Evolución viral

Estudios a nivel molecular han revelado relaciones entre virus que infectan organismos de cada uno de los tres dominios de la vida , lo que sugiere proteínas virales que preceden a la divergencia de la vida y, por lo tanto, infectan al último ancestro común universal . ^{[ 4 ]} Esto indica que algunos virus surgieron tempranamente en la evolución de la vida. ^{[ 5 ]} No existe una característica genética verdaderamente universal compartida en toda la virosfera; algunos virus no están relacionados entre sí. De esta evidencia se puede inferir que los virus han surgido múltiples veces. ^{[ 6 ]} Se ha sugerido que nuevos grupos de virus han surgido repetidamente en todas las etapas de la evolución, a menudo a través del desplazamiento de genes estructurales ancestrales y genes de replicación del genoma. ^{[ 7 ]}

Existen tres hipótesis clásicas principales ^{[ 8 ]} que pretenden explicar los orígenes de los virus:

Hipótesis regresiva

Es posible que los virus hayan sido en el pasado células pequeñas que parasitaban células más grandes. Con el tiempo, se perdieron genes que no eran necesarios para su parasitismo. Las bacterias rickettsia y clamidia son células vivas que, al igual que los virus, solo pueden reproducirse dentro de las células huésped. Estas bacterias respaldan esta hipótesis, ya que su dependencia del parasitismo probablemente causó la pérdida de genes que les permitían sobrevivir fuera de la célula. Esto también se conoce como la "hipótesis de la degeneración" ^{[ 9 ] : 16 [ 10 ] : 11} o la "hipótesis de la reducción" ^{[ 11 ] : 24 .}

Hipótesis del origen celular

Algunos virus podrían haber evolucionado a partir de fragmentos de ADN o ARN que "escaparon" de los genes de un organismo más grande. El ADN escapado podría provenir de plásmidos (fragmentos de ADN desnudo que pueden moverse entre células) o transposones (moléculas de ADN que se replican y se mueven a diferentes posiciones dentro de los genes de la célula). ^{[ 12 ] : 810} Los transposones, antes llamados "genes saltarines", son ejemplos de elementos genéticos móviles y podrían ser el origen de algunos virus. Fueron descubiertos en el maíz por Barbara McClintock en 1950. ^{[ 13 ]} A esto se le llama a veces la "hipótesis de la vagancia", ^{[ 9 ] : 16 [ 10 ] : 11–12} o la "hipótesis del escape". ^{[ 11 ] : 24}

Hipótesis de que el virus fue el primero

Esto también se llama la "hipótesis de coevolución" ^{[ 11 ] : 24} y propone que los virus pueden haber evolucionado a partir de moléculas complejas de proteína y ácido nucleico al mismo tiempo que aparecieron las primeras células en la Tierra y habrían dependido de la vida celular durante miles de millones de años. Los viroides son moléculas de ARN que no se clasifican como virus porque carecen de una cubierta proteica. Tienen características que son comunes a varios virus y a menudo se les llama agentes subvirales . ^{[ 9 ] : 55} Los viroides son patógenos importantes de las plantas. ^{[ 12 ] : 791} No codifican proteínas pero interactúan con la célula huésped y utilizan la maquinaria del huésped para su replicación. ^{[ 14 ]} El virus de la hepatitis delta de los humanos tiene un genoma de ARN similar al de los viroides pero tiene una cubierta proteica derivada del virus de la hepatitis B y no puede producir una propia. Es, por lo tanto, un virus defectuoso. Aunque el genoma del virus de la hepatitis delta puede replicarse de forma independiente una vez dentro de una célula huésped, requiere la ayuda del virus de la hepatitis B para proporcionar una cubierta proteica que le permita transmitirse a nuevas células. ^{[ 12 ] : 460} De manera similar, el virófago Sputnik depende del mimivirus , que infecta al protozoo Acanthamoeba castellanii . ^{[ 15 ]} Estos virus, que dependen de la presencia de otras especies virales en la célula huésped, se denominan " satélites " y pueden representar intermediarios evolutivos entre viroides y virus. ^{[ 10 ] : 777 [ 9 ] : 55–57}

