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Biología

Evolución adaptativa del virus SARS-CoV-2

En la lucha por acabar con la pandemia hay un factor crítico, el poder evitar la evolución adaptativa del virus coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2). La evolución adaptativa ocurre cuando la selección favorece la fijación de genes que controlan caracteres capaces de optimizar el grado de infeccción del virus. Comprender las tendencias en la evolución del coronavirus 2 del SARS-CoV-2 es fundamental para controlar la pandemia de COVID-19.

Esta evolución consiste en que desde un “Adán” del virus SARS-Cov-2 que dio origen a toda la pandemia, el virus ha ido cambiando poco a poco. Estos cambios, denominadas mutaciones, permiten al virus esquivar de alguna manera al sistema inmune de huésped para hacerse más infeccioso.

Las vacunas ayudan a mitigar este proceso al ir preparando al cuerpo para una posible invasión de partículas víricas del SARS-CoV-2. Por tanto, es una lucha por para mitigar el carácter infectivo de nuevas variantes del virus que de seguro seguirán surgiendo. Al haber tanto virus en el mundo, el ser humano es el laboratorio del propio virus, y si hay una variante que contagia más es probable que en poco tiempo acabe reemplazando a las demás, como de hecho está ocurriendo.

Los virus y su comportamiento en células

Por definición, los virus son entidades macromoleculares (grandes moléculas) capaces de replicarse solo en el interior de las células. Carentes de maquinaria metabólica propia, su existencia fuera de las células se asemeja a la materia inerte. En lugar de decir si están vivos o muertos, se considera que las partículas virales en el interior de la célula son activas y en el exterior inactivas.

Hay un componente común a todos los virus y es que pueden definirse como agentes infecciosos, capaces de transmitir una infección. Podemos encontrar virus que causan infecciones lentas, potentes, persistentes, etc.. Todos causan enfermedad y la pueden transmitir de un individuo a otro. Es un individuo quien transporta consigo el virus en su cuerpo y lo propaga.

Dentro de una célula un virus lo que hace es aprovecharse de la maquinaria sintetizadora celular para producir sus propios componentes. Las instrucciones que vienen en el material genético del virus los ribosomas las leen sin rechistar. Una vez codificadas sus componentes, se envían al retículo endoplasmático que funciona igual como una empaquetadora, igual que una central de paquetes de Amazon, y monta sus diferentes partes y crea nuevas unidades de virus.

El virus SARS-CoV-2

Desde el primer momento, gracias al trabajo de virólogos chinos conseguimos la secuencia del ARN del genoma original del virus SARS-CoV-2, aislado de Wuhan-Hu-1, cuya secuencia completa de 29,903 ribonucleótidos de ARN de cadena sencilla se depositó en GenBank (MN908947.3) y cuya secuencia de aminoácidos codificados de la glicoproteína S (S de spike) corresponde a QHD43416.1.

La glicoproteína S es una de las claves de este virus, puesto que varias vacunas utilizan esta glicoproteína S. Se remarca donde está en la Fig. 1. Además, en la figura se muestran las posiciones de varias enzimas de restricción. Las enzimas de restricción son como tijeras que reconocen secuencias de nucleótidos y cortan por esa secuencia.

evolución adaptativa
Figura 1. Mapa del genoma ARN del coronavirus SARS-CoV-2 convertido a ADN, como está almacenado en la base de datos GenBank referencia: MN908947.3. Se indica (en azul) la posición relativa de la secuencia que codifica la glicoproteína S y distintos enzimas de retricción. Herramienta utilizada SnapGene.

El genoma del virus es como un cuerda con nudos. Cada nudo es una base nitrogenada siendo A (Adenina), T (Timina), C (Citosina) y G (Guanina) las bases si es ADN (ácido desoxirribonucleico), sustituyendo la T por U (Uracilo) en el ARN (ácido ribonucleico). Parte de la secuencia del virus SARS-CoV-2 original viene en la Fig. 2. En ella se muestra la posición 266 que tiene un triplete ATG (que da lugar a la Metionina), que es un codón de inición, es decir, se le dice a la célula “a partir de aquí ve uniendo aminoácidos a una cadena”. Por tanto, los primeros 265 nucleótidos podemos decir que son “mudos”.

Figura 2. Se señala el codón de iniciación ATG del virus SARS-Cov-2.

