Evolución vírica (parte II)

Si la tasa de mutación es notable y el tamaño de la población es pequeño o sufre cuellos de botella, escasearán los individuos cuyo genoma se encuentre libre de mutaciones. Estos individuos podrían perderse por el proceso aleatorio de deriva génica. La selección natural descarta las mutaciones que atentan contra la supervivencia del organismo (en casos extremos lo representa una mutación letal), pero se muestra menos exitosa a la hora de eliminar mutaciones que apenas afectan a la capacidad de un organismo para sobrevivir y reproducirse, transmitiéndolas a la siguiente generación y resultando, con el paso del tiempo, en una acumulación de mutaciones en el genoma cuando se dan reiterados cuellos de botella.

La adaptación es una consecuencia de la acción de la selección natural que opera siempre que existen diferencias entre genotipos. En la "pugna" por un recurso limitado, el genotipo más eficaz desplazará al resto, aumentando con ello la eficacia biológica promedio de la población. Cuando dos especies usan un mismo recurso se desencadena una "carrera de armamentos". La eficacia de cada especie mejora con respecto a sus antecesoras, pero se mantiene en la misma situación con respecto al competidor actual. A ese fenómeno de corror mucho para estar siempre en el mismo lugar, Leigh van Valen, de la Universidad de Chicago, le recordaba a un pasaje de Alicia en el país de las maravillas y, en su honor, lo llamó "el efecto de la Reina Roja". Dos clones víricos pueden coexistir largo tiempo sin que uno desplace al otro, si demuestran la misma eficacia biológica. Con el tiempo, pueden aparecer mutaciones beneficiosas en ambos genotipos. Si el efecto en la eficacia asociado con las mutaciones que han aparecido en cada genotipo es similar, ninguno de los genotipos mostrará ventaja clara sobre el otro. Antes o después, acabará por emerger una mutación beneficiosa que tenga un efecto importante en uno de los dos genotipos. Cuando esto ocurra, el primero tendrá ventaja clara sobre el segundo, al que desplazará de la población. Este desplazamiento es un reflejo de otro principio general de la biología, el de exclusión competitiva.

Experimento de Gause con dos especies de paramecios crecidos individualmente y en cocultivo. Cuando cada población crece de modo independiente presentan un crecimiento logístico, pero cuando ambas poblaciones interaccionan, con el paso del tiempo, una se impone sobre la otra en esas condiciones ambientales.

La aparición de mutaciones beneficiosas y el desplazamiento de un genotipo ancestral por otro portador de mutciones beneficiosas dirige la evolución a largo plazo de los virus de ARN. A pesar del carácter aleatorio de las mutaciones, se ha venido observando un patrón de evolución común: aumentos exponenciales de la eficacia biológica en períodos relativamente cortos (días). Éstos aumentos exponenciales no se producen de modo uniforme, sino que después de un período inicial de crecimiento rápido, seguía una deceleración en la tasa de adaptación para, finalmente, alcanzarse una situación de equilibrio en la que ya no progresaba la eficacia biológica: el virus se ha adaptado a la nueva situación. Matemáticamente, se puede describir el proceso mediante una función hiperbólica del tiempo en una escala logarítmica de eficacias biológicas. La razón de la deceleración de la velocidad de adaptación tiene que ver con la disponibilidad de mutaciones beneficiosas y depende, asimismo, de la magnitud del efecto beneficioso asociado con cada posible mutación disponible. Al principio del proceso, cuando la población vírica se encuentra lejos del óptimo adaptativo, hay muchas características fenotípicas que mejorar. Cualquier cambio que ocurrra provocará, a buen seguro, un aumento en la eficacia biológica. A medida que la población se aproxima al óptimo, se requieren mutaciones cada vez más específicas. Una vez la población vírica se adapta a la nueva situación, no suelen arse ulteriores cambios (salvo que cambie nuevamente esa situación).

Las pruebas aportadas sobre la rápida evolución de los virusde ARN planteaban dos preguntas: una relativa a la facilidad co la que podrían adaptarse a nuevos hospedadores y, la otra, sobre su capacidad replicativa ante nuevos fármacos antivíricos. Ambas preguntas obtuvieron respuesta: los clones de VSV (virus de la estomatitis vesicular, emparentado con el de la rabia) mantenidos durante años en cultivos de fibroblastos de conejillo de indias (células BHK) se adaptaron muy pronto a vivir en células epiteliales caninas (MDCK), células cancerosas humanas (HeLa), tejido conectivo de ratón (L929) y células del mosquito Lutzomyia longipalpis (LL-5). Hay que subrayar que la adaptación a estos nuevos ambientes celulares, y el consecuente aumento en eficacia biológica, no comportó ningún aumento de paralelo en la eficacia biológica en el hospedador original BHK, ni en ningún nuevo hospedador alternativo. Debía haber, por tanto, un coste en términos de eficacia biológica asociado a la ampliación del abanico de posibles hospedadores. No obstante, si la evolución tenía lugar en un ambiente fluctuante, donde podían ser dos tipos las células hospedadoras, se seleccionaban virus que mostraban una mayor eficacia biológica en ambas células: los virus evolucionados exclusivamente en un tipo celular mostraban una alta eficacia biológica en ese tipo, pero muy baja en el tipo alternativo; los virus que habían evolucionado a la vez en sendos tipos mostraban valores elevados de eficacia biológica en ambos tipos celulares. Y no sólo eso, los clones con baja eficacia biológica en el hospedador alternativo son capaces de recuperar su eficacia biológica en el hospedador original tras unos pocos días de replicación. Otro efecto observado, a tratar en otra entrada, radica en clones con una alta eficacia biológica en presencia de fármacos, pero que cuando éstos se retiran su eficacia biológica cae drásticamente.

La población vírica puede subdividirse en subpoblaciones menores, llamadas demes. Si a cada deme se le permite evolucionar en condiciones similares, las mutaciones beneficiosas aparecerán y se fijarán de un modo independiente. Aunque, debido a la naturaleza aleatoria de las mutaciones, es probable que de la adaptación en cada deme se encarguen mutaciones distintas. Si aumenta el flujo genético entre las demes (una metapoblación), las mutaciones beneficiosas se esparcirán por el sistema, facilitando así la competencia entre éstas. En virtud de la competencia, se fijará en todos los demes la mejor de las posibles mutaciones beneficiosas, con el aumento consiguiente de la eficacia biológica promedio de la metapoblación vírica. En este contexto, los demes pueden entenderse de dos maneras: como subpoblaciones víricas geográficamente aisladas o como subpoblaciones víricas adaptadas a órganos específicos dentro de un mismo hospedador infectado.

Continuará...