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» » » Descubren indicios del inicio de la vida en los virus gigantes

por Carrie Arnold, 10 de julio 2014

Los virólogos Chantal Abergel y Jean-Michel Claverie de la Universidad de Aix-Marseille se han dedicado a buscar virus extraños. El pithovirus que descubrieron en 2013 en una muestra de tierra de Siberia, había estado congelado durante más de 30.000 años, y era el virus más extraño que esta pareja pudo haber imaginado.

Con más de 1,5 micrómetros de largo, el pithovirus es el mayor virus descubierto nunca, más grande incluso que algunas bacterias. Muchos de sus 500 genes son ajenos a cualesquiera otros genes de este planeta. Crédito, Chantal Abergel y Jean-Michel Claverie.
Dentro del mundo de los microbios, los virus son pequeños, ostensiblemente pequeños. Pero el pithovirus no es así. Es el virus más grande que se haya descubierto, más grande incluso que algunas bacterias. La mayoría de los virus, al carecer de maquinaria molecular para reproducirse, secuestran la de su anfitrión. Pero el pithovirus es mucho más independiente, posee una maquinaria de replicación propia. Un número relativamente grande de genes del pithovirus también lo diferencia de otros virus, que suelen ser genéticamente simples, los más pequeños sólo tienen cuatro genes. El pithovirus cuenta con alrededor de 500 genes, y algunos se utilizan para tareas complejas, como la síntesis de proteínas y la reparación y replicación del ADN. "Era muy diferente de lo que nos enseñaron acerca de los virus", dijo Abergel.

El increíble hallazgo, revelado por primera vez en marzo, no sólo amplió las nociones de lo que es un virus, también hizo replantear de nuevo el debate sobre los orígenes de la vida.

Tradicionalmente, los científicos pensaban que los virus eran lo último relacionado con la etapa evolutiva, y que aparecieron después de las células. "Dependen de la maquinaria celular para ayudarse en su replicación, por lo que necesitan tener algún tipo de célula primitiva para hacer uso de ese mecanismo", dijo Jack Szostak, bioquímico de la Universidad de Harvard y ganador del Premio Nobel. En otras palabras, los virus están siempre gorroneando a las células, ya que sin células no pueden existir virus.

Pero algunos científicos dicen que el descubrimiento de los virus gigantes podría dar la vuelta a esta visión de la vida. Y proponen que los antepasados ​​de los virus modernos, lejos de ser los rezagados evolutivos, podrían haber proporcionado la materia prima para el desarrollo de la vida celular y haber contribuido a impulsar su diversificación en los diversos organismos que llenan todos los rincones de nuestro planeta.

- Imagen: El biólogo computacional, Eugene Koonin, cree que los virus pueden ser la clave para la evolución de la vida celular. Foto Yuri Wolf.
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"Estos virus gigantes son el ejemplo perfecto de cómo todo un mundo de elementos simples virus similares podrían haberse convertido en algo mucho más complejo", apuntaba Eugene Koonin, biólogo computacional de los Institutos Nacionales de Salud. Koonin describía su teoría sobre el origen viral de la vida en un artículo publicado  en junio, en la revista Microbiology and Molecular Biology Reviews. Tanto él como otros científicos, están acumulando pruebas de que elementos similares a virus impulsaron varias de las etapas más importantes en la aparición de la vida, como son la evolución del ADN, la formación de las primeras células y la división de la vida en tres dominios: Arqueas, bacterias y eucariotas. Las arqueas y las bacterias son organismos unicelulares y las eucariotas surgieron después de un evento de fusión entre las antiguas Arqueas y las bacterias.

Las teorías predominantes sobre el origen de los virus proponen que, o salieron de un tipo de célula degenerada que había perdido la capacidad de replicarse a sí misma o de genes que habían escapado de sus confines celulares.

Los virus gigantes, descritos por primera vez en 2003, empezaron a cambiar esa línea de pensamiento. Estas novedosas entidades representaban íntegramente un nuevo tipo de virus. De hecho, el primer espécimen aislado de una ameba, que vive en una torre refrigerada en Inglaterra, era tan extraño que les llevó unos cuantos años a los científicos entender lo que tenían. Primero asumieron que esa masa amorfa era una bacteria. Más o menos del mismo tamaño que otras bacterias y que se volvía de un brillante índigo cuando se teñía con los químicos que se adhieren sólo a algunas bacterias. Lo probó incluso un equipo de microbiólogos británicos, pero no pudieron cultivar el organismo en el laboratorio, debido a que muchos tipos de bacterias son difíciles, si no imposible, de hacerlas crecer en el laboratorio; así pues, los científicos no pensaron mucho más acerca de ella y terminaron colocando la muestra en el congelador.

