Océanos de virus

Cada litro de agua de mar contiene diez mil millones de virus. Teniendo en cuenta los 1.3×1021 litros de agua de mar que cubren el 75% de la superficie de nuestro planeta, podemos afirmar que los virus son las entidades biológicas más abundantes de la tierra con cerca de 1031 individuos. La mayoría de estos virus infectan bacterias (bacteriófagos) que aunque en un número de 10 a 15 veces menor al de los virus conservan aún el primer puesto en términos de biomasa debido a su tamaño. Los protistas podrían pasar incluso a ocupar un tercer lugar en biomasa por detrás de los virus ya que pese a ser abundantes en aguas superficiales representan un porcentaje muy pequeño de las aguas profundas de los océanos…

Foto 1. Bacteriófagos con cola en el agua de mar. A. Myovirus. B. Podovirus. C. Siphovirus. Tomado de Nature  437, 356-361 (15 September 2005).

A la importancia en número que tienen los virus en los océanos, se suma la impresionante diversidad genética que éstos encierran. Estudios metagenómicos llevados a cabo con muestras de agua de mar en los últimos años han permitido capturar buena parte su riqueza genética. Se estima que existen en torno a 10.000 genotipos distintos de virus en cada kilogramo de sedimento marino y varios cientos de miles en el total de agua de mar, constituyendo en su conjunto la mayor reserva de información genética de la tierra. Estos estudios de secuenciación masiva también nos han obligado a reconocer el profundo desconocimiento que tenemos de los virus y de los microorganismos en general que pueblan los océanos. En este sentido resulta cuanto menos desconcertante que más de un 60% de las secuencias obtenidas de muestras de agua de mar no se han podido ni siquiera clasificar porque no se parecen a nada previamente secuenciado. La mayoría de los virus identificados son bacteriófagos, predominando los que tienen cola (Myo-, Sipho- y Podoviridae) y fagos pequeños con genoma de ADN de cadena sencilla (familia Microviridae). Algunos de estos virus se encuentran ampliamente distribuidos por todos los océanos pudiendo encontrar virus casi idénticos en el Caribe o a 3.200 metros de profundidad en el Ártico. Aunque menos abundantes, los phycodnavirus (virus que infectan algas) y los mimivirus (el virus más grande conocido, mayor incluso que algunas bacterias) presentan también una amplia distribución geográfica y contienen en sus grandes genomas cientos de genes únicos con función desconocida. Quizás uno de los hallazgos más sorprendentes de estos estudios ha sido encontrar que muchos bacteriófagos contienen genes implicados en funciones metabólicas propias del hospedador como la fotosíntesis o el metabolismo del carbono y del fosfato. Actualmente se piensa que estos genes fueron literalmente robados del hospedador  (transferencia horizontal de genes) proporcionando algún tipo de ventaja evolutiva a los virus durante la infección.

 

La influencia que toda esta ingente cantidad de virus puede tener sobre la ecología de los océanos apenas empieza ahora a ser comprendida. Se estima que el 20% de las bacterias de nuestros océanos mueren cada día debido a infecciones virales, contribuyendo a su muerte a un nivel comparable a la actividad depredadora del zooplancton, y ejerciendo por tanto, un control directo sobre la cantidad y composición de los microorganismos que forman la base de la cadena trófica. A veces, los efectos de estas infecciones masivas son evidentes, como es el caso del colapso de las enormes poblaciones de algunas especies de fitoplancton como E. huxleyi, P. globosa o H. akashiwo. Sin embargo, en otras ocasiones su efecto sobre la diversidad de la comunidad de microorganismos de los océanos se debe a mecanismos menos directos como la liberación de presión selectiva por infección de algún depredador del zooplancton, o la aportación de alguna ventaja evolutiva a su hospedador mediante procesos de transferencia horizontal de genes, o por la inserción del genoma viral en el genoma del hospedador (profagos). Por ejemplo, algunas bacterias no patógenas sólo difieren de otras patógenas en que estas últimas contienen profagos insertados que codifican por exotoxinas.

 

Desde un punto de vista más global, las infecciones virales afectan a procesos biogeoquímicos, como el ciclo de carbono. Los virus catalizan la transferencia de grandes cantidades de carbono desde organismos vivos a un estado de carbono disuelto, reduciendo por tanto su paso a niveles tróficos superiores y reduciendo también su posterior transferencia al fondo de los océanos como detritus. Todo este carbono resultante disuelto puede convertirse en CO2 por respiración de la comunidad microbiana o por fotodegradación. También se ha propuesto la influencia que los virus de los océanos podrían ejercer sobre el clima de la tierra. Algunas especies de algas como E. huxleyi o  P. puchetii proliferan sin control durante determinadas épocas del año. La infección masiva de estas enormes poblaciones de algas por virus provoca la liberación de grandes cantidades de DMS, un gas que facilita la acumulación de nubes en la atmósfera, afectando al clima de la tierra.

 

Algo más de información tenemos acerca de la biología de los virus que infectan invertebrados y vertebrados marinos. De forma similar a lo que ocurre fuera de los océanos, esta información está claramente ligada al interés comercial que las infecciones virales ocasionan en acuicultura, como es el caso de las infecciones de gambas (WSSV o el parvovirus de la gamba) o salmones (Rhabdovirus IHNV), o a nuestro interés por proteger especies en peligro de extinción como algunos mamíferos marinos. Por ejemplo, los morbilivirus provocan brotes epidémicos letales en poblaciones de focas, delfines y otros cetáceos.

