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Archivo de abril 14th, 2014

Simetrías para el mal

Año Internacional Cristalografía

Los virus (del latín virus, «toxina» o «veneno») constituyen sin duda una de las mayores amenazas para el futuro de la humanidad. Su estructura presenta diferentes tipos de simetría, que se presentan en esta entrada.

Virus del mosaico del tabaco

Los virus son los causantes de enfermedades que no pueden ser curadas con antibióticos, como ocurre en el caso de las bacterias, y han provocado pandemias escalofriantes a lo largo de la historia de la humanidad. El virus del SIDA aterrorizó por décadas nuestro mundo, y aunque se han desarrollado medicamentos (antivirales) contra este virus, la solución a la enfermedad está muy lejos de conseguirse. Ocurre algo parecido con el virus del Ébola. Otros virus mas benignos provocan en el cuerpo la aparición natural de anticuerpos y este queda inmunizado. También sabemos que algunos tipos de cáncer tienen origen vírico.

Descubiertos por primera vez en 1889 (el llamado virus del mosaico del tabaco, llamado así por los característicos patrones que produce en las hojas de la planta, aunque hasta 1930 no se pudo identificar al virus) eran demasiado pequeños para poder ser observados con microscopios ópticos (pero, recientemente, se han descubierto virus de gran tamaño, observables ópticamente). Un virus suele constar de tres partes: un material genético (que transporta la información hereditaria, ADN o ARN); una cubierta de proteínas para proteger los genes (que se llama cápside), y a veces una capa adicional que se llama la envoltura vírica.

Debemos decir que los virus también se presentan con un aspecto deslumbrante, a veces sobrecogedor, pero en la mayoría de las ocasiones, simétrico.  Parece curioso que, entre todas las posibles disposiciones, encontremos simetría. La razón es clara: gracias a esa simetría la regla para la replicación es muy simple: la misma en cualquier lado del virus, y por tanto les permite realizar múltiples copias  de sí mismo. Podríamos concluir que en este caso, las simetrías buscan la muerte más que la vida, manteniendo, eso sí, una trágica belleza.

Entre las simetrías típicas en los virus encontramos:

Simetría icosaedreal.

Un ejemplo de virus con estructura de icosaedro es el herpesvirus. Un icosaedro es un polígono regular formado por 20 triángulos equiláteros, que tiene por tanto 12 vértices y una serie de ejes de simetría rotacional. Este tipo de virus se forma construyendo tres subunidades idénticas que forman una cara, y por lo tanto el virus se compone de 60 subunidades (el icosaedro es la forma más sencilla para ensamblar usando estas subunidades). Sin embargo, las observaciones demostraron que las subunidades nunca eran 60, sino algunas más, lo que parece ser debido a que solo 60 no eran suficientes para encapsular todo el genoma, y sin embargo, este exceso no impedía un buen encaje en torno a un icosaedro. Por tanto la simetría no es perfecta: algo de asimetría era necesaria para resolver la paradoja.

Adenovirus

Simetría helicoidal.

Es el caso del virus del mosaico del tabaco. En vez de acumular discos de proteínas en una pila,estos forman una estructura helicoidal. Una hélice está determinada por dos parámetros: la amplitud (es decir, el diámetro del círculo proyectado sobre el plano donde se asienta la hélice), y el paso (la distancia entre cada vuelta completa).

Virus helicoidal

Virus complejos

Existen por supuesto estructuras de virus mucho más complejas en las que aparecen estas simetrías solo parcialmente. Por ejemplo, los poxvirus tienen partículas de forma oval y de un respetable tamaño observable con microscopios ópticos.

Virus Bacteriofago

Otros virus, como los bacteriofagos, poseen estructuras amenazantes que constan de una cabeza icosaedral con una cola helicoidal, y pueden tener además una base hexagonal llana, con fibras caudales proteicas que sobresalen. Es la cola la que ataca a una bacteria huésped inyectándole su genoma.

Más información:

Entradas del Año Internacional de la Cristalografía: http://www.madrimasd.org/blogs/matematicas/tag/ano-internacional-cristalografia

Manuel de León (CSIC, Real Academia de Ciencias y Academia Canaria de Ciencias) es Director del Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT) y vocal del Comité Ejecutivo de IMU.

Ágata A. Timón es responsable de Comunicación y Divulgación del ICMAT.

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