surgieron de elementos genéticos que ganaron la habilidad de moverse entre las celulas; 2. la regresiva, o de reducción, hipótesis que afirma que los virus son restos de organismos celulares, y 3.la hipotesis viruses-first que establece que los virus son anteriores o coevolucionaron junto con sus anfitriones celulares actuales.

La Hipótesis Progresiva

Según esta hipótesis, los virus se originaron a través de un proceso progresivo. Elementos genéticos móviles, trozos de material genético capaces de moverse dentro de un genoma, ganaron la capacidad de salir de una célula y entrar en otra. Para conceptualizar esta transformación, vamos a examinar la replicación de los retrovirus, la familia a la cual pertenecen los virus del VIH.

Los retrovirus poseen un genoma de ARN monocatenario. Cuando el virus entra en una célula huésped, una enzima viral, la transcriptasa inversa, convierte el RNA de cadena sencilla en ADN de doble cadena. Este ADN viral luego migra hacia el núcleo de la célula huésped. Otra enzima viral, la integrasa, inserta el ADN viral de nueva formación en el genoma de la célula huésped. Los genes víricos, entonces, pueden ser transcritos y traducidos. La polimerasa de ARN de la célula huésped puede producir nuevas copias de cadena sencilla del genoma del virus de ARN. La progenie del virus se monta y sale de la célula para comenzar el proceso de nuevo (Figura 2).

Figura 2: La replicación de los retrovirus
Después de un retrovirus entra en una célula huésped, la transcriptasa inversa retroviral convierte el genoma de ARN en ADN de doble cadena. Este ADN viral luego migra hacia el núcleo y se integra en el genoma del huésped. Genes virales son transcritos y traducidos. Nuevas partículas de virus montar, salir de la célula, y pueden infectar otra célula.

Este proceso refleja fielmente el movimiento de un importante, aunque inusual, componente de la mayoría de los genomas eucariotas: los retrotransposones. Estos elementos genéticos móviles alcanzan un sorprendente 42% del genoma humano (Lander et al . 2001) y pueden moverse dentro del genoma a través de un intermediario del ARN. Al igual que los retrovirus, ciertas clases de retrotransposones, los retrotransposones quasi-víricos, codifican una transcriptasa inversa y, a menudo, una integrasa. Con estas enzimas, estos elementos pueden transcribirse en ARN, la transcripción inversa en el ADN, y luego se integran en una nueva ubicación dentro del genoma (Figura 3). Podríamos especular con la idea de que la adquisición de unas pocas proteínas estructurales podrían permitirle al elemento la salida de una célula y la entrada en otra, convirtiéndose así en un agente infeccioso. En efecto, las estructuras genéticas del retrovirus y de los retrotransposones quasi-víricos muestran notables similitudes.

Figura 3: replicación viral-como retrotransposones
ARN polimerasas celulares transcribir retrotransposones, formando una copia de ARN del elemento. Después de la traducción, la transcriptasa inversa convierte el ARN retrotransposón en ADN de doble cadena. Esta copia de ADN del retrotransposón entonces integra, en una nueva ubicación, en el genoma de la célula misma.

La hipótesis regresiva

En contraste con el proceso progresivo que se acaba de describir, los virus pueden haberse originado a través de un proceso regresivo o de reducción. Los microbiólogos están de acuerdo en que ciertas bacterias que son parásitos intracelulares obligados, como algunas especies de Chlamydia yRickettsia, evolucionaron a partir de antepasados ​​de vida libre. De hecho, los estudios genómicos indican que la mitocondria de las células eucariotas y Rickettsia prowazekii pueden compartir un antepasado común de vida libre antepasado (Andersson et al . 1998). Se deduce, entonces, que los virus existentes pueden haber evolucionado a partir de otros organismos más complejos, posiblemente de vida libre, que perdieron la información genética con el tiempo, a medida que adoptaron un enfoque parásito de la replicación.

La hipótesis de virus-first

Tanto las hipótesis progresivas como regresivas asumen que las células existían antes de los virus. ¿Qué pasa si los virus ya existieron primero? Recientemente, varios investigadores propusieron que los virus pueden haber sido las primeras entidades replicantes. Koonin y Martin (2005) postulan que los virus existen en un mundo precellular como unidades auto-replicantes. Con el tiempo estas unidades, en su opinión, se hicieron más organizada y más complejas. Finalmente, las enzimas para la síntesis de membranas y paredes celulares evolucionaron, dando como resultado la formación de las células. Los virus, por tanto, pueden haber existido antes que bacterias, arqueas o eucariotas (Figura 4; Prangishvili et al . 2006).

