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Darwinismo vírico

02 jueves Dic 2021

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Para hacer seguimiento la OMS de las variantes en circulación, estudia las sustituciones de aminoácidos de la proteína S de las variantes «preocupantes» y las variantes de «interés» en cada variante. Necesitan comprender como se protege el virus, como ser reproduce y como cambia. El virus necesita: infectar, reproducirse, mutar y hacerse así más fuerte y contagiar más.
La única forma de saber si el virus ha mutado es a partir de «la secuenciación genómica«, para determinar la composición del virus.


Los virus existen en la Tierra desde hace 4 mil millones de años. Darwin mediante la «selección natural» establece que las características de un individuo se heredan de padres a hijos y se seleccionan a los organismos más adaptados para sobrevivir: cambios que confieren ventajas a las especies.

Darwin nos plantea la selección natural en organismos superiores cuando no se conocían los genes y la genética actual molecular, pero que ocurre con los virus y su material genético: ¿También hay selección?
Theodosius Dobzhansky con su obra «La genética y el origen de las especies» (1937) establece una convergencia entre el naturalismo y la genética: une las ideas de Darwin con la genética. ErnsT Mayr en 1942 publica «La sistemática y el origen de las especies» combinando el naturalismo y la biodiversidad con su «teoría sintética» o «neodarwinista» de la evolución.
La teoría neodarwinista sigue siendo la dominante de la evolución hasta nuestros días, sus puntos más importantes son:

  • herencia mendeliana
  • resuelve el antagonismo entre la naturaleza discreta de la variación genética y el carácter continuo de parte de la evolución gradual
  • caracter aleatorio de la evolución
  • formulación matemática de procesos evolutivos fundamentales: Fisher, Wright, Haldane
  • concepto biológico de especie y proceso de especiación: Dobzhasky, Mayr.
  • registro fosil: George Gaylord Sympson

Todos los virus cambian con el paso del tiempo y el SARS-Cov-2, el virus causante de la COVID-19 también, la mayoría de de estos cambios tienen escaso o nulo efecto sobre las propiedades del virus, son material genético y el único objetivo que tienen es multiplicarse, tienden a no matar al huésped porque lo necesitan para seguir reproduciéndose, . Pero cuando el coronavirus circula masivamente, se reproduce y muta tanto que resulta fortalecido:

  • surgen las variantes de «preocupación» por falta de vacunas, pocas medidas preventivas, evasión del sistema inmune, asociándose a casos de mayor gravedad.
  • esparciéndose por la vía aérea los miles de virones que pueden alcanzar millones de células
    Cuando una mutación en una variante nueva por casualidad saca una ventaja selectiva al virus original, esa será la que se ampliará y acaba compitiendo y desplazando a las anteriores: caso darwiniano de selección natural.
    El organismo se defiende a partir de una respuesta innata o específica:
  • inmunidad humoral (anticuerpos)
  • inmunidad celular

La vacunación es clave para bloquear el avance del virus y sus mutaciones, las «variantes preocupantes» se dan en países que no toman las medidas recomendadas. El Covid es un virus respiratorio que ingresa por la nariz o la boca y la persona puede estar 7 u 8 días sin síntomas o cursar toda la enfermedad de forma asintomática, replicándose, mutando e infectando a otras personas.
Actualmente hay miles de variantes de SARS-CoV-2 la aparición de las variantes «predominantes» más que por las diferencias genéticas con otras variantes se ha visto influenciada por hábitos de la población, políticas de vigilancia epidemiológica y los viajes internacionales. La OMS lo trata como un asunto de «salud global».

Bibliografía:

OMS: «Seguimiento de las variantes del Sars-Cov-2»
https://www.who.int/es/activities/tracking-SARS-CoV-2-variants

CDC Centers for Disease Control and Prevention USA gov.): «Variants of the Virus» 2021
https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/variants/variants.html

Gamero de Luna, E.J; Gamero Estévez, E; «Mutaciones, variantes y cepas de SARS-CoV-2»,Medicina de Familia. SEMERGEN, Vol. 47. Núm. 3. páginas 208-209 (Abril 2021), ELSEVIER
https://www.elsevier.es/es-revista-medicina-familia-semergen-40-articulo-mutaciones-variantes-cepas-sars-cov-2-S1138359321000320

Domingo Solans,Esteban, MNCN (Museo Nacional de Ciencias Naturales) «Los virus como modelos para la evolución darwiniana»
https://www.mncn.csic.es/es/sociedad-de-amigos-del-museo/los-virus-como-modelos-para-la-evolucion-darwiniana

Proyecto NEXTSTRAIN
https://nextstrain.org/

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Adaptación del SARS-CoV-2

02 domingo May 2021

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El análisis filogenético de los coronavíridos (Coronaviridae) indican un nuevo linaje del subgénero Sarbecovirus dentro del género Betacoronavirus, son virus ARNm monocatenarios positivos (ARNmc+ o virus (+) ssRNA), no se replica usando ADN intermediario. Pertenecen al Grupo IV de la clasificación de Baltimore. Con más de 12 patógenos específicos de mamíferos y aves. El ARN es de simple hélice, sentido positivo de 27 a 31 kilobases, con superficies reunidas de 120 a 160 mm de diámetro. Ambos 5´y 3´terminales de genoma tienen una cubierta y un politracto (A) respectivamente.

