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La virosfera

 

En el post del pasado 13 de febrero prometimos abordar la siguiente pregunta “¿de donde “emergen” los virus emergentes? Ha llegado el momento de responderla, pero para ello, primero hay que hacerse algunas preguntas más, todas ellas en torno a la naturaleza de la “virosfera”. Vamos por orden:

¿Cuántos virus hay? Hay dos formas de enfrentarse a esta pregunta: una, tratar de averiguar cuantos tipos (o especies) de virus distintos hay (o sea, la aproximación cualitativa), y otra, preguntarse por la cantidad de virus existente sobre la Tierra, su número y su masa (aproximación cuantitativa). La respuesta a estas preguntas puede considerarse en gran medida especulativa, ya que queda mucho por saber antes de poder contestarlas con cierta precisión, pero lo importante del ejercicio que vamos a realizar no es lo exacto que resulte el cálculo final. Lo importante es que este ejercicio es util para dar una idea de la complejidad del mundo de lo virológico.

¿Cuántos virus diferentes hay?

La respuesta a esta pregunta no está en los libros, ni siquiera en los textos especializados. Si husmeamos en un buen texto sobre virología lo que podemos encontrar es una serie de capítulos dedicados a describir cada una de las familias de virus reconocidas por el momento, los géneros de que se componen y las especies víricas que pueblan esos géneros. ¿Es eso lo que buscamos? No, por supuesto. En el mejor de los casos, encontraremos una cifra global de los virus conocidos hasta ahora. Por ejemplo, en la última edición del tratado de virología de Fields (Fields Virology 6th Edition, 2006), en el capítulo dedicado a la familia “Herpesviridae” (compuesta por los virus similares al virus de la varicela-herpes zóster) se recogen aproximadamente 200 especies víricas distintas de herpesvirus, pero enseguida veremos que este número se queda muy corto.

Consideremos lo siguiente: si elegimos una especie animal cualquiera, por ejemplo, la bovina, se conocen cinco especies diferentes de herpesvirus que infectan al ganado bovino de forma específica. De igual modo, se han descrito por ahora nueve herpesvirus equinos, ocho herpesvirus humanos, etc, por lo que podemos decir que aproximadamente otros tantos infectan a cada una de las demás especies de mamíferos. En total hay descritas unas 5400 especies de mamíferos (probablemente esto es una fracción de las especies de mamíferos realmente existentes), y nada hace pensar que los herpesvirus prefieran determinados mamíferos como huéspedes. Ello permite estimar en torno a algunas decenas de miles el número de especies distintas de herpesvirus de mamíferos realmente existentes, una cifra muy superior –en varios órdenes de magnitud- a la de los herpesvirus descritos hasta la fecha. Pero también existen herpesvirus de aves, de reptiles, de anfíbios, etc, por lo que el número anterior debe incrementarse aún al menos tantas veces como clases de vertebrados existen. Sobre los invertebrados ni hablamos, porque sus virus son aún un mundo poco conocido, pero hay que pensar que su complejidad es probablemente mayor que en vertebrados. Tengamos asimismo en cuenta que hay otras familias taxonómicas de virus además de la familia de los herpesvirus, como la de los poxvirus (viruelas, mixomatosis, etc), flavivirus (fiebre amarilla, dengue, etc), orthomyxovirus (gripes),  picornavirus (fiebre aftosa, polio, hepatitis A), reovirus (lengua azul, peste equina africana), etc, y que con cada una de ellas podemos razonar aproximadamente del mismo modo. Incluso hay una buena cantidad de virus sin clasificar en familias. Una primera conclusión, a la luz de este ejemplo, es que conocemos una ínfima parte de los patógenos víricos que realmente existen. A ellos hay que añadir los virus no patógenos, que circulan silenciosamente, a los que, obviamente, conocemos menos, y los cuales probablemente existen en un número y variedad muy superiores a sus homólogos patógenos. La complejidad de los virus de plantas no es inferior, como tampoco lo es la de los virus que infectan a otros microorganismos como las bacterias, los hongos y los parásitos. Incluso hay virus que infectan otros virus. Por supuesto, hemos simplificado un poco, ya que muchos virus infectan a más de una especie de hospedador, pero ello no invalida nuestro razonamiento central: por cada especie de ser vivo sobre la Tierra existe una panoplia de virus distintos capaces de infectarla, lo que convierte a estos pequeños seres en la mayor fuente de biodiversidad sobre la Tierra. Ello da una somera idea de la complejidad real de mundo de los virus, de lo que aquí empezaremos a llamar desde ahora “la virosfera”, de la que conocemos solo una ínfima parte, fundamentalmente aquella que más nos interesa desde el punto de vista sanitario, y que incluye a los virus que nos afectan a nosotros y a los seres que criamos y que nos sirven de alimento (animales domésticos y plantas cultivadas).

