Un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado que los virus exploran su espacio genético de forma jerárquica para adaptarse a diferentes condiciones ambientales, examinando en tiempo real sus posibilidades de evolución.
El trabajo, realizado junto al Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) y difundido en la revista especializada “Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)”, concluye que esta exploración presenta también una organización de tipo fractal. Asimismo, pone de relieve que los cambios en el entorno pueden favorecer la divergencia entre distintas poblaciones virales.
“En lugar de moverse por el espacio genético como un caminante que avanza paso a paso, los virus exploran simultáneamente una gran nube de variantes”, ha explicado la investigadora del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) y del Centro Nacional de Biotecnología (CNB), Susanna Manrubia. Ambas instituciones forman parte del CSIC.
Para alcanzar estas conclusiones, el estudio se ha centrado en el bacteriófago QB, un virus que infecta bacterias cuyo genoma, al igual que el de otros virus que afectan a la salud humana y animal –como el SARS CoV 2, el virus de la polio y el virus de la fiebre aftosa–, consiste en una molécula de ARN con una elevada tasa de mutación.
A partir del análisis de millones de secuencias poblacionales del bacteriófago QB obtenidas mediante secuenciación profunda, los investigadores han construido redes de genotipos que permiten observar con un detalle inédito la diversidad de variantes presentes en una población viral. De este modo, se ha obtenido nueva información sobre la dinámica evolutiva de los virus de ARN, conocidos por su rapidez para adaptarse a nuevos ambientes, y sobre los mecanismos moleculares que impulsan la innovación biológica.
“Nuestro trabajo muestra que esta exploración tiene una organización jerárquica que genera un fractal, y que es masiva: unas pocas secuencias muy abundantes generan toda la diversidad genética posible a distancias cortas, junto con una periferia extensa de mutantes cada vez más raros”, ha continuado Manrubia.
El estudio contrasta estos resultados con la hipótesis clásica, que propone una exploración basada en la acumulación de mutaciones neutras, capaces de modificar el genoma sin alterar la estructura física del virus. Este mecanismo permitiría un avance evolutivo mediante mutaciones silenciosas pero estables que, a escalas temporales más amplias, darían lugar a cambios de mayor calado.
Redes complejas y especialización ecológica
“Frente a esta hipótesis, nuestros resultados indican que las poblaciones virales forman complejas redes de genotipos”, ha destacado, no obstante, el investigador del CNB y del Instituto de Biología Evolutiva (IBE) del CSIC y de la Universitat Pompeu Fabra de Barcelona (UPF), Luís F. Seoane, quien ha añadido que, “en esas redes, las variantes más abundantes ocupan posiciones centrales desde las que generan mutantes cercanos en cascada, independientemente de que estos tengan mayor o menor viabilidad biológica”.
A su entender, “la exploración es tan masiva que los mutantes menos viables no afectan al conjunto de la población”. “Sin embargo, sí funcionan como atajos, acelerando cambios que requerirían caminos evolutivos más largos con solo mutaciones neutras”, ha señalado.
“Las poblaciones que evolucionan en circunstancias distintas empiezan a ocupar zonas diferentes de la red genética”, ha manifestado, por su parte, la investigadora del Centro de Astrobiología (CAB) del CSIC y del INTA, Ester Lázaro, que ha analizado también el comportamiento de poblaciones virales sometidas a diferentes temperaturas. Ello “sugiere que la especialización ecológica puede surgir de manera natural a medida que los virus exploran el espacio de mutaciones”, ha afirmado.