Las mutaciones se producen en todos los organismos a medida que las células se replican. Los virus ARN mutan más deprisa, cuando el virus hace copias, la enzima que replica el genoma comete errores. La molécula de ADN esta formada por 4 bases: A, G, C y U. La sustitución de los aminoácidos que forman las proteínas superficiales del virus, pueden cambiar las características de propagación y su reacción ante medicamentos antivirales y vacunas.
Los virus de ARN suelen tener tasas más elevadas de mutación que los virus ADN, sin embargo; los coronavirus producen menos mutaciones que la mayoría de los virus ARN porque codifican una enzima que corrige errores cometidos durante la replicación. Incrementa en frecuencia una mutación.

El destino de la mutación esta determinado por la selección natural: si tiene ventaja competitiva respecto a la replicación viral: mejora la transmisión o esquiva la inmunidad; aumentará en frecuencia.
Las mutaciones se suelen producir en la «glicoproteina de pico» que media la unión a las células y es un objeto principal de los anticuerpos neutralizantes. Una mutación puede mejorar la adaptación del virus (unión a receptor) pero también puede perjudicarle si reduce la resistencia a los anticuerpos generados por el huésped.
La genética confirma que aunque los virus viven mutando, su frecuencia de mutación no es muy alta. Es un tipo de virus de ARN que utiliza sus propias enzimas para crear copias de genoma, muta y esa capacidad de mutación es su mayor peligro.

El genoma del virus está asociado con la proteína de la nuclecápside (N).

Esta formado por una cadena de RNA monocatenario de polaridad positiva (+ssRNA) de aproximadamente 30.000 pares de bases.


El genoma se puede dividir en 3 tercios:

  • Los dos primeros tercios (próximos al extremo 5´) codifican para el gen de la replicasa viral (constituido por dos ORF (ORF1a y ORF1b), al comienzo de la infección, se traducen en 2 poliproteínas pp1a y pp1ab, procesadas proteolíticamente para generar 16 proteínas no estructurales (nsps) implicadas en la replicación del genomal viral y en la transcripción del RNAm subgenómicos.

  • El último tercio del genoma (cercano al extremo 3´) codifica los genes de las 4 proteínas estructurales principales (proteína (S), proteína (M), proteína (E) y proteína (N) y los genes de las proteínas accesorias.


  • La nueva variante India esta detrás del auge de la pandemia en el sur de Asia(doble mutante del coronavirus la mutación L452R y la mutación E484Q) que le permiten acoplarse con mayor facilidad a las células, como antes fue la británica, subafricana (N501Y) y brasileña. Se ha expandido desde China a los demás continentes.

La teoría de Darwin de la evolución presentada en 1859 requiere variaciones hereditarias de la especie para adaptarse al medio. Se relaciona con las mutaciones del gen, con efectos hereditarios, así con cambios causados en nuevos alelos con fenotipos nuevos podemos identificar el gen. Como las mutaciones son deletéreas, una mutación demasiado frecuente supondría una desventaja para los individuos que la sufriesen. Una tasa de mutación demasiado baja no aporta novedades ventajosas adaptativas para el avance evolutivo en condiciones nuevas, las velocidades de mutación suelen ser óptimas para el organismo.
Todos los organismos tienen aproximadamente la misma frecuencia de mutación por replicación, tanto si son grandes como si son pequeños. La tasa de mutación del genoma como un todo consiste en la suma de las tasas de mutación de todos los genes.


N: número total de genes
U: Tasa de mutación de todos los genes juntos
u: genes aislados con tasa de mutación
N= U/u
Drake ha estimado una tasa de mutación por par de bases mucho mayor para genes particulares de los virus que de las bacterias. No da diferencia significativa si se tiene en cuenta que los números de pares de bases son mayores en las bacterias que en los virus.

CEPA: es cuando los cambios en la virulencia tienen diferentes propiedades biológicas hasta ahora SARS-CoV-2 tiene diferentes secuencias de genomas pero las mismas propiedades biológicas, son la misma cepa.


VARIANTE: cuando los virus tienen varias mutaciones que hacen que se vayan agrupando en ramas filogenéticas.


TASA DE MORTALIDAD: se toma como referencia la población total.