Secuencia de genes en el SARS-Cov-2

Si echamos un vistazo a la secuencia de genes vemos que ORF1ab, el gen más grande, contiene marcos de lectura abiertos superpuestos que codifican las poliproteínas PP1ab y PP1a. Las proteínas no estructurales del SARS-CoV-2 son responsables de la transcripción viral, la replicación, el procesamiento proteolítico, la supresión de las respuestas inmunitarias del hospedador y la supresión de la expresión génica del hospedador. La ARN polimerasa dependiente de ARN es un objetivo de las terapias antivirales.

Los genes de esa secuencia original de Wuhan son los siguientes, destacando sobre todo la proteína S y la N:

Genes



AdhesiónInicioFinSímbolo genCadena
MN908947.326621555orf1abplus
MN908947.32156325384Splus
MN908947.32539326220ORF3aplus
MN908947.32624526472Eplus
MN908947.32652327191Mplus
MN908947.32720227387ORF6plus
MN908947.32739427759ORF7aplus
MN908947.32789428259ORF8plus
MN908947.32827429533Nplus
MN908947.32955829674ORF10plus

La variante delta tiene esta secuencia de genes:

Genes





AdhesiónInicioFinSímbolo genCadena
MZ646055.123621525ORF1abplus

MZ646055.12153325354Splus

MZ646055.12536326190ORF3aplus

MZ646055.12621526442Eplus

MZ646055.12649327161Mplus

MZ646055.12717227357ORF6plus

MZ646055.12736427729ORF7aplus

MZ646055.12772627857ORF7bplus

MZ646055.12786428229ORF8plus

MZ646055.12824429503Nplus

MZ646055.12952829644ORF10plus

Nuevo estudio sobre evolución adaptativa mundial y regional del SARS-CoV-2

Un estudio analizó más de 300.000 secuencias genómicas de alta calidad de variantes del SARS-CoV-2 disponibles desde enero de 2021. Los resultados muestran que la evolución en curso del SARS-CoV-2 durante la pandemia se caracteriza principalmente por una selección purificadora, pero un conjunto pequeño de los sitios parecen evolucionar bajo una selección positiva.

Para investigar la evolución del SARS-CoV-2, el estudio recopiló todos los Genomas del SARS-Cov-2 a partir del 8 de enero de 2021, y construyó un árbol filogenético global utilizando un enfoque de “divide y vencerás”. Se analizaron patrones de mutaciones repetidas fijadas a lo largo del árbol para identificar los sitios sujetos a selección positiva.

Estos sitios forman una red de posibles interacciones epistáticas. La epistasis es la interacción entre diferentes genes al expresar un determinado carácter fenotípico, es decir, cuando la expresión de uno o más genes dependen de la expresión de otro gen. Análisis de las supuestas mutaciones adaptativas proporciona la identificación de firmas de particiones evolutivas de SARS-CoV-2. La dinámica de estas particiones durante el curso de la pandemia revela periodos alternos de globalización y diversificación regional.

La diversidad de virus dentro de cada región geográfica ha ido creciendo constantemente durante la totalidad de la pandemia, pero el análisis de las distancias filogenéticas entre pares de regiones revela cuatro períodos distintos basados ​​en la partición global del árbol y la aparición de mutaciones clave.

El período inicial de rápida diversificación en filogenias específicas de la región que finalizó en febrero de 2020 fue seguido por un gran evento de extinción y homogeneización global concomitante con la propagación de D614G en la proteína S, que finalizó en marzo de 2020.

Finalmente, a partir de julio de 2020, comenzaron a surgir múltiples mutaciones, algunas de las cuales se ha demostrado desde entonces que permiten la evasión de anticuerpos, asociadas con la diversificación regional en curso, lo que podría ser indicativo de especiación.

Resumen

En esta pandemia da la impresión que siempre vamos por detrás del virus. La evolución adaptativa es una de las bazas que tiene el virus para esquivar todos los esfuerzos que hacemos para evitar su propagación.

La evolución del virus durante una pandemia es un objetivo en rápido cambio, por lo que, inevitablemente, cualquier estudio que salgo hoy puede estar desactualizado mañana. Sin embargo, aparecen tendencias que varios estudios revelan ser generales y robustas. Aunque es difícil determinar la selección positiva para sitios individuales, la evolución adaptativa del SARS-CoV-2 que implica múltiples reemplazos de aminoácidos parece estar más allá de toda duda razonable.

Como era de esperar, hay múltiples sitios seleccionados positivamente en la proteína S, pero, más sorprendentemente, hay otra proteína, la N que incluye varios sitios que parecen estar fuertemente seleccionado también. La evolución adaptativa parece ser otro problema a sortear para acabar definitivamente con la pandemia que provoca la COVID-19.

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