28 abr. 2008

Los Virus en la Evolución


Tras un tiempo de espera, voy a colgar el resumencillo de algunas de las "propiedades" que en los últimos años se han ido descubriendo que poseen virus en el proceso evolutivo.

Primero de todo, dar las gracias a nuestro compañero Daniel H.D., autor del texto para que podamos disfrutar todos del mismo.
- Gracias.

Y sin más preámbulos, a disfrutar leyendo.

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Los virus son definidos generalmente como microscópicos parásitos intracelulares obligados. Aun sin consensuar si se trata de organismos vivos o de materia inerte, los virus son las partículas biológicas más abundantes del planeta, desempeñando importantes roles ecológicos en la regulación de las poblaciones, la movilización de nutrientes durante la lisis, participando en ciclos biogeoquímicos y en la nucleación de las nubes1. Además de su indiscutible actividad ecológica, las partículas víricas son las responsables de importantes fenómenos de carácter evolutivo.

La transducción como método de tranferencia horizontal de genes (THG) está absolutamente desarrollada en el mundo procariota. Así, el comparto de secuencias genéticas funcionales por integración vírica actúa como un mecanismo de adaptación rápida y de carácter poblacional (a diferencia de los fenómenos de conjugación y transformación, más específicos y limitados). La cantidad de información contenida en los genomas víricos es asombrosa, portando todo tipo de secuencias útiles como son las de producción de quitina y ácido hialurónico2 o implicadas en la fotosíntesis y la motilidad celular, hasta el punto de considerarse que toda la diversa información genética bacteriana está contenida y representada en el pool de los viromas3 como secuencias transferibles.

Desde un punto de vista histórico, la THG parece haber sido un mecanismo muy activo e importante en la configuración del mundo procariota. Así, análisis comparativos de mecanismos de obtención de energía y otros sistemas celulares revelan una complicada trama filogenética no acorde con los procesos de divergencia vertical, sino mucho más plausiblemente con reiterados eventos de THG4. Este proceso de dispersión de caracteres debió ser fundamental para establecer la actual versatilidad de los microorganismos, pero también para el establecimiento de los pautas de los ecosistemas y los ciclos biogeoquímicos.

Dentro de los genomas eucariotas, los virus también han cumplido con funciones de tipo evolutivo. Además de haberse documentado diversos eventos de transferencia horizontal en animales5, vegetales6 y hongos7, nos encontramos las actividades derivadas de los elementos móviles o transponibles (ETs). De hecho, los ETs, especialmente los retrotransposones, parecen estar profundamente relacionados con virus de vida libre. Siendo un componente mayoritario de los genomas de organismos pluricelulares8,9,10, los ETs están implicados en fenómenos de reordenamiento físico del genoma como son la duplicación, translocación, deleción, y fusión de exones y cromosomas11, 12; así como en fenómenos de neorregulación del material genético por procesos de splicing alternativo, regulación epigenética, transdución 3' y 5', poliadenilación prematura, etc11,12. Especialmente interesante es la ingente cantidad de secuencias LTR de origen retroviral dispersas por el genoma, que al asociarse a una secuencia génica puede actuar como promotor alternativo cambiando los patrones de expresión del producto, tanto para genes de copia única como para duplicados y retrogenes (pseudogenes funcionales producidos por la actividad de transcripción inversa de los retrotransposones)13,14. Todo este repertorio de propiedades se traduce en un fascinante potencial para la reestructuración general de los genomas y la neorregulación tejido-temporal14 de las secuencias transcribibles. A efectos prácticos, encontramos que los ETs participan activamente en procesos fundamentales para la vida de los organismos y que además son de carácter marcadamente evolutivo, como son la formación del sincitio trofoblasto humano (HERVW-sincitina)13, la producción de amilasa salivar13, las encimas clave del sistema inmune15(RAG1 y RAG2, derivadas de un transposón ancestral), el desarrollo embrionario en general16 y la formación de áreas del cerebro específicas de mamífero17 (SINES), entre otros múltiples casos. La conservación en el tiempo de estos elementos16, su variación entre organismos2 y su implicación en los procesos de desarrollo y regulación génica indican que estos elementos cumplen con funciones de carácter evolutivo de gran importancia, hasta el punto de considerarse por algunos autores como el verdadero motor de la evolución18,19.

En verdad, la variedad y potencial de estos fenómenos a la hora de generar innovaciones evolutivas, en conjunto a la creciente importancia de las secuencias de tipo regulador en nuestro conocimiento del genoma y la evolución (como en el origen de los vertebrados20),contrasta sorprendentemente con la inesperada homogeneidad de los genes estructurales21, a priori responsables del cambio evolutivo por mutación y selección gradual.

En todo caso, dada la representación de los virus y sus secuencias relacionadas, tanto en el mundo eucariota como procariota, y las funciones que representan tanto dentro como fuera de los organismos, parece que estas partículas han sido y son fundamentales en la configuración de los seres vivos actuando como cassetes transmisibles de información capaces de remodelar y reconfigurar a los organismos en los que se integran.

Al desempeñar estas funciones, los virus pueden llegar a considerarse más como simbiontes a largo plazo14 que como parásitos estrictos e incluso DNA “egoísta” o “basura”.


REFERENCIAS


1. Fuhrman JA (1999). Marine viruses and their biogeochemical and ecological efects. Nature, 399:541-548.

2. Hamilton R (2006). The gene weavers. Nature, 441:683-685.

3. Dinsdale EA et al. (2008). Functional metagenomic profiling of nine biomes. Nature 452:629-632.

4. Boucher Y. et al (2003). Lateral gene transfer and the origins of the prokayotic groups. Annu Rev Genet, 37:283-328.

5. Piskurek O. and Okada N (2007). Poxviruses as possible vectors dor HGT of retroposons from reptiles to mammals. Proc Natl Acad Sci USA, 104:12046-12051

6. Won H and Renner S (2003). Horizontal gene transfer form flowering plants to Gnetum. Proc Natl Acad Sci USA, 100:10824-10829.