¿Qué cantidad de virus hay sobre la Tierra?

Si el aspecto cualitativo de la virosfera es difícil, el cuantitativo no digamos. Créanme que no exagero si les digo que cada uno de nosotros somos un “saco de virus”. No se preocupen, ya que la inmensa mayoría de los virus que medran en nuestro organismo son absolutamente inocuos. Ya dijimos antes que los virus no patógenos son mucho más comunes –afortunadamente- que los patógenos. Estudios recientes sobre el viroma* humano han determinado que, por ejemplo en cada gramo de heces de un solo indivíduo hay del orden de 108 partículas víricas que corresponden a varios cientos de especies distintas de virus, la mayoría de los cuales son bacteriófagos o “fagos”, es decir, infectan a las bacterias intestinales, pero otros muchos son virus entéricos, que se propagan en nuestro tracto gastrointestinal y son eliminados por las heces, la mayor parte de las veces sin hacernos ningún daño. Nuestro viroma no se compone tan solo de los virus intestinales, sino que también forman parte de él los presentes en las secreciones orales, nasales, oculares, la piel, etc. Además, existe variación individual, e incluso temporal en el mismo indivíduo. Análogamente, en otras especies hay viromas tan complejos como el del ser humano. Pero no nos desviemos del argumento principal: estábamos hablando de cantidad, de masa en definitiva. Es difícil hacer estimaciones sobre la masa que corresponde a nuestros virus con respecto a nuestra masa corporal. Luego volvemos a este asunto. En cuestiones de masa, es más fácil y más ilustrativo hablar del agua, y en particular del agua del mar.

En 1989 un estudio, publicado en Nature (Bergh, O. & cols. Nature 340, 467–468 (1989), reveló un dato sorprendente: en un litro de agua de mar hay entre 109 y 1010 partículas víricas (más en aguas cercanas al litoral y en la zona eufótica, es decir, en los 100 metros más cercanos a la superficie, y menos en zonas oligotróficas). Numerosos estudios posteriores han corroborado este dato, que de por sí indica que la virosfera representa una parte significativa de la biomasa total del Planeta. Algunas estimaciones indican que el nº de virus sobre la Tierra podría alcanzar la cifra de 1031 (Wobus & Nguyen, Curr Opin Virology 2012, 2:60-62), alrededor de 10 veces más que el número de células procariotas (bacterias) estimado. De hecho, en el cuerpo humano se estima que hay 10 bacterias por cada una de nuestras células, y probablemente hay 10 partículas víricas por cada bacteria.

Si en números totales la cifra de virus que contiene la virosfera es enorme, veamos que pasa si traducimos esa cifra en masa. Por supuesto, los virus son muy pequeños, y en la comparación en masa salen perdiendo, pero aún así, merece la pena hacer unos pocos cálculos más para estimar cual podría ser la masa de la virosfera. Si tenemos en cuenta que una partícula vírica media “pesa” alrededor de 10 attogramos, o lo que es lo mismo, 10-17 gramos (un attogramo= 10-18 gramos), un sencillo cálculo nos dice que la masa total de la virosfera terrestre es de unas 108 toneladas (100 millones de toneladas). Para ser unos seres de tamaño tan ínfimo, se trata de una fracción significativa de la biosfera, cuya masa se estima en unos 75.000 millones de toneladas. Por poner algunos ejemplos para poder comparar, la fracción del total de la biosfera que corresponde a los seres humanos es de alrededor de 250 millones de toneladas; el krill, 500 millones de toneladas; el total de animales de granja, 700 millones de toneladas, y los cultivos, 2.000 millones de toneladas.

