Abran paso al Megavirus

[Entrada publicada originalmente el 10 de Octubre del 2011]

En el año 2003, se descubrió un virus sumamente grande infectando a un protozoario llamado Acanthamoeba polyphaga. Tal era su tamaño que al comienzo se creía que era una bacteria. Sin embargo, al estudiar detenidamente su mecanismo de infección y su ciclo de vida, en la que formaba cientos de copias de sí mismo tomando por asalto las moléculas de la célula que infectaba, no quedó dudas que se trataba de un virus.

Lo más sorprendente de este virus era que su genoma medía nada menos que 1,200 millones de pares de base (~1.2Mb) —más grande que el genoma de muchas bacterias— y, además, codificaba casi 1,000 genes diferentes, cuando un típico virus como el de la gripe codifica tan sólo un promedio de 10 genes. Todas estas características hicieron que por muchos años ostente el record de ser el virus más grande del mundo. Su nombre, Mimivirus.

Un típico virus no puede reproducirse por sí solo, su pequeño genoma tan sólo codifica para unas cuantas proteínas que forman una cápsula donde se empaqueta su material genético (ADN o ARN) 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 una bacteria.

Cuando se hizo un estudio más exhaustivo de su genoma, los investigadores encontraron que el Mimivirus poseía genes que codificaban para cuatro aminoacil-ARNt sintetasas (AARS) y factores de iniciación y elongación de la traducción —enzimas claves en el proceso de formación de proteínas—; así como también, seis ARN de transferencia (ARNt), topoisomerasas y otras proteínas que comúnmente se encuentran en parásitos intracelulares más complejos. Por si fuera poco, los Mimivirus eran infectados por otros virus asesinos llamados viriófagos.

Gracias a estas características, los Mimivirus adquirieron una importancia evolutiva única porque se creía que aparecieron junto a los primeros eucariotas y que evolucionaron por ramas diferentes. Otros investigadores plantean la hipótesis que estos virus gigantes originaron los núcleos de las células eucariotas. Además, los Mimivirus ya no caen dentro de la definición estricta de un virus.

Sin embargo, la hegemonía del Mimivirus se vino abajo porque un nuevo estudio publicado el 10 de Octubre en PNAS, por un grupo de investigadores franceses liderados por la viróloga marina Defne Arslan del CNRS, muestra a un virus con un genoma 6.5% más grande que el del Mimivirus. Este virus aislado de muestras de Acanthamoeobas obtenidas de las orillas de la Estación Costera de Investigaciones Marinas en Las Cruces (Chile) fue denominado como Megavirus.

Como pueden ver en la figura de portada, la morfología y el tamaño del Megavirus chilensis es bastante similar al de los Mimivirus. La cápside —lugar donde se empaqueta el ADN— es de forma icosaédrica y está rodeada por unas diminutas fibras. El tamaño de las partículas virales es de 680nm, tan pequeña que en 1 milímetro cabría una fila de ~1,500 Megavirus bien alineados. El proceso infeccioso —desde el momento que entra en la ameba vía fagocitosis hasta que se liberan las partículas virales— toma unas 17 horas, cinco horas más que en los Mimivirus.

El genoma del Megavirus mide 1.26Mb, convirtiéndose así en el virus más grande del mundo. Los estudios bioinformáticos predijeron al menos 1,200 genes de los cuales unos 860 (77%) son homólogos al del Mimivirus. Esto quiere decir que hay más de 240 genes que son sólo exclusivos del Megavirus.

También posee dos características muy peculiares. La primera es que frente al 40% de sus genes predichos se encuentra una secuencia de 8 bases altamente conservada (AAAATTGA) la cual también es encontrada en el 45% de los genes del Mimivirus, especialmente en aquellos genes que se expresan en las primeras etapas de la infección. Esta observación sugiere que tanto el Megavirus como el Mimivirus usan la misma secuencia específica para activar la expresión temprana de genes. La segunda es que en el extremo final del 85% de los genes predichos hay una secuencia invertida (secuencias palindrómicas) que forma una horquilla o lazo en el ADN. Esta horquilla funciona como una señal de terminación de la transcripción del ADN. En el Mimivirus el porcentaje es del 72%.

El genoma del Megavirus presentaba además tres AARS adicionales a los cuatro encontrados en Mimivirus, incluyendo también a los otros factores descritos anteriormente. Estas observaciones tienen grandes implicancias en el entendimiento del origen de los virus gigantes. Normalmente, un virus puede tomar una porción del genoma de su hospedero, a veces, puede llegar a cargar un gen. A este mecanismo se le conoce como transferencia horizontal de genes. Sin embargo, es muy poco probable que tantos genes especializados en funciones similares dentro del proceso de traducción del ADN sean arrastrados y asimilados por el genoma de los virus gigantes. Además, uno de estos genes de los AARS conocido como IleRS que está presente en Megavirus pero no en Mimivirus, también puede ser encontrado en otro virus gigante poco relacionado que habita dentro del zooplancton Cafeteria roenbergensis.

Árbol filogenético obtenido al comparar las secuencias del gen IleRS de diferentes organismos. Como se puede ver, este gen ubica a los Megavirus y a C. roenbergensis (CroV) en un grupo aparte a los eucariotas, antes que estos se diversifiquen en organismos más complejos.

Lo que se cree hasta ahora en torno a los virus es que estos “roban” los genes de los organismos más complejos a los cuales infectan. Sin embargo, es muy poco probable que estos virus gigantes hayan robado tantos genes y con funciones bioquímicas específicas. Lo que plantean los autores de este trabajo es que los virus gigantes empezaron como virus gigantes —mucho más grandes de lo que son ahora— y con con el tiempo han ido perdiendo sus genes. Tal vez, al inicio, los Megavirus poseían los 20 AARS que tienen los eucariotas, y con el tiempo se han ido reduciendo hasta quedarse con tan sólo siete, y en el caso de los Mimivirus, con sólo cuatro.

Estos virus gigantes presentan genes encargados de reparar el ADN, como la fotoliasa, que usa la energía de la luz para reparar los daños causados por la radiación UV (dímeros de Timina). También poseen genes que codifican enzimas encargadas plegar las proteínas y otras que modifican aminoácidos y azúcares, los cuales no son encontrados en los típicos virus que conocemos. Y si a todo esto sumamos que estos virus son aislados de ecosistemas marinos, no sería descabellado pensar que su origen pudieron haber sido las células primitivas, a diferencia de ellas, su evolución se oriento hacia la reducción de su genoma (evolución reductiva), típica de las bacterias intracelulares. Esto ahonda más el eterno debate de si los virus son o no organismos vivos.

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Referencia:

Defne Arslan, Matthieu Legendre, Virginie Seltzer, Chantal Abergel, & Jean-Michel Claverie (2011). Distant Mimivirus relative with a larger genome highlights the fundamental features of Megaviridae Proceedings of the National Academy of Sciences doi:10.1073/pnas.1110889108

Esta entrada participa en la VI Edición del Carnaval de Biología celebrado en el Diario de Un Copépodo, “el bloj invertebrado”.