7. Khaldi N, Collemare J, Lebrun LH and Wolfe KH (2008). Evidence for horizontal transfer of a secondary metabolite gene cluster between fungi. Genome Biology, 9:R18.

8. International Human Genome Sequencing Consortium (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome . Nature, 409:860-921.

9. The chimpanzee Sequencing and Analysis Consortium (2005). Initial sequence of the chimpanzee genome and comparison with the human genome. Nature, 437:69-87.

10. Mikkelsen T et al (2007). Genome of the marsupial Monodelphis domestica reveals innovation in non-coding sequences. Nature, 447:167-178.

11. Mobile elements and mamalian evolution. Deininger PL, Moran JV, Batzer MA and Kazazian HH (2003. Current Opinion in Genetics and Development 1003, 13:651-658.

12. Han JS, Boeke JD (2005) .LINE-1 retrotransposons: modulators of quantity and quality of mammalian gene expression?. BioEssays, 27:775-784.

13. Sentís C (2002). Retrovirus endógenos humanos: significado biológico e implicaciones evolutivas.. Arbor, 677:136-166.

14. Shapiro J (2005).Retrotransposons and regulatory suites. BioEssays, 27:122-125.


15. Agrawal A, Quinn M. Eastman QM and Schatz DG (1998). Transposition mediated by RAG1 and RAG2 and its implications for the evolution of the immune system. Nature 394:744-751.

16. Pennisi E (2007). Jumping genes hop into the evolutionary limelight.. Science, 317:894-895. 17. Sasaki T et al. (2008). Possible involment of SINES in mammalian-specific brain formation. Proc Natl Acad Sci USA, 105:4220-4225.

18. Kazazian HH (2004). Mobile Elements: Drivers of Genome Evolution. Science, 303:1626-1632.

19. Sandín M (2007). Pensando la Evolución, Pensando la vida. Editorial Crimentales.

20. Heimberg H, Sempere L, Vanessa MN, Donoghue PCJ and Peterson K (2008). MicroRNA and the advent of vertebrate morphological complexity. Proc Natl Acad Sci USA, 105:2946-2950.

21. Putnam NH. et al. (2007). Sea Anemone Genome Reveals Ancestral Eumetazoan gene repertorie and genomic organization. Science, 317:86-94.

9 comentarios:

Anónimo dijo...

Dice mucho en pocas palabras, y está muy bien apoyado por la bibliografía. Enhorabuena.
Por cierto ¿no se podría arreglar el formato?
Besos,
Elisa

Anónimo dijo...

Gracias.

Por desgracia es un campo tan grande (y hay tanta información) que apenas son unas pinceladas.

Un saludo. Daniel.

Ajuiciado dijo...

¿La hipótesis de la eucariogénesis viral sigue teniendo defensores o ya ha caído en el ostracismo?

principiante dijo...

Muy bueno Daniel, esto es lo que hace falta para llegar a la gente, cosas cortas, mucha información concentrada en poco espacio ¡justo como un virus!

(por cierto, he hecho un poco de "splicing" y limpiado el texto de todos esos HTMLs que hacían incómoda la lectura, sobretodo en las referencias)

Anónimo dijo...

Hola Ajuiciado. Sí, sigue teniendo "defensores" y sobre todo pruebas.

Sex and the eukaryotic cell cycle is consistent with a viral ancestry for the eukaryotic nucleus
Auteur(s) / Author(s)
LIVINGSTONE BELL Philip John ;
Résumé / Abstract
The origin of the eukaryotic cell cycle, including mitosis, meiosis, and sex are as yet unresolved aspects of the evolution of the eukaryotes. The wide phylogenetic distribution of both mitosis and meiosis suggest that these processes are integrally related to the origin of the earliest eukaryotic cells. According to the viral eukaryogenesis (VE) hypothesis, the eukaryotes are a composite of three phylogenetically unrelated organisms: a viral lysogen that evolved into the nucleus, an archaeal cell that evolved into the eukaryotic cytoplasm, and an alpha-proteobacterium that evolved into the mitochondria. In the extended VE hypothesis presented here, the eukaryotic cell cycle arises as a consequence of the derivation of the nucleus from a lysogenic DNA virus.
Revue / Journal Title
Journal of theoretical biology ISSN 0022-5193 CODEN JTBIAP
Source / Source
2006, vol. 243, no1, pp. 54-63 [10 page(s) (article)]

Anónimo dijo...

Parece un tema verdaderamente importante. El post me ha impresionado. ¿Conocen algún sitio donde pueda conseguir mas información?
Un cordial saludo.
Néstor

Jontxu dijo...

Los mejores portales que conozco con información sobre el tema son "Evolución y ambiente" (al que tienes enlace desde esta página, sección "enlaces") y la página de Máximo Sandín (tecleando Máximo Sandín en el google aparece).

Aprovecho para pedir permiso al autor del artículo para publicarlo en mi blog (crimentales). No para ahora, que estoy con otros temas, quizás dentro de un mes.

Daniel dijo...

Estaré encantado de que lo publiques en tu blog. Gracias.

Un saludo, Daniel.

paola dijo...

ultimamente sabemos poco sobre los virus que pueden producirse en el cuerpo humano y lo que debemos hacer para combatirlos pero lo relacionado con internet y los Antivirus para Windows sabemos mucho.
debemos tener mas en cuenta a nuestro organismo