¿Nos hicieron humanos los virus?
(Publicado originalmente en La Nueva Ilustración Evolucionista el 14-09-2013)
Luis P Villarreal es profesor de Biología y Bioquímica y director del centro de Investigación Vírica de la Universidad de California, y es un hombre con unas ideas diferentes acerca de los virus. Yo supe de él leyendo Virolution, de Frank Ryan (entrevistado aquí por La Nueva Ilustración), que es un fan de Villarreal. Me llamaron tanto la atención sus ideas que decidí comprarme sus libros (craso error porque salvo que seas un experto en Biología Molecular, Virología y Genética, es difícil entender nada). Podríamos decir que Luis es una especie de Lynn Margulis de los virus. Básicamente, su propuesta es que los virus son una fuerza decisiva en la evolución de todas las formas de vida de este planeta, y , por supuesto, del ser humano. Donde Margulis hablaba principalmente de bacterias, Villarreal amplia la idea de simbiosis a los virus. Según él los virus y los humanos (y otras formas de vida, pero aquí vamos a hablar de nosotros) han co-evolucionado y han ido adaptando sus genomas el uno al otro. No seríamos lo que somos de no ser por los virus.
Luis P Villarreal es profesor de Biología y Bioquímica y director del centro de Investigación Vírica de la Universidad de California, y es un hombre con unas ideas diferentes acerca de los virus. Yo supe de él leyendo Virolution, de Frank Ryan (entrevistado aquí por La Nueva Ilustración), que es un fan de Villarreal. Me llamaron tanto la atención sus ideas que decidí comprarme sus libros (craso error porque salvo que seas un experto en Biología Molecular, Virología y Genética, es difícil entender nada). Podríamos decir que Luis es una especie de Lynn Margulis de los virus. Básicamente, su propuesta es que los virus son una fuerza decisiva en la evolución de todas las formas de vida de este planeta, y , por supuesto, del ser humano. Donde Margulis hablaba principalmente de bacterias, Villarreal amplia la idea de simbiosis a los virus. Según él los virus y los humanos (y otras formas de vida, pero aquí vamos a hablar de nosotros) han co-evolucionado y han ido adaptando sus genomas el uno al otro. No seríamos lo que somos de no ser por los virus.
En esta entrada voy a comentar
algunos de los fenómenos en los que los virus estarían implicados, según
Villarreal, y al final voy a intentar explicar un concepto o idea que
es central en todo su pensamiento, que es el denominado “módulo de
adicción”. No voy a tocar apenas, las hipótesis de su último libro,
Origin of Group Identity, porque son altamente especulativas y
filosóficas, aunque muy interesantes, y creo que ya es bastante
sorprendente lo que vamos a ver.
Hay que precisar una cosa primero.
Los virus simbióticos a los que se refiere Villarreal son los llamados
virus permanentes. Los típicos virus malos en los que todos pensamos
(los virus son pedazos de malas noticias envueltos en proteína, según la
famosa definición de Peter Medawar) son los llamados virus líticos, que
producen la destrucción de la célula y se extienden luego a nuevas
células diseminando así la infección. Pero todos los virus no siguen
esta estrategia, algo que costó que fuera aceptado pero está claramente
demostrado. Algunos virus se hospedan en la célula y no dan lugar a
ninguna enfermedad y cuando la célula se reproduce los virus se
reproducen con ella. Digamos que son virus que utilizan al huésped como
vehículo para su propia diseminación y reproducción pero que, dado que
tienen interés en ser transportados, se preocupan del bienestar de ese
vehículo. A estos virus se les llama virus permanentes y para Villarreal
son una fuerza creativa en la evolución del huésped al que empuja a
adquirir nuevas identidades y a acumularlas. La colonización por estos
virus va dando lugar a un fenotipo progresivamente más complejo. Pero
una característica que tiene que ocurrir para que un virus permanente
tenga éxito es que tiene que ser capaz de competir con otros parásitos
genéticos que quieran entrar en esa misma célula y ser capaz de
desplazarlos. Esta es una de las funciones del “módulo de adicción” del
que luego hablaremos. Ejemplos de virus permanentes serían: herpesvirus I
y II, virus Epstein Bar, citomegalovirus(CMV), varios tipos de
adenovirus, virus del papiloma, poliomavirus, y el virus TT.
Villarreal da mucha importancia
también al antes llamado ADN basura. Como sabemos, los genes que
codifican proteinas son similares en un 98,5% en humanos y chimpancés,
pero hay mucha diferencia en el cromosoma Y (que está lleno de
retroposones: fragmentos de ADN transcritos de forma inversa a partir de
ARN) y en regiones que no codifican proteinas. Curiosamente, se ha
visto que estas secuencias no codificadoras son las que más distinguen a
los animales y que se han conservado mejor que las regiones
codificadoras. Los retroposones, según Villarreal vienen principalmente
de retrovirus endógenos (ERVs), y de secuencias derivadas de estos ERVs,
llamadas LINES y SINES.
