El misteri de l'origen dels virus

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

Els virus gairebé no són vius. No obstant això, el seu origen i evolució són encara menys coneguts que l'aparició d'organismes cel·lulars "normals". Encara es desconeix qui va aparèixer abans, les primeres cèl·lules o els primers virus. Potser sempre han acompanyat la vida, com una ombra desastrosa.

El problema és que els virus no són més que fragments del genoma (ADN o ARN) tancats en una capa proteica. No deixen cap rastre en el registre fòssil, i tot el que queda per estudiar el seu passat són els virus moderns i els seus genomes.

Comparant, trobant semblances i diferències, els biòlegs descobreixen enllaços evolutius entre diferents virus, determinen les seves característiques més antigues. Malauradament, els virus són inusualment variables i variats. N'hi ha prou amb recordar que els seus genomes poden estar representats per cadenes no només d'ADN (com al nostre país i, per exemple, els virus de l'herpes), sinó també d'una molècula d'ARN relacionada (com en els coronavirus).

La molècula d'ADN/ARN dels virus pot ser simple o segmentada en parts, lineal (adenovirus) o circular (poliomavirus), monocatenària (anellovirus) o bicatenària (baculovirus).

Ciència visual Virus de la grip A/H1N1

Les estructures de les partícules virals, les peculiaritats del seu cicle de vida i altres característiques, que es podrien utilitzar per a una comparació ordinària, no són menys diverses. Podeu llegir més sobre com els científics eviten aquestes dificultats al final d'aquesta publicació. De moment, recordem què tenen en comú tots els virus: tots són paràsits. No es coneix cap virus que pugui dur a terme el metabolisme per si mateix, sense utilitzar els mecanismes bioquímics de la cèl·lula hoste.

Cap virus conté ribosomes que puguin sintetitzar proteïnes, i ningú porta sistemes que permetin la producció d'energia en forma de molècules d'ATP. Tot això els fa obligats, és a dir, paràsits intracel·lulars incondicionals: són incapaços d'existir per si mateixos.

No és d'estranyar que, segons una de les primeres i més conegudes hipòtesis, les cèl·lules van aparèixer per primera vegada, i només llavors tot el món viral divers es va desenvolupar en aquest sòl.

De manera regresiva. De complex a simple

Fem una ullada a la rickettsia, també paràsits intracel·lulars, encara que bacteris. A més, algunes parts del seu genoma estan properes a l'ADN, que es troba en els mitocondris de les cèl·lules eucariotes, inclosos els humans. Pel que sembla, tots dos tenien un avantpassat comú, però el fundador de la "línia de mitocondris", infectant la cèl·lula, no la va matar, sinó que es va conservar accidentalment al citoplasma.

Com a resultat, els descendents d'aquest bacteri van perdre una massa de gens més innecessaris i es van degradar a orgànuls cel·lulars que proporcionen als hostes molècules d'ATP a canvi de tota la resta. La hipòtesi "regressiva" de l'origen dels virus creu que aquesta degradació podria haver succeït amb els seus avantpassats: un cop organismes cel·lulars completament complets i independents, al llarg de milers de milions d'anys de vida parasitària, simplement van perdre tot el que era superflu.

Aquesta vella idea ha estat revifada amb el recent descobriment de virus gegants com els pandoravirus o els mimivirus. No només són molt grans (el diàmetre de partícules del mimivirus arriba als 750 nm; en comparació, la mida del virus de la grip és de 80 nm), sinó que també porten un genoma extremadament llarg (1,2 milions d'enllaços de nucleòtids al mimivirus enfront de diversos centenars de virus comuns), que codifiquen molts centenars de proteïnes.

Entre elles també hi ha proteïnes necessàries per a la còpia i "reparació" (reparació) de l'ADN, per a la producció d'ARN missatger i proteïnes.

Aquests paràsits depenen molt menys dels seus hostes i el seu origen d'ancestres de vida lliure sembla molt més convincent. No obstant això, molts experts creuen que això no resol el problema principal: tots els gens "addicionals" podrien aparèixer més tard a partir de virus gegants, manllevats dels propietaris.

Al cap i a la fi, és difícil imaginar una degradació parasitària que pugui arribar tan lluny i afectar fins i tot la forma del portador del codi genètic i conduir a l'aparició de virus d'ARN. No és d'estranyar que es respecti igualment una altra hipòtesi sobre l'origen dels virus, tot el contrari.

Progressiu. De simple a complex

Fem una ullada als retrovirus, el genoma dels quals és una molècula d'ARN monocatenari (per exemple, el VIH). Un cop a la cèl·lula hoste, aquests virus utilitzen un enzim especial, la transcriptasa inversa, que la converteix en ADN doble normal, que després penetra al "sant dels sants" de la cèl·lula, al nucli.

Aquí és on entra en joc una altra proteïna viral, la integrasa, que insereix els gens virals a l'ADN de l'hoste. Aleshores, els enzims propis de la cèl·lula comencen a treballar amb ells: produeixen nou ARN, sintetitzen proteïnes a partir d'ells, etc.

Ciència visual Virus de la immunodeficiència humana (VIH)

Aquest mecanisme s'assembla a la reproducció d'elements genètics mòbils: fragments d'ADN que no porten la informació que necessitem, sinó que s'emmagatzemen i s'acumulen al nostre genoma. Alguns d'ells, els retrotransposons, fins i tot són capaços de multiplicar-s'hi, estenent-se amb noves còpies (més del 40 per cent de l'ADN humà està format per aquests elements "escombraries").