• Hipótesis de los orígenes quiméricos: Basándose en los análisis de la evolución de los módulos replicativos y estructurales de los virus, en 2019 se propuso un escenario quimérico para el origen de los virus. ^{[ 7 ]} Según esta hipótesis, los módulos de replicación de los virus se originaron a partir del acervo genético primordial, aunque el largo curso de su evolución posterior implicó muchos desplazamientos de genes replicativos de sus huéspedes celulares. Por el contrario, los genes que codifican las principales proteínas estructurales evolucionaron a partir de proteínas del huésped funcionalmente diversas a lo largo de la evolución de la virosfera. ^{[ 7 ]} Este escenario es distinto de cada uno de los tres escenarios tradicionales, pero combina características de las hipótesis de origen viral y de escape.

Uno de los problemas para estudiar los orígenes y la evolución viral es la alta tasa de mutación viral, particularmente en el caso de retrovirus de ARN como el VIH/SIDA. Sin embargo, un estudio reciente basado en comparaciones de estructuras de plegamiento de proteínas virales ofrece nuevas evidencias. Las Superfamilias de Plegamiento (FSF, por sus siglas en inglés) son proteínas que muestran estructuras de plegamiento similares independientemente de la secuencia real de aminoácidos, y se ha descubierto que presentan evidencia de filogenia viral . El proteoma de un virus, el proteoma viral , aún contiene rastros de historia evolutiva antigua que pueden estudiarse hoy en día. El estudio de las FSF de proteínas sugiere la existencia de linajes celulares antiguos comunes tanto a células como a virus antes de la aparición del "último ancestro celular universal" que dio origen a las células modernas. La presión evolutiva para reducir el genoma y el tamaño de las partículas puede haber reducido eventualmente las células virales a virus modernos, mientras que otros linajes celulares coexistentes evolucionaron finalmente hacia células modernas. ^{[ 16 ]} Además, la larga distancia genética entre los FSF de ARN y ADN sugiere que la hipótesis del mundo de ARN puede tener nueva evidencia experimental, con un largo período intermedio en la evolución de la vida celular.

Excluir definitivamente una hipótesis sobre el origen de los virus en la Tierra es difícil debido a las interacciones omnipresentes entre virus y células, y a la falta de rocas lo suficientemente antiguas como para revelar rastros de los primeros virus del planeta. Desde una perspectiva astrobiológica , se ha propuesto, por lo tanto, que en cuerpos celestes como Marte se busquen activamente no solo células, sino también rastros de antiguos viriones o viroides: posibles hallazgos de rastros de viriones en aparente ausencia de células podrían respaldar la hipótesis del origen viral. ^{[ 17 ]}

El virus Escherichia T4 (fago T4) es una especie de bacteriófago que infecta a la bacteria Escherichia coli . Es un virus de ADN de doble cadena de la familia Straboviridae (anteriormente Myoviridae ). ^{[ 35 ]} El fago T4 es un parásito intracelular obligado que se reproduce dentro de la célula bacteriana huésped y su progenie se libera cuando el huésped es destruido por lisis . La secuencia genómica completa del fago T4 codifica alrededor de 300 productos génicos . ^{[ 36 ]} Estos virus virulentos se encuentran entre los virus más grandes y complejos que se conocen y son uno de los organismos modelo mejor estudiados . Han desempeñado un papel clave en el desarrollo de la virología y la biología molecular . El número de homologías genéticas reportadas entre el fago T4 y las bacterias y entre el fago T4 y los eucariotas es similar, lo que sugiere que el fago T4 comparte ancestros con bacterias y eucariotas y tiene aproximadamente la misma similitud con cada uno. ^{[ 37 ]} El fago T4 pudo haber divergido evolutivamente de un ancestro común de bacterias y eucariotas o de un miembro evolucionado tempranamente de cualquiera de los linajes. La mayoría de los genes del fago que muestran homología con bacterias y eucariotas codifican enzimas que actúan en los procesos ubicuos de replicación del ADN , reparación del ADN , recombinación y síntesis de nucleótidos . ^{[ 37 ]} Es probable que estos procesos hayan evolucionado muy temprano. Las características adaptativas de las enzimas que catalizan estos procesos tempranos pueden haberse mantenido en los linajes del fago T4, bacteriano y eucariota porque eran soluciones establecidas y bien probadas a problemas funcionales básicos para cuando estos linajes divergieron.