TASA DE LETALIDAD: solo se tiene en cuenta las personas afectadas por la enfermedad.


TASA DE MUTACIÓN: frecuencia de más mutaciones en un solo gen u organismo a lo largo del tiempo.


LA TASA DE MUTACIÓN ALTA: aumenta el número de mutaciones perjudicales o deletereas de los individuos. Cada especie tiene una «tasa de mutación» que ha sido modulada por la «seleccion natural» para enfrentarse a la estabilidad de cambio en el ambiente.
Las tasas de mutación espontáneas son 10 elevado a -5 o 10 elevado a -6 por gen y generación.

Bibliografía:


International Committee on Taxonomy of Viruse: ICTV: «Coronavirus»
https://talk.ictvonline.org/search-124283882/?q=coranovirus#gsc.tab=0&gsc.q=coranovirus&gsc.page=1

Nuno, Rodrigues Faria, “COVID-19 complete virus genomes,” University Oxford, United Kingdom- Univ. Sao Paulo, Brasil, Virological.org 2020
http://virological.org/t/first-cases-of-coronavirus-disease-covid-19-in-brazil-south-america-2-genomes-3rd-march-2020/409

OMS: «Tasa de letalidad COVID-19 «
https://www.who.int/bulletin/volumes/99/1/20-265892-ab/es/

GISAID
https://www.gisaid.org/


Drake, J.W. , “Comparative rates of spontaneous mutation”. Nature., 1969


Strickberger, Monroe W.“Genética” Universidad de Missouri. Ed. Omega, 1978

Covid-19: caracterización genética

07 sábado Mar 2020

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CoronaVirusSpike ok

Johns Hopkins CSSE Coronavirus COVID-19 Global Cases
https://gisanddata.maps.arcgis.com/apps/opsdashboard/index.html#/bda7594740fd40299423467b48e9ecf6
La epidemia de COVID-19, conocida como “epidemia por coronavirus de Wuhan”, provocada por el virus SARS-CoV-2, es un brote epidémico empezado el 1 de diciembre de 2019.
El genoma estuvo disponible el día 10. Se trata de un nuevo coronavirus del grupo 2B, de la misma familia que el SARS, por lo que se denomina SARCoV2. La enfermedad se llama “COVID-19”.

 
Está emparentado con coronavirus de murciélagos. La genética confirma una aparición reciente: a primeros de diciembre. Aunque los virus viven mutando, su frecuencia de mutación no es muy alta.
Es un tipo de virus de ARN que utiliza sus propias enzimas para crear copias de genoma, muta, y sea capacidad de mutación es, potencialmente, su mayor peligro.

 
El proceso que compara secuencias genéticas se denomina “caracterización genética”. Es importante:
– Para determinar la relación genética con otros virus que tienen un grado de similitud.
– Monitorear cómo evolucionan los virus.
– Identificar cambios genéticos que afectan a las propiedades del virus: propagación, enfermedades de mayor gravedad o desarrollo de resistencias a medicamentos antivirales.
– Evaluar el grado de efectividad de las vacunas.
– Monitorizar cambios genéticos que propicien infecciones interespecíficas.
– Permite tomar decisiones públicas en casos de infección generalizada.

 

 

Los virus ARN tienen más tendencia a mutar, pero la mayoría de las mutaciones son perjudiciales para el virus, solo un pequeño porcentaje pueden hacerlo más patógeno o virulento, no se prevé que mute como el virus de la gripe, aunque su virulencia estaría más cerca de ésta.
Los datos de genomas completos son esenciales para el desarrollo de vacunas y de tests diagnósticos e interesante para conocer la dispersión del virus y para detectar mutaciones, estamos en etapas iniciales de investigación:

 

 

a) ESTRUCTURA GENÉTICA DEL VIRUS
Científicos chinos de la Academia Científica de China y la Universidad de Pekín estudiaron el cambio genético en los primeros infectados, detectando dos mutaciones:
– S-cov: cercanía más estricta con el tipo de coronavirus relacionado con los murciélagos y menos contagioso.
– L-cov: más contagioso y más destructivo contra el sistema respiratorio de humanos
– Hablan de que haya la probabilidad de existir una tercera mutación.
Estas mutaciones las relacionan con las condiciones ambientales y de la persona contagiada, también advierten que pueden aparecer más mutaciones al expandirse en todo el mundo el nuevo coronavirus.

 
También se ha descifrado la secuencia genética del coronavirus en Brasil-Oxford, realizado por el Instituto Adolfo Lutz de Brasil en colaboración con el Instituto de Medicina Tropical de la Universidad de Sao Paulo (USP) y la Universidad de Oxford. Identificándose tres mutaciones con respecto a la cepa de referencia de la ciudad china de Wuhan.

