Descubren más de 5000 nuevos virus en el mar, incluido un eslabón perdido en la evolución viral.

Un análisis del material genético en el océano ha identificado miles de virus de ARN previamente desconocidos y ha duplicado la cantidad de filos, o grupos biológicos, de virus que se cree que existen, según un nuevo estudio que nuestro  equipo  de  investigadores ha publicado en la revista Science.

Los virus de ARN son mejor conocidos por las enfermedades que causan en las personas, desde el resfriado común hasta el COVID-19. También infectan plantas y animales importantes para las personas.

Estos virus llevan su información genética en el ARN, en lugar del ADN. Los virus de ARN evolucionan a un ritmo mucho más rápido que los virus de ADN. Mientras que los científicos han catalogado cientos de miles de virus de ADN en sus ecosistemas naturales, los virus de ARN han sido relativamente poco estudiados.

Hay más virus de ARN en los océanos de lo que los investigadores pensaban anteriormente. Guillermo Domínguez Huerta , CC BY-ND

Sin embargo, a diferencia de los humanos y otros organismos compuestos por células, los virus carecen de tramos cortos únicos de ADN que podrían actuar como lo que los investigadores llaman un código de barras genético. Sin este código de barras, tratar de distinguir diferentes especies de virus en la naturaleza puede ser un desafío.

Para sortear esta limitación, decidimos identificar el gen que codifica una proteína particular que permite que un virus replique su material genético. Es la única proteína que comparten todos los virus de ARN, porque juega un papel esencial en la forma en que se propagan. Sin embargo, cada virus de ARN tiene pequeñas diferencias en el gen que codifica la proteína que puede ayudar a distinguir un tipo de virus de otro.

Así que examinamos una base de datos global de secuencias de ARN del plancton recolectadas durante el proyecto de investigación global de cuatro años de las expediciones Tara Oceans. El plancton son todos los organismos acuáticos que son pequeños para nadar contra la corriente. Son una parte vital de las redes alimentarias de los océanos y son anfitriones comunes de los virus de ARN. Nuestro examen finalmente identificó más de 44,000 genes que codifican la proteína del virus.

Nuestro próximo desafío, entonces, fue determinar las conexiones evolutivas entre estos genes. Cuanto más similares eran dos genes, más probable era que los virus con esos genes estuvieran estrechamente relacionados. Debido a que estas secuencias habían evolucionado hace mucho tiempo (posiblemente antes de la primera célula), las señales genéticas que indicaban dónde los nuevos virus podrían haberse separado de un ancestro común se habían perdido en el tiempo. 

Sin embargo, una forma de inteligencia artificial llamada aprendizaje automático nos permitió organizar sistemáticamente estas secuencias y detectar las diferencias de manera más objetiva que si la tarea se hiciera manualmente.

Este diagrama muestra los cinco filos de virus de ARN previamente conocidos organizados automáticamente por nuestros métodos. Reimpreso con autorización de Zayed et al., Science Volume 376:156(2022).

Identificamos un total de 5504 nuevos virus de ARN marinos y duplicamos el número de filos de virus de ARN conocidos de cinco a 10. El mapeo geográfico de estas nuevas secuencias reveló que dos de los nuevos filos eran particularmente abundantes en vastas regiones oceánicas, con preferencias regionales en zonas templadas y aguas tropicales (la Taraviricota, llamada así por las expediciones de Tara Oceans) o el Océano Ártico (la Arctiviricota).

Creemos que Taraviricota podría ser el eslabón perdido en la evolución de los virus de ARN que los investigadores han buscado durante mucho tiempo, conectando dos ramas diferentes conocidas de virus de ARN que divergen en la forma en que se replican.

Este mapa muestra la distribución de los virus de ARN en el océano. El tamaño de la cuña es proporcional a la abundancia promedio de virus presentes en esa área, y el color de la cuña indica filos de virus. Reimpreso con autorización de Zayed et al., Science Volume 376:156(2022).

Por qué importa

Estas nuevas secuencias ayudan a los científicos a comprender mejor no solo la historia evolutiva de los virus de ARN, sino también la evolución de la vida temprana en la Tierra.

Como ha demostrado la pandemia de COVID-19, los virus de ARN pueden causar enfermedades mortales. Pero los virus de ARN también juegan un papel vital en los ecosistemas porque pueden infectar una amplia gama de organismos, incluidos los microbios que influyen en los entornos y las cadenas alimentarias a nivel químico.

Mapear en qué parte del mundo viven estos virus de ARN puede ayudar a aclarar cómo afectan a los organismos que impulsan muchos de los procesos ecológicos que hacen funcionar nuestro planeta. Nuestro estudio también proporciona herramientas mejoradas que pueden ayudar a los investigadores a catalogar nuevos virus a medida que crecen las bases de datos genéticas.

Lo que aún no se sabe

A pesar de identificar tantos virus de ARN nuevos, sigue siendo un desafío determinar qué organismos infectan. Actualmente, los investigadores también se limitan principalmente a fragmentos de genomas de virus de ARN incompletos, en parte debido a su complejidad genética y limitaciones tecnológicas.

Nuestros próximos pasos serían averiguar qué tipos de genes pueden faltar y cómo cambiaron con el tiempo. Descubrir estos genes podría ayudar a los científicos a comprender mejor cómo funcionan estos virus.

Autores: Guillermo Domínguez Huerta, Consultor Científico en Microbiología; Ahmed Zayed, científico investigador en microbiología; James Wainaina, Investigador Postdoctoral Asociado en Microbiología y Matthew Sullivan, Profesor de Microbiología, Todos de la Universidad Estatal de Ohio. Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation, bajo una licencia Creative Commons.

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