Casi una década más tarde, un curioso estudiante graduado en Inglaterra, tomó unas muestras del organismo para Didier Raoult, un microbiólogo en Francia que se especializaba en la dificultad de crecimiento de bacterias. Miró esa masa amorfa, sólo que esta vez con un poderoso microscopio de electrones. Esta vez la suerte se cruzó en el camino, ya que Abergel y Claverie colaboraban con él en otro proyecto. Inmediatamente reconocieron la forma del organismo símilar a un virus (imagina un dado de 20 caras, y en cada cara un triángulo, y su forma se parece a la de un hexágono en dos dimensiones) a pesar de que el espécimen era varias veces más grande que cualquier virus conocido.

Cuando Abergel y Claverie analizaron el genoma del virus, descubrieron que contenía cerca de 1.000 genes, tantos como algunas bacterias. Los científicos nombraron mimivirus, de MImicking MIcrobe virus, porque las amebas parecen confundirse con su comida típica bacteriana.

- Imagen: Jean-Michel Claverie, virólogo de la Universidad de Aix-Marseille, ha recolectado muestras buscando virus gigantes de todo el mundo. Foto Chantal Abergel.
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Abergel y Claverie sospechan que los virus gigantes abundan en el mundo natural, pero no se detectan debido a su tamaño. Tomaron muestras de agua llenas de amebas de casi todos los sitios que visitaron. En dos muestras, una de un arroyo en Melbourne, Australia, y otra de las afueras de la costa de Chile, donde encontraron un virus aún más grande que crece entre las amebas, al que llamaron pandoravirus, que se describe en un estudio en la revista Science el año pasado. "Hemos repetido cada experimento 10 veces, porque este virus era tan raro", dijo Abergel, "que seguimos pensando que habíamos cometido un error."

- Imagen: Junto con Claverie, Chantal Abergel, también un virólogo de la Universidad de Aix-Marsella, encontraron el pandoravirus, un virus gigante de las afueras de la costa de Chile. Tiene un genoma más grande que cualquier virus, con aproximadamente 2.500 genes. Foto Jean-Michel Claverie
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Con un sorprendentemente alto número de genes, aproximadamente 2.500, el pandoravirus parecía anunciar una nueva clase de vida viral. "Más del 90 por ciento de sus genes no se parecían a ninguna otra cosa hallada en la Tierra", resaltó Abergel. "Nosotros estábamos abriendo la caja de Pandora, y no teníamos idea de lo que podría haber en el interior."

Más tarde, hace varios meses, descubrimos los pithovirus, que empequeñecen incluso a los pandoravirus y poseen genes igualmente raros. Estos extraños genes llevaron inmediatamente a los científicos a especular sobre el origen de los virus gigantes. Dado que los genes de pithoviruses eran tan diferentes de cualquier cosa que hayamos visto, parecía posible que los ancestros de los virus gigantes hubieran evolucionado desde la primitiva historia de la vida. Esta idea, sin embargo, entró en conflicto con la opinión generalmente aceptada de que los virus no evolucionaron hasta mucho más tarde. Los virus gigantes ofrecen la oportunidad perfecta para estudiar cómo estos evolucionaron, ya que sólo se relacionan de forma distante con otros virus y permitir una perspectiva aún no vista en la evolución de los virus. Pero ¿cuándo exactamente emergen los virus, antes o después del desarrollo de la vida celular?

Koonin está firme en que fue "antes". Según su teoría, conocida como la ‘Virus World’, los antepasados ​​de los virus modernos surgieron cuando toda la vida seguía siendo un guiso flotante de información genética, aminoácidos y lípidos. Las primeras piezas de material genético eran probablemente piezas cortas de ARN con relativamente pocos genes, a menudo parasitados por otras piezas flotantes de material genético para hacer copias de sí mismas. Estas piezas desnudas de información genética intercambiaron genes en un mercado genético primitivo, apropiándose de otros elementos y genes y descartando los que ya no eran necesarios.