 
También han descifrado el genoma completo del Covid-19 en México, el INDRE (Instituto Nacional de Diagnóstico y Referencia Epidemiológica) junto con científicos de la UNAM (Universidad Nacional Autónoma de México)

 

 

b) MAPA 3D PARTE DEL CORONAVIRUS
La Universidad de Texas en Austin y el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos han creado el primer mapa 3D a escala del coronavirus, fundamental para el desarrollo de una vacuna y medicamentos antivíricos para combatir la enfermedad, coordinado por Jason McLellan, ya habían trabajado antes con las estructuras proteicas del SARS-cov (síndrome agudo respiratorio severo) y el MERS-cov (síndrome respiratorio de Oriente Próximo) para desarrollar vacunas. Usando la molécula como una “sonda” para aislar los anticuerpos producidos por pacientes que están infectados y se han recuperado con éxito.

La búsqueda de la mutación génica se ha orientado a la detección de alelos que producen fenotipos nuevos.

 
La teoría de Darwin de la evolución presentada en 1859 requiere variaciones hereditarias de la especie para adaptarse al medio. Se relaciona mutaciones del gen, con efectos hereditarios, así con cambios causados en nuevos alelos con fenotipos nuevos podemos identificar el gen. Como las mutaciones son deletéreas, una mutación demasiado frecuente supondría una desventaja para los individuos que la sufriesen. Una tasa de mutación demasiado baja no aporta novedades ventajosas adaptativas para el avance evolutivo en condiciones nuevas,  las velocidades de mutación suelen ser las óptimas para el organismo.

 
Todos los organismos tienen aproximadamente la misma frecuencia de mutación por replicación, tanto si son grandes como si son pequeños. La tasa de mutación del genoma como un todo consiste en la suma de las tasas de mutación de todos los genes.
N: número total de genes
U: tasa de mutación de todos los genes juntos
U: genes aislados con tasa de mutación

N: U/u

Drake ha estimado una tasa de mutación por par de bases mucho mayor para genes particulares de los virus que de las bacterias. No da diferencia significativa si se tiene en cuenta que los números de pares de bases son mayores en las bacterias que en los virus.

 

La secuenciación de genomas, revela la secuencia de los nucleótidos en un gen, Todos los virus coronavirus constan del ARN de cadena simple a diferencia del ADN de cadena doble. Los genes del ARN están constituidos por cadenas de nucleótidos que están unidas entre sí y cifradas por las letras A, C, G y U (adenina, citosina, guanina y uracilo). La comparación de la composición de nucleótidos en el gen de un virus con el orden de los nucleótidos de otro gen puede demostrar ciertas variaciones entre los distintos virus. La sustitución de los aminoácidos que forman las proteínas superficiales del virus, pueden cambiar las características de propagación y su reacción ante medicamentos antivirales y vacunas.

Genomica coronavirus ok

El análisis filogenético de los coronavíridios (Coronaviridae) conforma un nuevo linaje del subgénero Sarbecovirus dentro del género Betacoronavirus, son virus ARN monocatenarios positivos (ARNmc+ o virus (+) ssRNA), no se replica usando ADN intermediario. Pertenecen al Grupo IV de la clasificación de Baltimore. Con más de 12 patógenos específicos de mamíferos y aves. El ARN es de simple hélice, sentido positivo de 27 a 31 kilobases, con superficies reunidas de 120 a 160 nm de diámetro. Ambos 5´y 3´terminales de genoma tienen una cubierta y un politracto (A) respectivamente.

 

International Committee on Taxonomy of Viruse: ICTV: Coronavirus
https://talk.ictvonline.org/search-124283882/?q=coranovirus#gsc.tab=0&gsc.q=coranovirus&gsc.page=1
Xiaolu Tang et al.; “On the origin and continuing evolution of SARS-CoV-2”, National Science Review, 2020
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa036/5775463?searchresult=1

 

Wrapp D, Wang N, Corbett KS, Goldsmith JA, Hsieh CL, Abiona O, Graham BS, McLellan JS, “Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation”; Science. 2020
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32075877

 

Nuno, Rodrigues Faria, “COVID-19 complete virus genomes,” University Oxford, United Kingdom- Univ. Sao Paulo, Brasil, Virological.org 2020
http://virological.org/t/first-cases-of-coronavirus-disease-covid-19-in-brazil-south-america-2-genomes-3rd-march-2020/409

 

Global Initiative on Sharing All Influenza Data
https://www.gisaid.org/

 
Diez Izquierdo, Laura et al; “Nuevo coronavirus 2019-nCoV” Informe técnico Ministerio de Sanidad, Equipo CCAES, 2020

 

Drake, J.W. , «Comparative rates of spontaneous mutation». Nature., 1969

 

.Strickberger, Monroe W.«Genética» Universidad de Missouri. Ed. Omega, 1978