La mayoría de los biólogos están de acuerdo en que las primeras moléculas replicantes consistían en ARN y no en ADN. También sabemos que algunas moléculas de ARN, ribozimas, exhiben propiedades enzimáticas, ya que pueden catalizar reacciones químicas. Tal vez, simples moléculas de ARN replicantes, existentes antes de la primera célula formada, desarrollaron la capacidad de infectar las células antes que otras. ¿Podrían ser los virus de ARN monocatenarios actuales ser los descendientes de estas moléculas de ARN precelulares?

Otros han argumentado que los precursores de los NCLDVs actuales llevaron a la aparición de las células eucariotas. Villarreal y DeFilippis (2000) y Bell (2001) describen los modelos que explican esta propuesta. Tal vez, como ambos grupos postulan, el núcleo actual de las células eucariotas surge de un evento endosimbiótica como por ejemplo que un virus complejo con ADN envuelto convirtió en un residente permanente de una ya emergente célula eucariota.

No sólo una hipótesis puede ser correcta

De dónde proceden los virus no es una pregunta fácil de responder. Se puede argumentar de manera convincente que ciertos virus, como los retrovirus, surgen a través de un proceso progresivo. Algunos elementos genéticos móviles adquirieron la habilidad de viajar entre las células, convirtiéndose en agentes infecciosos. También se puede argumentar que los virus grandes de ADN surgen a través de un proceso regresivo por el cual entidades que fueron alguna vez independientes perdieron genes clave con el tiempo y adoptaron una estrategia de replicación parasitaria. Por último, la idea de que los virus dieron lugar a la vida tal y como la conocemos presenta posibilidades muy interesantes. Tal vez los virus de hoy en día surgieron varias veces, a través de múltiples mecanismos, o tal vez todos los virus surgieron a través de un mecanismo aún por descubrir. Hoy en día la investigación básica en campos como la microbiología, genética y biología estructural nos puede proporcionar respuestas a esta pregunta básica.

Figura 4: Los virus como precursores de la vida celular
En lugar de ser derivado de las células existentes o elementos genéticos móviles, los virus pueden haber existido antes de la vida celular. Autorreplicantes unidades en el virosphere antiguo pudo haber adquirido la capacidad para formar las membranas y paredes celulares, lo que lleva a la evolución de los tres dominios de la vida. Los virus y luego siguió evolucionando con los anfitriones en evolución.

Referencias y Lecturas Recomendadas


Andersson, SGE et al . La secuencia del genoma de Rickettsia prowazekii y el origen de las mitocondrias. Naturaleza 396 , 133-143 (1998) doi: 10.1038/24094.

Bell, eucariogénesis PJL Viral: ¿Fue el antecesor del núcleo de un virus de ADN complejo? Journal of Molecular Evolution 53 , 251-256 (2001) doi: 10.1007/s002390010215.

Koonin, EV & Martin, W. Sobre el origen de los genomas y las células dentro de los compartimentos inorgánicos. Trends in Genetics 21 , 647-654 (2005).

Lander, ES et al . Secuencia inicial y el análisis del genoma humano. Naturaleza 409 , 860-921 (2001) doi: 10.1038/35057062.

La Scola, B. et al . Un virus gigante en amebas. Ciencia 299 , 2033 (2003) doi: 10.1126/science.1081867.

Nelson, MI & Holmes, EC La evolución de la gripe epidémica. Nature Reviews Genetics 8 , 196-205 (2007) doi :10-1038 / nrg2053.

Prangishvili, D., Forterre, P. & Garrett, virus RA de la Archaea:. Una visión unificadora Nature Reviews Microbiology 4 , 837-848 (2006) doi: 10.1038/nrmicro1527.

Raoult, D. & Forterre, P. Redefinición de los virus: Lecciones de mimivirus. Nature Reviews Microbiología 6 , 315-319 (2008) doi: 10.1038/nrmicro1858.

Raoult, D. et al . El 1,2-megabase secuencia del genoma de Mimivirus. Ciencia 306 , 1344-1350 (2004) doi: 10.1126/science.1101485.

Villarreal, LP & DeFilippis, VR Una hipótesis para los virus de ADN como el origen de replicación proteínas eucarióticas. Journal of Virology74 , 7079-7.084 (2000).

Xiao, C. et al . Cryo-microscopía electrónica del gigante Mimivirus. Journal of Molecular Biology 353 , 493-496 (2005) doi: 10.1016/j.jmb.2005.08.060.

Origen de los Virus | Scitable.

1 comentario

Archivado bajo ADN, ARN, Bioquímica, Virus

Una respuesta a “Origen de los Virus | Scitable

  1. He encontrado este excelente artículo para neófitos en Scitable. Es un excelente principio para los trabajos de los ultimos cursos de Secundaria. Intentad leerlo hasta el final, a ver qué tal.