- Imagen: Tres de los recientemente descubiertos virus gigantes, los Mimivirus (arriba), pandoravirus (centro) y pithovirus (abajo), han hecho que los científicos deban repensar la importancia de los virus en la evolución de la vida. Estos virus han sido ideales para estudiar, tan singulares como ninguna otra cosa vista en la Tierra. Crédito, Chantal Abergel y Jean-Michel Claverie.
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Con el tiempo, argumenta Koonin, los elementos genéticos parasitarios permanecieron incapaces de replicarse por sí mismos y se convirtieron en los virus actuales que van gorroneando a sus huéspedes celulares. Los genes parasitados entonces, comenzaron a desarrollar distintos tipos de información genética y otros obstáculos, para protegerse de los parásitos genéticos, lo que finalmente les hizo transformarse en células.

La Teoría Virus World está estrechamente relacionado con la Teoría RNA World, que señala que la vida evolucionó primero como pequeñas piezas de ARN y que se fueron desarrollando lentamente en organismos complejos que transportaban ADN. La Teoría Virus World está de acuerdo en que el material genético de la vida comenzó como ARN, pero difiere al argumentar que los antepasados ​​de los virus evolucionaron antes que las células.

Los partidarios apuntan a unas pocas líneas de evidencia. En primer lugar, la diversidad de virus es muy superior a la descubierta en la vida celular. "Donde hay diversidad, se encuentra el origen", enfatizó Valeriano Dolja, virólogo y biólogo celular de plantas en la Universidad Estatal de Oregon, que colabora con Koonin. Según esta perspectiva, si los virus se hubiesen desarrollado a partir de células, deberían tener menos diversidad porque serían las células las que contendrían toda la gama de genes disponibles para los virus. Es un tema recurrente en la biología evolutiva: Una de las razones por la que conocemos que los humanos se originaron en África es que la diversidad genética entre los habitantes de ese continente era mucho mayor que en cualquier otra parte. Si este patrón de diversidad es cierto para los seres humanos, declaró Dolja, no hay razón por la que no pueda serlo también para los virus.

Los virus, a su vez, son más diversos en cuanto a la reproducción. "Las células sólo tienen dos formas principales de replicar su ADN", decía Patrick Forterre, virólogo de la Universidad de Paris-Sud. "Una se encuentra en las bacterias, y la otra en las Arqueas y las eucariotas. Los virus, por el contrario, tienen muchos más métodos a su alcance.”

Forterre sugiere que los virus evolucionaron después de las células primitivas, pero antes que las células modernas. Algunos de los virus que infectan a los tres dominios diferentes de la vida comparten varias de las mismas proteínas, lo que sugiere que pueden haber evolucionado antes de que la vida se separara en estas tres ramas. Forterre todavía tiene que identificar a cualquier de estas proteínas en la vida celular, excepto de un fragmento de ADN que ha sido claramente el resultado de una inserción de genes virales. "Los virus debieron existir antes del último ancestro común universal de toda la vida en la Tierra", afirmó Forterre.
- Nota:  ¿Vida o no vida?
     Virus gigantes han desdibujado aún más la definición de lo que significa estar vivo. De acuerdo con la definición estándar, los virus tradicionales no están vivos porque carecen de la maquinaria para replicar sus genes y deben robar las que se encuentran en sus huéspedes celulares. Pero los virus gigantes parecen estar en algún lugar entre la bacteria y los virus, vivo o no. Tienen algunos genes implicados en la replicación, lo que indica que puede haber sido alguna vez organismos libres que degeneraron en virus. Algunos investigadores dicen que, esto significa que merecerían su propia rama en el árbol de la vida, la creación de un cuarto dominio que dejaría a los otros tres (arqueas, bacterias y eucariotas) en gran parte intactos. También hay apoyo para la idea de una rama para los virus gigantes. Dada su rareza genética los virus gigantes tienen genes extraños que no se encuentran en ninguna de las otras ramas del árbol.

