El misterio de los virus gigantes

Dentro de algunas amebas acuáticas habita un extraño huésped. Su inusual tamaño hizo que los confundieran con bacterias durante más de una década. Incluso hay investigadores que creen que merecen su propia rama en el árbol de la vida. ¿De qué extraña criatura estamos hablando?

Más grandes que bacterias

Todo empezó en 1992 cuando el Dr. Timothy Rowbothan, miembro del Servicio de Laboratorios de Salud Pública de Inglaterra, fue puesto a cargo de la investigación de un brote de neumonía en la ciudad de Bradford. Su trabajo se centró en buscar una bacteria Gram negativa llamada Legionella neumophila que años atrás el mismo había descubierto que habitaba dentro de amebas acuáticas de vida libre del género Acanthamoeba [1]. Tal como sugiere su nombre, esta bacteria es responsable de severos cuadros de neumonía en el hombre.

Sin embargo, en su lugar, Rowbothan halló pequeños parásitos intracelulares —muy parecidos a cocos Gram positivos— en amebas aisladas a partir de muestras tomadas en los sistemas de aire acondicionado. Todas las evidencias apuntaban a que este microorganismo al que llamaron Bradfordcoccus era el responsable del brote epidémico.

Todo este suceso hubiera pasado desapercibido si no fuera porque a un grupo de investigadores franceses se les ocurrió catalogar al Bradfordcoccus. Para ello necesitaban extraer su ADN y buscar la región que codifica el ARN ribosomal 16S con el fin de estudiar su secuencia y compararla con la de otras bacterias.

Nada presagiaba que Bradfordcoccus no fuera una bacteria: tenía una forma cocoide, se coloreaba como un Gram positivo y medía entre 500 y 700 nanómetros (incluso era más grande que los mycoplasmas y otras bacterias intracelulares). Pero por más que lo intentaban, no lograban obtener el ADNr 16S.

Y fue en el 2003 cuando se hizo un inesperado descubrimiento… Después de observar que Bradfordcoccus tenía forma icosaédrica (una esfera hecha con 20 triángulos, típica de los virus) y el uso de anticuerpos marcados con moléculas fluorescentes permitió visualizar su proceso de infección y su ciclo de vida con una clara fase de eclipse, no quedo dudas que Bradfordcoccus era, en realidad, ¡un virus! [2].

a) Izquierda: Ameba infectada por Mimivirus parecidos a bacterias Gram positivas (flechas). Derecha: comparación de tamaño entre Mimivirus y una bacteria (Ureaplasma urealyticum) b) Micrografías electrónicas del Mimivirus que se parece mucho a cocos Gram positivos.

Un genoma enigmático

Al año siguiente, el mismo grupo de investigadores presentó la secuencia completa del genoma del Mimivirus. Este tenía nada menos que 1,18 millones de pares de base (pb) y casi mil secuencias codificantes. Era más grande que el genoma otros organismos más complejos [ver Tabla]. Y lo más interesante, muchos de los genes de este “Goliat” viral codifican funciones que anteriormente se consideraban características distintivas del mundo celular, entre ellos, componentes centrales de la maquinaria de traducción de proteínas. Por ejemplo, el genoma del Mimivirus codifica para cuatro enzimas que unen un aminoácido (Arginina, Cisteína, Metionina o Tirosina) con su respectivo ARN de transferencia (ARNt sintetasas). Y no solo eso, estos genes llegan a expresarse durante el ciclo de replicación viral, sugiriendo que son completamente funcionales [3].

Tabla comparativa del tamaño de genomas de diferentes microorganismos (Claviere et al., 2006)

Un típico virus no puede reproducirse por sí solo, su pequeño genoma codifica solo unas cuantas proteínas que forman una cápsula donde se empaqueta su material genético y otras que le permiten reconocer y unirse a células específicas para poder infectarlas. Sin embargo, para replicar su material genético y traducir sus genes a proteínas, requiere del uso de las enzimas y moléculas de una célula hospedera o de una bacteria.

Muchas preguntas rondaban en la cabeza de los científicos. ¿Cuál era el origen de estos genes? ¿Cómo llegaron a parar en el genoma de estos virus? ¿A qué se debe su gran tamaño?

En el 2011, el descubrimiento de un virus mucho más grande que Mimivirus en las costas chilenas ahondó más el misterio. Se trata del Megavirus. Su genoma mide 1.26 millones de pb y tiene aproximadamente 1120 genes, de los cuales unos 600 son similares al del Mimivirus. Además posee genes que codifican tres ARNt sintetasas adicionales (siete en total) [4].