Per això, poden contenir fragments que codifiquen els dos enzims clau: la transcriptasa inversa i la integrasa. De fet, es tracta de retrovirus gairebé fets, sense només una capa proteica. Però la seva adquisició és qüestió de temps.

Incrustant al genoma aquí i allà, els elements genètics mòbils són bastant capaços de capturar nous gens hostes. Alguns d'ells poden ser adequats per a la formació de càpsides. Moltes proteïnes tendeixen a autoassemblar-se en estructures més complexes. Per exemple, la proteïna ARC, que té un paper important en el funcionament de les neurones, es plega espontàniament en forma lliure en partícules semblants a virus que fins i tot poden portar ARN a l'interior. Se suposa que la incorporació d'aquestes proteïnes podria produir-se unes 20 vegades, donant lloc a grans grups moderns de virus que difereixen en l'estructura de la seva embolcall.

Paral·lel. Ombra de la vida

Tanmateix, la hipòtesi més jove i prometedora torna a capgirar-ho tot, suposant que els virus van aparèixer com a molt tard a les primeres cèl·lules. Fa molt de temps, quan la vida encara no havia anat tan lluny, la protoevolució de molècules autoreplicants, capaços de copiar-se, va procedir a la "sopa primordial".

A poc a poc, aquests sistemes es van fer més complexos, transformant-se en complexos moleculars cada cop més grans. I tan bon punt alguns d'ells van adquirir la capacitat de sintetitzar una membrana i es van convertir en protocèl·lules, d'altres, els avantpassats dels virus, es van convertir en els seus paràsits.

Això va passar als albors de la vida, molt abans de la separació de bacteris, arquees i eucariotes. Per tant, els seus (i molt diferents) virus infecten representants dels tres dominis del món viu, i entre els virus hi pot haver tants que contenen ARN: són els ARN els que es consideren molècules "ancestrals", l'autoreplicació i l'evolució. del que va provocar l'aparició de la vida.

Els primers virus podrien ser molècules d'ARN tan "agressives", que només més tard van adquirir gens que codifiquen embolcalls proteics. De fet, s'ha demostrat que alguns tipus de closques poden haver aparegut fins i tot abans de l'últim avantpassat comú de tots els organismes vius (LUCA).

Tanmateix, l'evolució dels virus és un àmbit encara més confús que l'evolució de tot el món dels organismes cel·lulars. És molt probable que, a la seva manera, les tres opinions sobre el seu origen siguin certes. Aquests paràsits intracel·lulars són tan simples i alhora diversos que poden aparèixer diferents grups independentment els uns dels altres, en el curs de processos fonamentalment diferents.

Per exemple, els mateixos virus gegants que contenen ADN podrien sorgir com a resultat de la degradació de cèl·lules ancestrals, i alguns retrovirus que contenen ARN, després d'"obtenir independència" per elements genètics mòbils. Però és possible que deguem l'aparició d'aquesta amenaça eterna a un mecanisme completament diferent, encara no descobert i desconegut.

Genomes i gens. Com s'estudia l'evolució dels virus

Malauradament, els virus són increïblement volàtils. No tenen sistemes per reparar els danys a l'ADN, i qualsevol mutació roman al genoma, subjecte a una selecció addicional. A més, diferents virus que infecten una mateixa cèl·lula intercanvien fàcilment fragments d'ADN (o ARN), donant lloc a noves formes recombinants.

Finalment, el canvi generacional es produeix amb una rapidesa inusual; per exemple, el VIH té un cicle de vida de només 52 hores i està lluny de ser el més curt de vida. Tots aquests factors proporcionen la ràpida variabilitat dels virus, la qual cosa complica molt l'anàlisi directa dels seus genomes.

Al mateix temps, un cop a una cèl·lula, els virus sovint no inicien el seu programa paràsit habitual: alguns estan dissenyats d'aquesta manera, d'altres a causa d'una fallada accidental. Al mateix temps, el seu ADN (o ARN, prèviament convertit en ADN) pot integrar-se als cromosomes de l'hoste i amagar-se aquí, perdent-se entre els nombrosos gens de la pròpia cèl·lula. De vegades el genoma viral es reactiva, i de vegades es manté en una forma tan latent, passant de generació en generació.

Es creu que aquests retrovirus endògens representen fins a un 5-8 per cent del nostre propi genoma. La seva variabilitat ja no és tan gran: l'ADN cel·lular no canvia tan ràpidament i el cicle de vida dels organismes pluricel·lulars arriba a desenes d'anys, no hores. Per tant, els fragments que s'emmagatzemen a les seves cèl·lules són una valuosa font d'informació sobre el passat dels virus.

Una àrea separada i encara més jove és la proteòmica dels virus: l'estudi de les seves proteïnes. Després de tot, al cap i a la fi, qualsevol gen és només un codi per a una determinada molècula de proteïna necessària per dur a terme determinades funcions. Alguns "s'ajusten" com peces de Lego, plegant l'embolcall viral, d'altres poden unir i estabilitzar l'ARN viral, i d'altres es poden utilitzar per atacar les proteïnes d'una cèl·lula infectada.

Els llocs actius d'aquestes proteïnes són els responsables d'aquestes funcions, i la seva estructura pot ser molt conservadora. Conserva una gran estabilitat al llarg de l'evolució. Fins i tot les parts individuals dels gens poden canviar, però la forma del lloc de la proteïna, la distribució de les càrregues elèctriques en ell, tot el que és crític per a la realització de la funció desitjada, segueix sent gairebé igual. Comparant-los, es poden trobar les connexions evolutives més llunyanes.