El Origen del núcleo de la célula eucariota
El origen del núcleo de la célula
eucariota es para muchos el mayor misterio de toda la Biología (casi
mayor que el propio origen de la vida). No existe ninguna explicación
plausible para el mismo. Villarreal plantea que los virus podrían haber
hecho este trabajo. En principio suena raro porque los virus son
demasiado pequeños y no llegarían ni a la décima parte del número de
genes que se necesitan para ello. Pero Villarreal tiene dos argumentos.
Por un lado, se han descubierto hace poco virus gigantes como el Mimivirus.
Pero, por otro lado, se asume que existió un ancestro común a todos los
tipos de vida (LUCA: last universal common ancestor), y se ha visto que
la cantidad de genes comunes a los 3 principales dominios de la vida
(bacterias, arqueas y eucariotas) es muy pequeño. Solo 324 genes se han
conservado que puedan ser considerados derivados de LUCA. Entonces,
atendiendo al número de genes, un virus ADN podría haber aportado esos
genes. Por ejemplo, el fago T4 (los fagos o profagos son los virus de
las bacterias) tiene 274 genes, el CMV tiene 220 genes. Hay virus que
tiene incluso el doble de genes, así que para Villarreal la implicación
vírica sería factible. Por contra, la explicación de que el núcleo
procede de algún elemento procariota no se sostiene porque las
diferencias entre los cromosomas de procariotas y sus sistemas de
replicación con los de las células eucariotas son abismales. Hay
cantidad de características del núcleo eucariota que no tienen
precedente en procariotas. Sin embargo, la polimerasa ADN del fago T4 es
muy parecida a la de la célula eucariota. Esto mismo ocurre con otras
funciones nucleares, que son similares a las de los virus, y la
implicación sería que ambas tienen un ancestro común. En definitiva, una
serie de datos apoyaría esta teoría y otros autores, aparte de
Villarreal, han propuesto también un origen viral del núcleo eucariota.
El Origen del Sistema Inmune adaptativo
Villarreal opina que es muy probable
un papel de los ERVs, retrovirus endógenos, en la aparición del S.Inmune
adaptativo en los peces de esqueleto óseo (aunque reconoce que no todos
los componentes del sistema adaptativo pueden ser explicados con un
origen vírico). Considerable evidencia sugiere que los componentes del
S.Inmune adaptativo se originaron de la colonización estable y
cooperación de varios parásitos genéticos, componentes que no estaban
presentes en sus inmediatos antecesores (invertebrados o lampreas). Los
primeros vertebrados en desarrollar un sistema adaptativo fueron
probablemente ancestros de tiburones y rayas.
Parece que el sistema adaptativo se
adquirió de golpe, no existen especies previas con subcomponentes de
este sistema que permita deducir una evolución gradual. Algunos
componentes son el Complejo Mayor de Histocompatibilidad, CMH I, II y III, los receptores de células T, la selección de células T vía apoptosis, el gen activador de recombinación (RAG) la recombinación VDJ,
y el enigma de esta adquisición es entender qué presiones evolutivas
pudieron conducir a la misma. La opinión de Villarreal es que este
sistema adaptativo representa un sofisticado sistema de autoidentidad
pero que no estaba dirigido simplemente a combatir patógenos. Por
ejemplo, muchos componentes del sistema adaptativo son también
constituyentes de los sistemas de identificación grupal y sexual, como
los péptidos olfativos CMH. Es muy curioso que en conjunción con esta
adquisición se produjeron importantes cambios genéticos en el genoma de
los peces con esqueleto óseo, básicamente un gran aumento en el número
de familias de ERVs y de LINES, SINES; y comenta Villarreal que hay una
asociación entre la presencia de ERVs y el origen de la evolución de los
cromosomas sexuales, es decir, la determinación genética del sexo, que
en peces anteriores se hacía según la temperatura u otros estímulos
ambientales.
El Origen de la Placenta Humana
Por un lado, la placenta humana es
parte del feto, no de la madre, por lo que se trata de un cuerpo extraño
para ella. Para conseguir que se implante en el útero tiene que evitar
ser atacada por su sistema inmune, actividad esta (burlar al sistema
inmune) en la que los virus son unos expertos. Por otro lado, sabemos
que gran parte de nuestro genoma (la mitad por lo menos) es de origen
vírico, son los llamados retrovirus endógenos humanos (HERVs), así como
otras secuencias de origen vírico como los LINE y los SINE, que se han
integrado en nuestro genoma. Sabemos que con la evolución de los
mamíferos placentarios se produce una gran invasión de ERVs Lines y
Sines en el genoma humano y que estos se expresan preferentemente en la
placenta y en el cerebro. El trofoblasto , la capa de células invasivas y metastásicas de la placenta, podría ser de origen vírico, según Villarreal.