Reducción del genoma

Hay dos posibles escenarios que podrían explicar la presencia de estos genes en los virus gigantes: una masiva transferencia horizontal de genes (THG) entre el hospedero (o sus parásitos intracelulares) y el virus, o la evolución reductiva de un ancestro celular más complejo.

La mayoría de los biólogos que estudian este intrigante caso creen que es bastante improbable que todos los genes relacionados con la maquinaria de traducción presente en Mimivirus y Megavirus hayan sido adquiridos por THG, por lo que la segunda hipótesis sería la más acertada.

Según la hipótesis de la evolución reductiva, el ancestro más antiguo de todos los virus gigantes era, posiblemente, un organismo celular complejo que habitaba (ya sea como parasito o como endosimbionte) dentro de otros organismos mucho más grandes. Con el tiempo, se volvió cada vez más dependiente de su anfitrión y perdió gradualmente los genes esenciales para vivir por sí mismos, llegando al punto de verse forzado a usar la maquinaria de traducción y replicación de su célula hospedera.

Un cuarto dominio

En conjunto, todos estos elementos han alimentado el debate sobre el origen de los virus gigantes y la necesidad de redefinir lo que es un “virus”. Incluso algunos autores afirman que estos corresponderían a un cuarto dominio de la vida [5].

A inicios del 2012, el Dr. Matthieu Legendre, uno de los mayores estudiosos de los virus gigantes y codescubridor del Megavirus, junto a su equipo del Centre National de la Recherche Scientifique (Francia) usó dos genes altamente conservados en distintos organismos, incluyendo al Mimivirus, Megavirus y CroV —otro virus gigante descubierto en el 2010 que infecta el zooplacton marino Cafeteria roenbergensis—, para reconstruir su árbol filogenético (una representación gráfica que muestra la relación evolutiva entre distintos organismos).

Los árboles generados con cada uno de los genes mostró que el origen de los virus gigantes puede ser o bien en la raíz del dominio de los Eucariotas o bien fuera de él [6]. Este resultado fue similar al que llegaron Arslan y colaboradores usando la secuencia de una ARNt sintetasa presente en Megavirus pero no en Mimivirus [4]. Entonces, la separación temprana del ancestro primitivo de los virus gigantes sugiere que Mimivirus, Megavirus y otros más podrían formar parte de un cuarto dominio de la vida. [Si su curiosidad es grande, pueden ver los árboles filogenéticos de Legendre et al. en el siguiente link y de Arslan et al. en este otro link].

Árbol de la vida con cuatro dominios.

Una reciente investigación hecha por uno de los equipos de Legendre encontró el gen de una proteína que colabora con la terminación del proceso de traducción dentro del genoma de Mimivirus y Megavirus [7]. Esta proteína llamada Factor de Liberación clase I (RFI, por sus siglas en inglés) está presente en células eucariotas (eRFI) y arqueas (aRFI), pero no en bacterias. Lo más interesante es que el gen tiene un mecanismo de autorregulación que solo ha sido descrito en bacterias. ¿Cómo hicieron estos virus para combinar en un mismo gen una región típica de las arqueas y eucariotas con otra región típica de las bacterias? Bueno, este descubrimiento es sólo una rareza más dentro del misterioso mundo de los virus gigantes.

En la actualidad, muchos estudios se están enfocando en explicar el origen y evolución de estos virus. Se está obteniendo una mayor cantidad de datos que respaldan la hipótesis del cuarto dominio. Otros investigadores se han dedicado a la búsqueda de nuevos representantes. Sea como sea, estamos en camino hacia una nueva revolución en el campo de la biología evolutiva.

Referencias

  1. Rowbotham TJ. J Clin Pathol. 33(12): 1179 – 1183 (1980) PMID: 2626797
  2. La Scola B et al. Science. 299: 2033 (2003) DOI: 10.1126/science.1081867
  3. Legendre M et al. Genome Res. 20(5): 664 – 674 (2010) PMID: 20360389
  4. Arslan D et al. PNAS. 108(42): 17486 – 17491 (2011) DOI: 10.1073/pnas.1110889108
  5. Nasir A et al. BMC Evol Biol. 12: 156 (2012) DOI: 10.1186/1471-2148-12-156
  6. Legendre M et al. Commun Integr Biol. 5(1): 102 – 106 (2012) PMID: 3291303
  7. Jeudy S et al. PLOS Genetics. 8(12): e1003122 (2012) DOI: 10.1371/journal.pgen.1003122


Por David Castro
Publicado el ⌚ 27 diciembre, 2012
Categoría(s): ✓ Biología • Genética