¿Los virus cambian?

Si han seguido el blog, ya conocen la respuesta, pues habrán ido leyendo en algunos post anteriores que los virus son entidades biológicas muy variables. Dado que el material genético de los virus es básicamente de la misma naturaleza que el de los demás seres vivos (ADN y ARN), sus fuentes de variabilidad genética son esencialmente las mismas, es decir, mutación, e intercambio de segmentos genéticos, que puede tomar la forma de recombinación y, en el caso de los virus con genoma segmentado, de redistribución genética (“genetic reassortment”). Por no extendernos mucho más, solo añadiremos que los virus tienen además unos tiempos de generación muy cortos (o sea, que sus generaciones pasan muy rápidamente), por lo que son capaces de generar variantes con características nuevas, mejor adaptadas a medios cambiantes a un ritmo muy elevado. Respondiendo a la cuestión que encabeza este epígrafe, podemos decir que la virosfera, como el resto de la biosfera, está en permanente cambio. Los virus existentes ahora mismo son una “foto fija” de un proceso en continua evolución. La virosfera se describiría mejor usando una película que mediante una foto. Algunos virus se van extinguiendo, otros van evolucionando y cambiando para generar nuevas variantes adaptadas a nuevas situaciones que irán surgiendo en el entorno. Estos son los virus emergentes, los recién llegados a la virosfera.

En conclusión, los virus emergentes surgen como consecuencia de un proceso natural que mantiene el mundo vírico en perpetuo cambio y evolución, del que van surgiendo constantemente nuevas variantes, algunas de ellas con capacidades nuevas que pueden “explotar” en un medio no permisivo para los virus precedentes. A menudo, aunque no siempre, ese cambio consiste en la adaptación a una nueva especie. A veces es la adaptación a un nuevo vector, o a una nueva forma de transmisión, etc. Debemos de ver la emergencia de nuevos virus como un proceso natural, análogo al proceso de la evolución por la que surgen nuevas especies animales, vegetales, etc, en el  mundo vivo, aunque mucho más rápido. En la Naturaleza, como ya dijo Heráclito, todo fluye, nada permanece. Y los virus no son una excepción.

 

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* Viroma: conjunto de genomas de virus presentes en una determinada muestra, generalmente representativa de un ambiente o de un organismo, sano o enfermo

NOTA: en una próxima entrada de este blog trataremos las nuevas técnicas de secuenciación masiva o metagenómica para el estudio de viromas.

 

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El virus Schmallenberg es el resultado de una redistribución de segmentos genéticos de distintos orthobunyavirus

 

El virus Schmallenberg (abreviado, SBV) sigue siendo el centro de atención del mundo de los virus emergentes. Yo no quisiera ser pesado con este virus, que al fin y al cabo, desde el punto de vista de este blog, es uno más, pero el hecho de que haya aparecido muy recientemente y que lo haya hecho en unas circunstancias muy concretas, en el Norte de Europa, afectando al ganado bovino (un sector económicamente importante), y con un montaje mediático alrededor bastante considerable, ha lanzado a este virus al estrellato.

En este blog se ha hecho un seguimiento de los principales hechos y datos relevantes acerca de este virus y la enfermedad que produce, con 5 posts dedicados al mismo, el último publicado el 12 de abril. En aquel post quise reflejar que a pesar de que se seguía produciendo mucha información sobre el SBV,  gran parte de la misma era poco o nada relevante, por lo que permaneceríamos a la espera de información que realmente fuera novedosa para exponerla en el blog. Principalmente permanecía en cuestión algo tan importante como determinar si este virus era nuevo o era una “versión” actualizada de un virus ya conocido. En esta cuestión subyace otra muy importante también, que es su origen.  Pues bien: se ha producido una novedad importante en este sentido.