Los océanos constituyen el mayor ecosistema de la tierra y sin duda el más desconocido. Buena parte de este desconocimiento se debe a la poca atención que se ha prestado a los virus. En los últimos años estamos asistiendo a numerosos descubrimientos que sitúan a los virus por su elevado número, su capacidad de controlar la base de la cadena trófica y por su enorme diversidad genética, en el foco de atención de la comunidad científica.

Alberto López-Bueno CBM-SO (CSIC-UAM)

mailto:alopezbueno@cbm.uam.es

Foto 2. El alga Emiliana huxleyi prolifera hasta formar extensas manchas de aspecto lechoso en el mar. La muerte masiva de esta alga por virus (flecha en la foto interior) provoca la liberación de determinados gases a la atmósfera que afectan al clima de la tierra. Tomado de Nature 415, 572-574 (7 February 2002).

 

Notas 1:

Vídeo sobre neurovirología. Entrevista en la TV Mexicana:

http://es.youtube.com/watch?v=Ahl-vLiOYPk

 

Nota 2: pincha en “enviar comentario” y en “escuchar” para acceder a unas grabaciones del programa Afectos Matinales de RNE sobre virus emergentes…

 

 

 

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Comentarios

Interesantísimo. Esto es verdadera Difusión Científica y de alta calidad. Mis más calurosas felicitaciones.

Muchas gracias José Manuel. Me alegro que te haya interesado.
Un saludo
Alberto

Fascinante exposición…me encanta poder leer cosas de tan gran nivel. Dos puntualizaciones (que no pegas): que guinda tan maravillosa hubiera sido, ya que se ha rodeado el tema en el artículo en varias ocasiones sin llegar a tocarlo, que se hubiera hecho alusión a la posible importancia de los virus en los procesos evolutivos. Y la segunda, y quizá algo más banal, es que por desgracia hay que corregir al corrector ortográfico del procesador de textos, para que no nos fusile las reglas de nomenclatura del sistema binomial linneano. (Lo siento, es que siempre me ha dolido verlo, aunque sea un alga). Mi mas sincera enhorabuena, nuevamente.

Solo una puntualizacion: en cualquier genoma existen cientos de genes que no se parecen a nada clasificado. Tenemos familias de proteinas definidas por homologia de secuencia, pero hay literalmente cientos de genes que no se ajustan a ninguna familia conocida. No es nada especial en los virus realmente.

just read it…. jijijijij…. amor esta muy interesante. xau

Siempre se agradece la corrección y ver como se rectifica. Enhorabuena de nuevo, pues, pero por esto último.
Saludos.

Muchas gracias por los comentarios y correcciones.

Efectivamente…”Uno”, pese a la gran cantidad de genomas secuenciados procedentes de todo tipo de organismos, casi todos contienen genes que no se parecen a nada previamente secuenciado, por lo que no es un aspecto exclusivo de los virus. Lo que quería resaltar en el post era la riqueza genética que estos virus grandes encierran. En este sentido, resulta bastante revelador que los genomas de los phycodnavirus o de los mimivirus presentan una mayor proporción de genes desconocidos (entre un 50% y un 80%) que de conocidos.

F. David Martínez.
Me hubiera encantado profundizar más en la importancia que tienen los virus en la evolución de sus hospedadores… y ciertamente es un tema que hubiera merecido más espacio que el que he dedicado. Escribir acerca de la influencia de los virus el la evolución del resto de organismos que forman un ecosistema como los océanos es bastante complicado. Piensa que incluso se desconoce el rango de hospedador de la mayoría de estos virus y existe aún mucha controversia sobre la dimensión y el significado de la transferencia horizontal de genes mediada por virus. Quizás merezca un artículo entero…
Por cierto, muchísimas gracias por la corrección. Según la nomenglatura binominal de Linneo el segundo nombre que describe a la especie debe ir en minúsculas, y por supuesto que también aplica a las algas de nuestros oceános. Creo que ya está corregido.

Un saludo a todos.
Alberto

Un aspecto fascinante de los virus sería el problema de su origen ¿son realmente los primeros seres en la historia de la evolución entre lo vivo y lo inerte? o por el contrario son formas regresivas de organismos celulares que han alcanzado una forma extrema de parasitismo. O quizá son el resultado evolutivo de formas acelulares: los virus de ADN procederían de provirus y plásmidos, los ARN de viroides; la cápside, un logro evolutivo. Por otra parte las formas acelulares podrían haber nacido en el seno celular cuando un determinado gen logra autonomía del genoma celular o por simple pédida de la cápside(WIKIPEDIA). Si todo esto tiene algún sentido, el origen de la vida, o sea el salto de lo inerte a lo vivo, se encontraría en otro lugar y bajo otros procesos. En todo caso, qué exito el de los virus atenor de los números que aportas. Y qué visiones de vértigo nos ofrece la ciencia. Tu exposición produce cualquier cosa menos conformismo y quietud ¡qué enormidad de cosas hay! ¡qué mente logrará encajar todas las piezas del puzle! Un saludo

Lo hemos leido y visto y esperamos que se siga investigando pues muy interesante.
Un saludo y adelante.

Ánimo chaval!!estas echo un lince!!ya sabes que al resto de los mortales nos cuesta un poquillo enterarnos de estas cosillas de virus, pero confiamos en ti!!
nos halaga tenerte en la familia!!
un besito rey

Ojalá este tipo de páginas tuvieran más difusión…

En cualquier caso, este post me ha gustado mucho. Claro e interesante.

El otro día leí en una revista sobre E. huxley y el phycodnaviridae que la infecta y me encantó. Unas genios estas algas.

(requerido)

(requerido)


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