Esto no debería ser una sorpresa,
según él, porque ya en los años 70 se observó que la placenta humana
produce gran cantidad de partículas similares a los retrovirus. Pero más
recientemente se ha identificado que el retrovirus HERV W produce la
sincitina, fundamental para que se forme la placenta. En cierto sentido,
el feto y la placenta son como un parásito, que debe invadir los
tejidos de la madre, manipular su fisiología para alimentarse a sí mismo
y escapar la detección del sistema inmune de la madre. Ninguna de estas
característica se encuentran en mamíferos anteriores (monotremas y
marsupiales) y parecen haber sido adquiridas en un solo paso. En
definitiva, que los mamíferos placentarios se habrían servido de un
truco vírico para desarrollar sus placentas
La Especiación
Como vamos a ver enseguida con el
módulo de adicción, la infección por un virus permanente otorga una
nueva identidad al huésped. Algunas bacterias se identifican, por
ejemplo, por los fagos que las infectan. Este cambio de identidad podría
llevar a que dos poblaciones anteriormente iguales desde el punto de
vista genético no puedan ya emparejarse entre sí, con lo que
obtendríamos dos especies distintas
Es muy interesante que los virus
están muy relacionados con sus huéspedes y que hay relaciones
específicas entre ciertos virus y ciertos huéspedes. Todos los seres
vivos no tienen los mismos virus, sino que los virus de bacterias,
arqueas, algas, hongos, invertebrados acuáticos, insectos, plantas,
anfibios y mamíferos tienen relaciones exclusivas con cada huésped y nos
encontramos con que determinado virus de mamífero no aparecen en
pájaros o viceversa. Los mamíferos, por ejemplo, tienen una fuerte
tendencia a ser infectados por retrovirus endógenos. Los nematodos, por
contra, son prácticamente inmunes a la infección por todo tipo de virus.
Hablando de los primates, ya he
comentado más arriba que la mayor diferencia genética entre humanos y
chimpancés está en el ADN regulador y en el cromosoma Y. Se podría
decir que lo que nos diferencia de los primates no son los genes , sino
los virus que nos colonizan. Estimaciones actuales calculan que los
primates de Africa sufrieron una colonización importante por ERVs hace
unos 30-35 millones de años, que los diferencia de los primates del
Nuevo Mundo. Una consecuencia de esta colonización fue la pérdida del
órgano vomeronasal (la inactivación de buena parte del mismo) y de
muchos genes olfativos, cosa que no ocurrió en los monos del Nuevo
Mundo, unido a la adquisición de visión en color, de dicrómica a
tricrómica. Estas adquisiciones de ERVs se ven especialmente en el
cromosoma Y (y en menor medida en el X). Se produce un giro tras esta
colonización desde lo olfativo a lo visual y lo auditivo, y el
consiguiente desarrollo de las áreas cerebrales necesarias para esas
nuevas formas de comunicación y de reconocer la identidad.
Posteriormente se han producido
nuevas colonizaciones y, en conjunto, según Villarreal, ha sido la
adquisición de este ADN parásito lo que nos ha hecho humanos. Los
humanos tenemos unas 30-50 familias de HERVs de las que 10 son del tipo
HERV-K. La procedencia del HERV-K sería a partir de variantes víricas
similares en ratones, y parece que la relación entre ratones y humanos
está documentada por evidencia fósil desde H. erectus. Parece haber
ocurrido otra invasión por HERVs hace unos 150.000 años coincidiendo con
la aparición de H sapiens. Según Villarreal, los ERVs pudieron promover
los cambios en el rápido desarrollo del cerebro humano. Sabemos que los
HERVs se expresan en el cerebro y recientemente se ha relacionado a
algunos HERVS con la Esquizofrenia y con la Esclerosis Múltiple. Los
procesos de apoptosis (muerte neuronal) esenciales en el desarrollo, y
el de pruning (poda) de neuronas -que se realiza alrededor de la
adolescencia- serían también de origen vírico.
El Módulo de Adicción
Para establecer un estado de
persistencia un virus tiene que inhibir su propia reproducción y una
consecuencia de ello va a ser que si estamos infectados por un virus
permanente vamos a ser inmunes a infecciones externas por ese virus, o
virus similares. Pero el virus tiene que montar estrategias que
mantengan su genoma viral intacto y esto lo consigue por medio del
módulo de adicción. Los módulos de adicción son secuencias de genes o
funciones que son perjudiciales para el huésped que pierda al virus pero
que son beneficiosas para el huésped que mantenga al virus. Típicamente
la parte lesiva es un elemento estable, independiente y capaz de
funcionar por sí mismo, y la parte beneficiosa del módulo es inestable y
requiere de la presencia del virus. A menudo, la parte dañina es una
toxina y la parte beneficiosa una antitoxina.