A pesar de sus inusuales genes, los virus gigantes se han agrupado en una gran familia de virus conocidos como virus nucleocitoplasmáticos de ADN de gran tamaño, los cuales incluyen la viruela. Los virus gigantes son mucho más complejos que la viruela, por lo que los científicos pensaron al principio que evolucionaron más tarde que sus primos virales más tradicionales. Pero trabajos más recientes indican que estos virus también evolucionaron muy temprano en la historia de la vida. Gustavo Caetano-Anollés, un especialista en bioinformática en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign, trazó la historia evolutiva de las proteínas descubiertas en varios virus gigantes en un estudio en 2012 en la revista BMC Evolutionary Biology. Su trabajo demuestra que estos virus "representan una forma de vida anterior o que coexistió con el último ancestro común universal", el más reciente organismo del cual descienden todos los demás organismos de la Tierra. Si los virus gigantes son tan antiguos como calcula Caetano-Anollés, las implicaciones son asombrosas. Esto significa que un virus gigante, o uno de sus antepasados, ​​existieron antes de que otros tipos de vida pudieran haber desempeñado algún papel importante en la conformación de la vida tal como la conocemos. Esto podría significar que los virus son una de las fuerzas evolutivas dominantes en este planeta y que cada organismo tiene un pasado profundo, un pasado viral.

Los virus gigantes, mostrados en azul, están más cerca en tamaño a la bacteria E. coli que de los virus tradicionales como el rinovirus y el VIH. Un glóbulo rojo humano se muestra como referencia. Los virus gigantes también tienen muchas más proteínas que los virus tradicionales, aunque todavía menos que la E. coli. Crédito, Russell Chun para Quanta Magazine.
Szostak está de acuerdo con Koonin y otros, en que los virus han sido una poderosa fuerza evolutiva y que se desarrollaron antes de lo que los científicos pensaban anteriormente. Sin embargo, distingue entre los elementos genéticos parasitarios (esas pequeñas piezas de material genético que utilizan otras piezas de material genético para hacer copias de sí mismos), que él está de acuerdo estuvieron presentes, probablemente antes del desarrollo de las células, y los virus auténticos, que no pueden existir sin las células.

"Siempre que se mezclan muchas de estas pequeñas moléculas de ARN, se consigue un montón de secuencias de parásitos que no son buenos para nada, excepto para hacer copias de sí mismos más rápido que cualquier otra cosa", dijo Szostak. Para que estas secuencias consigan ser similares a los virus modernos, necesitan parasitar una célula viva, no sólo otra cadena de ARN.

Dolja no está de acuerdo, y aduce que las células no podrían haber evolucionado sin virus. "A fin de pasar de ARN a ADN, usted necesita de una enzima llamada transcriptasa inversa, que sólo se ha encontrado en virus como el VIH, no en las células. Entonces, ¿cómo podrían las células comenzar a utilizar el ADN sin la ayuda de un virus? "

Abergel y Claverie, sin embargo, creen que los virus surgieron de las células. Mientras que Forterre y sus colaboradores sostienen que los genes únicos descubiertos en los virus gigantes son una señal de que se desarrollaron antes que las células modernas, Abergel y Claverie tienen una explicación diferente: Los virus gigantes podrían haber evolucionado a partir de una línea de células que ahora está extinta. Según esta teoría, el antepasado de los virus gigantes perdió su capacidad de replicarse como forma de vida independiente y se vio obligado a recurrir a otras células para copiar su ADN. Las piezas de los genes de estas antiguas células sobreviven en los modernos mimivirus, pandoravirus y pithovirus, lo que explicaría esos genes únicos descubiertos en este grupo. "La vida no tenía un solo ancestro", dijo Claverie. "Hubo una gran cantidad de organismos de células similares que estaban compitiendo, y hubo un ganador, que fue la base constituyente para la vida tal como la conocemos hoy en día."

Es poco probable que el debate sobre cuándo y cómo los virus evolucionaron primero pueda alguna vez resolverse, no es más que el ensayo de responder a una pregunta cuya historia se ha desvanecido en el tiempo. Pero Abergel y Claverie siguen creyendo que los virus gigantes serán piezas claves para algunas respuestas que surgirán. La pareja busca aún iteraciones más grandes y extrañas, que esperan poder revelar gracias a, no sólo en la evolución de los virus gigantes, sino tal vez a todos los virus. "Dondequiera que miremos, encontramos virus gigantes", dijo Claverie. "A poco que estemos atentos, estas cosas están en todas partes."


- Artículo original, "Hints of Life’s Start Found in a Giant Virus"
- Nota: En el artículo original aparece una corrección en la descripción de la forma del virus, que ya está incorporada en esta traducción.
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