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Acechando en las Sombras Genómicas: Cómo los virus gigantes alimentan la evolución genética de los organismos

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Los virus son pequeños invasores que causan una amplia gama de enfermedades, desde la rabia hasta el virus de la marchitez del tomate y, más recientemente, el COVID-19 en los humanos. Pero los virus pueden hacer más que provocar enfermedades, y no todos los virus son diminutos.

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Los grandes virus, especialmente los de la familia de los virus nucleocítoplásmicos grandes de ADN, pueden integrar su genoma en el de su huésped, cambiando drásticamente la composición genética de ese organismo. Esta familia de virus de ADN, también conocida como virus "gigantes", se conoce en los círculos científicos desde hace bastante tiempo, pero la medida en que afectan a los organismos eucariotas ha estado envuelta en el misterio, hasta ahora.

"Los virus juegan un papel central en la evolución de la vida en la Tierra. Una forma en que dan forma a la evolución de la vida celular es a través de un proceso llamado endogenización, donde introducen nuevo material genómico en sus huéspedes. Cuando un virus gigante se endogenetiza en el genoma de un huésped de algas, crea una enorme cantidad de materia prima para que la evolución trabaje con ella", dijo Frank Aylward, un profesor asistente en el Departamento de Ciencias Biológicas en el Colegio de Ciencias de Virginia Tech y un afiliado del Centro de Cambio Global ubicado en el Instituto de Ciencias de la Vida Fralin.

Mohammad 'Monir' Moniruzzaman, investigador postdoctoral en el laboratorio de Aylward, estudia los elementos virales endógenos, que son fragmentos o secuencias enteras de ADN viral crudo que se han insertado en el genoma del huésped infectado.

Juntos, Aylward y Moniruzzaman han descubierto recientemente que los elementos virales endógenos que se originan en los virus gigantes son mucho más comunes en las algas verdes clorofíticas de lo que se pensaba anteriormente.

Sus hallazgos se publicarán hoy (18 de noviembre de 2020) en Nature.

Las clorofitas, un grupo de algas verdes, son un importante grupo de organismos fotosintéticos que se encuentran en la base de la cadena alimentaria en muchos ecosistemas y producen cantidades masivas de alimentos y oxígeno en todo el planeta. Las clorofitas prosperan en nuestros lagos y estanques, y su dinámica con los virus gigantes, así como su historia evolutiva única, fueron fundamentales para la investigación de Aylward y Moniruzzaman.

Las algas clorofíticas son parientes cercanos de las plantas terrestres, y el estudio de sus interacciones con los virus gigantes puede arrojar algo de luz sobre los papeles que los virus desempeñaron durante la evolución temprana de las plantas.

"Ahora sabemos que los elementos virales endógenos son comunes en las clorofitas, lo que hace pensar que las plantas también podrían interactuar con estos virus gigantes. Hay algunos datos que sugieren que algunas plantas tempranas, como el musgo y los helechos, experimentaron estos eventos de endogenización a lo largo de la línea de tiempo evolutiva. Pero no estamos exactamente seguros del alcance de este fenómeno en otras plantas tempranas", dijo Moniruzzaman, el primer autor de este documento publicado.

Para saber más sobre la prevalencia de elementos virales endógenos en las algas, Moniruzzaman y Aylward realizaron un análisis bioinformático de los genomas secuenciados de diferentes grupos de algas.

Descubrieron que 24 de los 65 genomas analizados tenían algún tipo de firma viral en sus genomas, que se originaba por la endogenización repetida de distintos virus. En un organismo de algas, Tetrabaena socialis, los investigadores encontraron que alrededor del 10 por ciento de sus genes se originaban de un virus de la gran familia de virus nucleo-citoplásmicos de ADN.

Aunque se ha estudiado bien la endogenización de los virus, los estudios se han limitado en su mayor parte a pequeños virus de ARN, como el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), el retrovirus responsable de causar el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA).

El estudio de Aylward y Moniruzzaman es uno de los primeros en poner de relieve los grandes virus de ADN eucariotas, lo que marca un cambio importante en este campo.

Imagen micrográfica electrónica de un AaV, un virus gigante que infecta y mata a un alga unicelular que causa floraciones de algas dañinas. Los virus gigantes que pertenecen al mismo grupo que el AaV pueden insertar frecuentemente sus genomas en los genomas de sus huéspedes. Imagen cortesía de Chuan Xiao y Yuejiao Xian, Universidad de Texas en El Paso; Steven W. Wilhelm y Eric R. Gann, Universidad de Tennessee, Knoxville.

"Estos grandes elementos virales endógenos son mucho más comunes de lo que se pensaba. Ahora que tenemos un análisis sistemático, otros investigadores van a empezar a prestar atención. Este estudio muestra que los elementos virales endógenos son bastante comunes, y por lo tanto podría ser un mecanismo común de la evolución del genoma. Creo que estos resultados ampliarán nuestra visión sobre el papel de los virus gigantes como meros agentes de la mortalidad del huésped a actores significativos en la evolución del genoma del huésped", dijo Moniruzzaman.

Ahora que Moniruzzaman y Aylward han confirmado que la endogenización está ocurriendo en virus más grandes, se preguntan qué condiciones están causando que estos virus inyecten EVE en algas verdes en primer lugar - y por qué los huéspedes no muestran signos de rechazarlos.

"No sabemos cuál es el mecanismo o cómo se mantiene el ADN, pero es posible que la endogenización sea un proceso aleatorio, casi accidental. Y una vez que el ADN viral es endogenizado, puede alterar la dinámica evolutiva del huésped, y que podría influir aún más en la evolución de ese linaje", dijo Aylward.

La idea de que hay una relación potencialmente beneficiosa en juego entre el huésped y su virus es de particular interés para Moniruzzaman.

"Podría haber una razón para que el huésped mantenga estos genomas virales dentro de ellos. No es como si estos genes virales estuvieran causando que los huéspedes no tengan éxito o no puedan sobrevivir en el ambiente. Así que esa es la cuestión: ¿Son los elementos virales endógenos beneficiosos para el huésped? ¿Y cómo se introducen y permanecen ahí?" preguntó Moniruzzaman.