Comprender la evolución de los virus
Se recrea un paso clave en la historia evolutiva de los virus en un experimento de laboratorio
Los virus siempre han tenido una gran influencia en la vida. Surgieron hace unos cuantos miles de millones de años, aunque es difícil estimar con exactitud cuándo. También hay varias teorías sobre cómo se originaron los virus. Mientras exploran una posibilidad, los investigadores de la ETH de Zúrich han conseguido recapitular en el laboratorio una etapa potencialmente fundamental en la evolución de los virus: la creación de un contenedor proteico similar a un virus, capaz de almacenar su propia información genética.
Una cáscara de proteína hueca (arriba a la izquierda) que se da de forma natural en las bacterias fue evolucionada en el laboratorio hasta convertirse en una estructura de cápside (derecha) capaz de almacenar ARN.
ETH Zürich / Stephan Tetter
En términos sencillos, los virus están formados por material genético (ARN o ADN) envuelto en una cápside proteica. La finalidad de la cápside es proteger el material genético de las influencias ambientales y facilitar su propagación. El éxito en el almacenamiento del material genético depende de que algunas partes de la cápside sean capaces de reconocer con precisión el material genético viral y de unirse a él según el principio de la llave.
Mutación y selección
Investigadores dirigidos por Donald Hilvert, profesor emérito del Departamento de Química y Biociencias Aplicadas de la ETH de Zúrich, han logrado alterar una proteína bacteriana para que adquiera esta capacidad. Los investigadores utilizaron una proteína encontrada en la bacteria termófila Aquifex aeolicus. En la bacteria, 60 copias de esta proteína se reúnen de forma natural en diminutas partículas geométricamente regulares de 12 lados. Su función es asegurar que una reacción bioquímica específica se lleve a cabo de forma eficiente. "Estas cápsides bacterianas se parecen mucho a los caparazones de los virus, salvo que no interactúan con el ARN", explica Hilvert.
Para asegurarse de que las proteínas de la cápside hacen precisamente eso, él y sus colegas utilizaron la ingeniería genética para modificar la proteína de modo que pudiera unirse a cualquier molécula de ARN que eligieran. Posteriormente, llevaron a cabo un experimento de evolución en el laboratorio para optimizar el sistema, sometiéndolo a varias rondas de modificación genética aleatoria y a la presión de selección adecuada. El resultado final fue una cápside que envolvía específicamente la molécula de ARN objetivo.
De este modo, los científicos consiguieron por primera vez producir un contenedor de proteínas que empaquetaba eficazmente su propio ARN mensajero en su interior. La cápsula resultante era más grande que la original y contenía 240 proteínas que se autoensamblaban en una cáscara geométricamente regular con 42 caras. Además, cada partícula contenía dos o tres moléculas de ARN mensajero. Los investigadores, junto con colegas de las universidades de Leeds y York, demostraron posteriormente que la carga de ARN también había cambiado su estructura tridimensional en los experimentos de evolución, lo que permitía un mecanismo de empaquetamiento común a muchas familias de virus naturales.
Una amplia gama de aplicaciones
"En el laboratorio, pudimos demostrar que una molécula de ARN y la proteína no viral que codifica pueden alterarse para producir cápsides que empaqueten eficazmente el ARN", afirma Hilvert. "Esto podría ser similar a la forma en que los virus de ARN evolucionaron hace miles de millones de años". Una teoría sobre la evolución de los virus sostiene que se originaron en células biológicas y que los primeros virus reclutaron proteínas de su célula huésped para proteger y propagar su genoma.
Los investigadores todavía tienen que abordar muchas cuestiones sin respuesta en el camino hacia la plena comprensión de cómo llegaron a existir los virus. Por ejemplo, desean investigar cómo pudieron evolucionar esas cápsides para poder escapar de una célula, invadir otra y liberar allí su material genético.
Esta investigación tiene una importancia que va más allá de la explicación de la evolución de los virus. El desarrollo de partículas similares a los virus es un área de investigación importante con una amplia gama de aplicaciones. Se trata del desarrollo de cápsides artificiales que puedan llevar su carga de ARN o ADN a las células biológicas. Las aplicaciones podrían incluir vacunas, terapia celular y administración de fármacos.
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