Científicos japoneses han publicado un estudio genético muy relevante acerca de la anterior cuestión en el nº del 16 de mayo de la revista Archives of Virology. En dicho estudio han obtenido los datos de la secuencia nucleotídica completa de los tres segmentos que constituyen el genoma de tres orthobunyavirus estrechamente relacionados con el SBV: los virus Shamonda (SHAV), Sathuperi (SATV) y Douglas (DOUV), todos ellos pretenecientes al serogrupo Simbu. Recordemos que estos orthobunyavirus tienen un genoma consistente en 3 segmentos de RNA llamados S, M y L. Como ya explicamos en un post anterior, los primeros análisis genéticos mostraban una gran semejanza (97%) entre los segmentos S del SBV y del SHAV, pero estos estudios eran preliminares porque aunque se analizaron los demás segmentos del SBV, esa información no estaba disponible para el SHAV. El estudio japonés mencionado completa y complementa a aquel estudio preliminar, ofreciendo por primera vez datos de semejanza entre SBV, SHAV y otros orthobunyavirus próximos. Los resultados muestran que si bien el SBV guarda una estrecha relación genética con SHAV en los segmentos S y L, no es así en el segmento M, que es muy distinto entre estos dos virus, siendo más parecido entre el SBV y los virus DOUV y SATV.

Así pues, el SBV parece haberse originado a partir del intercambio genético entre dos orthobunyavirus del grupo Simbu, uno de ellos más parecido al virus Shamonda, y otro más parecido a los virus Sathuperi y Douglas. Este tipo de intercambios genéticos es posible en virus de genoma segmentado cuando co-infectan (infectan simultáneamente) a un mismo hospedador. De hecho, tienen que infectar a una misma célula. En estos casos (que son muy poco frecuentes) es posible que emerjan virus “híbridos” con genomas “mezclados” fruto de la redistribución de segmentos genéticos. Muchos de ellos no serán viables, o tendrán serias dificultades para salir adelante, pero algunos lo consiguen, y dan lugar a verdaderas nuevas variantes víricas con características novedosas. Por ejemplo, el SBV se parecerá más a DOUV/SATV en la estructura de su partícula vírica (formada por proteínas que derivan del segmento M), pero tendrá características “no estructurales” (que pueden determinar propiedades  como la virulencia, la transmisibilidad o  el rango de hospedador) más parecidas al virus SHAV.

Los estudios genéticos dan mucha información sobre el origen de un virus. El del SBV ha desvelado en parte su misterio con este reciente estudio: en efecto, parece que  se trata de un “nuevo virus“, en el sentido de que se describe por primera vez un virus con esa composición genética peculiar, por lo demás propia de los virus del serogrupo Simbu dentro del genero Orthobunyavirus, familia Bunyaviridae.

Ya que estamos resumiré un poco otras novedades con respecto al SBV:

- Definitivamente no parece que el SBV haya afectado ni pueda afectar a los seres humanos. (Infecta a ganado vacuno, ovino y caprino).

- Se transmite por picadura de vectores dípteros del género Culicoides (C. obsoletus y C. dewulfii son las especies en las que se ha identificado el virus).

- Los paises afectados por ahora son: Alemania, Holanda, Bélgica, Francia, Reino Unido, Luxemburgo, Italia y España. En nuestro país se ha detectado solamente un caso de enfermedad que afecto a una explotacion de ganado ovino y caprino, en la provincia de Córdoba.

 

 

OTRAS INFORMACIONES DE INTERËS ESTA SEMANA:

En el blog “Small things considered” hay un interesante post sobre las aportaciones de las matemáticas a la biología: http://schaechter.asmblog.org/schaechter/2012/05/where-mathematicians-biologists-meet.html

 

 

 

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