Explicado de una manera simple el
módulo funciona de la siguiente manera: cuando un virus coloniza una
célula coloca, por así decir, una bomba (toxina) capaz de destruirla,
pero el propio virus produce la antitoxina (contraseña) que la
inutiliza. Si la célula es invadida por otro virus que desplaza al
primero entonces se pierde la antitoxina (contraseña) y se produce el
suicidio o muerte celular (apoptosis). De esta manera el primer virus
evita ser desplazado por ningún otro, pero también podemos decir que se
trata de una conducta altruista, porque muriendo él mismo, evita que la
infección por un competidor afecte a otras células que albergan virus de
su familia.
Por lo tanto, se puede decir que la
célula colonizada es “adicta” ya que debe mantener la función
inmunitaria protectora del parásito si quiere sobrevivir. Hay que decir
que, aunque esta terminología de módulo de adicción se utiliza en
virología y bacteriología, su origen está en las adicciones a sustancias
(ver Neurobiology of addiction, de Koob y le Moal) y Villarreal lo
aplica a todo tipo de situaciones, a los sistemas sensoriales,
feromonas, etc., e incluso a las emociones. Por ejemplo, el vínculo
madre-hijo, o el romántico, es un módulo de adicción. El parásito sería
en este caso el hijo, o el amado. Mientras la madre ve al hijo, o el
amante al amado, se encuentra bien (de hecho sabemos que en el amor existe una estimulación de los circuitos de recompensa igual que en la adicción a sustancias),
pero si el hijo desaparece se dispara la angustia, la toxina. La
deprivación psicológica conduce a emociones tóxicas: soledad, tristeza,
depresión... Un ejemplo de módulo de adicción sería el duelo, al
desaparecer la parte beneficiosa del módulo, aparece la depresión y el
dolor, que sería la parte tóxica. Se puede considerar una adicción el
vínculo amoroso si aceptamos ese paralelismo (un tanto forzado, es
cierto) en el que el amante tiene que mantener al amado
(necesidad=toxina), por su propio bienestar, de la misma manera que la
célula mantiene al virus. En su último libro sobre el origen de la
identidad de grupo Villarreal tiene propuestas muy especulativas y
filosóficas desarrollando este tema.
Vemos con el funcionamiento de este
módulo también que identidad e inmunidad van unidas. La inmunidad es una
respuesta a una alteración de la identidad. Se ataca o se defiende uno
de lo “extraño”, y sorprende darnos cuenta de que incluso los virus
tienen mecanismos para diferenciar al yo del no-yo, o que las bacterias
son capaces de movimientos sociales, acercarse o alejarse de un
semejante, o reaccionar en grupo antes determinadas señales. También
vemos que los virus no permiten que el huésped lleve información de
otros parásitos. El juego de la vida parece que trata de transmitir la
propia identidad (información) a la vez que se impiden o eliminan
identidades (informaciones) competidoras. La postura del virus con
respecto a la célula huésped parece ser: “si no eres para mí no eres
para nadie”.
Resumiendo, para Villarreal los virus
son los grandes creadores genéticos, los grandes inventores de genes en
enormes cantidades (la tasa de mutación de virus como el VIH puede ser
un millón de veces más rápida que la del humano) y muchos de estos genes
van a acabar formando parte de los genomas de los huéspedes por un
proceso de colonización. Los virus pueden haber sido el creador oculto
que contribuyó a hacernos humanos. Si a alguno de vosotros le han
interesado las ideas de Villarreal le recomiendo leer este artículo del
que he sacado el título de la entrada: Can viruses make us human? y le recomiendo también el libro de Virolution de
Frank Ryan. A ver si Villarreal se anima a escribir un libro de
divulgación y así nos enteramos todos de sus ideas. Sería interesante
entrevistarle también para la La Nueva Ilustración Evolucionista a ver
si nos cuenta algún secreto.
@pitiklinov en Twiiter
Referencias:
-
https://evolucionyneurociencias.blogspot.com/2014/05/nos-hicieron-humanos-los-virus.html?fbclid=IwAR2fWw0x-VklsbNRTgnUJc9zfrHcGQ09G3d3lhrm1EkvB6TDXN0ueODYUkQ
-
Cazadores de virus
- https://www.youtube.com/watch?v=qS7ukBV1CHA&fbclid=IwAR0ikPgYw8aoXaFZLyoZjPQuxl8h9uwLyQsAjAt78CfiMQiDiAsBZ5Fx8S0
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