El 31 de diciembre de 2019, el gobierno chino notificó a la OMS sobre un brote de neumonía grave de causa desconocida en Wuhan, en la provincia de Hubei, una ciudad de aproximadamente 11 millones de habitantes. De las 41 personas hospitalizadas, 27 (66 %) habían tenido exposición directa al mercado de animales vivos silvestres y exóticos de Huanan en Wuhan. Se confirmó que estos primeros casos estaban infectados con un nuevo coronavirus, que se denominó SARS-CoV-2.  Los diagnósticos se realizaron en varios hospitales de forma independiente entre el 18 y el 29 de diciembre de 2019. Una revisión sistemática posterior de todos los casos notificados mostró que 55 de los 168 primeros casos conocidos de COVID-19 estaban asociados con este mercado. Por ello, se planteó la hipótesis de que los animales vivos vendidos en el mercado de Huanan fueran la fuente de los casos de neumonía, por lo que se decidió tomar muestras ambientales de los puestos de los vendedores y cerrar y desinfectar el mercado el 1 de enero de 2020. Sin embargo, esto no demostraba que la pandemia se hubiera originado allí. El hecho de que en esa ciudad estuviera el Instituto de Virología, un laboratorio de alta bioseguridad en el que trabajan con coronavirus, hizo que enseguida comenzaran las especulaciones sobre su posible origen artificial: el SARS-CoV-2, ¿se había creado y/o escapado de un laboratorio o era una zoonosis de origen natural, como el resto de coronavirus conocidos hasta entonces? Una cosa es que algo sea posible, pero la pregunta es ¿qué es lo más probable?

Ahora se acaban de publicar en Science un par de artículos (ver referencias más abajo) que demuestran el origen zoonótico del SARS-CoV-2 y su relación con el mercado de animales vivos de Wuhan, por lo que la hipótesis más probable sigue siendo su origen natural.

En uno de ellos (1), se proporcionan evidencias de que el mercado de Huanan fue el epicentro de la pandemia de COVID-19 y sugiere que el SARS-CoV-2 probablemente surgió del comercio de animales vivos en China. Se trata de una análisis estadístico-espacial de la distribución geográfica de los primeros casos diagnosticados y hospitalizados de SARS-CoV-2 en China en diciembre de 2019. El estudio permite determinar la ubicación de casi todos los casos de COVID-19 identificados por la OMS ese mes. Los resultados sugieren que estos primeros casos se agruparon estrechamente alrededor del mercado de Huanan, mientras que los casos posteriores se dispersaron por toda la ciudad de Wuhan.

Los datos sugieren que el patrón de extensión del brote fue como un terremoto, comenzó en el epicentro (el mercado de Huanan) y se fue extendiendo de forma radial.

Patrón espacial de los casos de COVID-19 en Wuhan en diciembre de 2019. (Fuente: referencia 1).

Incluso algunos de los primeros pacientes que no trabajaban ni compraban en dicho mercado, resultaron vivir cerca del mismo. Es significativo que todos los casos estudiados se habían identificado basándose en síntomas clínicos no epidemiológicos, no por estar relacionados con el mercado de Huanan. Esto apoya la hipótesis de que el mercado fue el epicentro de la pandemia.

No se sabe exactamente qué animales vivos se vendieron en el mercado los primeros meses de la pandemia y no se tienen muestras para poder detectar el coronavirus en ellos. Pero se tiene constancia de que al menos hasta noviembre de 2019 se vendían en el mercado de Huanan zorros, tejones, mapaches, erizos, liebres, ratas bambú, puercoespines y marmotas, entre otros. Además, se sabe que en dicho mercado también se vendieron con anterioridad comadrejas, ardillas, ardillas voladoras, civetas, coipús, visones y jabalíes. Algunos de estos animales se vendían ilegalmente, vivos o como carne fresca. En algunos casos en jaulas unas junto a otras o mezclados con jaulas de aves vivas. Se sabe que muchas de estas especies animales son susceptibles de ser infectadas por coronavirus o incluso experimentalmente por el SARS-CoV-2.

Este estudio también examinó muestras de hisopos tomadas de las superficies del mercado, como los suelos y las jaulas, tras el cierre del mismo. Algunas de estas muestras ambientales dieron positivo para el SARS-CoV-2, concretamente en los lugares asociados a los puestos que vendían animales salvajes vivos. Por otra parte, ocho casos de los primeros de COVID-19 detectados en diciembre de 2019 se relacionaron con esa misma zona del mercado. Esto demuestra que hubo animales infectados por SARS-CoV-2 en el mercado al comienzo de la pandemia. Sin embargo, solo se tienen datos de PCR y no de secuenciación. Tampoco ha sido posible detectar el virus directamente en muestras de animales (el mercado se cerró el 31 de diciembre y no se guardaron muestras de los animales). No conocemos, por tanto, todavía la especie animal que pudo actuar como reservorio del virus o intermediaria, pero no hay duda de que en el mercado de Huanan hubo animales infectados por SARS-CoV-2.

Todo este estudio sugiere que los primeros casos de COVID-19 debieron surgir a finales de 2019. Esto es congruente con otros estudios en los que se analizaron más de 40.000 muestras de suero de donantes de sangre obtenidas antes de diciembre de 2019 y no se detectó RNA del SARS-CoV-2. Sin embargo, no sabemos todavía exactamente qué pudo ocurrir antes de diciembre de 2019.

En otro artículo (2) también publicado en Science, analizan la diversidad genómica de los primeros aislamientos de SARS-CoV-2 obtenidos hasta mediados de febrero de 2020 y lo combinan con datos epidemiológicos. Se trata de analizar el ritmo con el que se producen las mutaciones genéticas en el genoma del virus a lo largo del tiempo, para poder establecer así cómo ha sido la evolución de los primeros aislamientos del virus. Demuestran que en el inicio de la pandemia hubo dos linajes distintos del virus, A y B (antes de febrero de 2020 y de la aparición posterior de las distintas variantes que ya conocemos). El linaje B estuvo geográficamente asociado a los primeros casos en el mercado de Huanan y se detecta ya en muestras de finales de 2019. Ha sido el más común, el predominante durante la pandemia y el que ha dado lugar al resto de variantes. El linaje A apreció unas semanas más tarde, a principios de enero, y difiere del B en dos nucleótidos. Se cree que ambos linajes aparecieron de forma separada.

Árbol filogenético de los dos linajes A y B de los primeros aislamientos de SARS-CoV-2. (Fuente: referencia 2).

Esto sugiere que la transmisión en el mercado no fue un evento único de amplificación de paso del virus de humano a humano (no había tanto tráfico de personas comparado con otras áreas de Wuhan), si no que lo más probable es todo surgió de al menos dos eventos distintos de transmisión del virus de animales a humanos en el mercado de Huanan en noviembre de 2019 y quizás en diciembre de 2019. Los virus progenitores de ambos linajes A y B ya circulaban entre animales antes de su aislamiento en humanos. Hubo, por tanto, al menos dos introducciones del virus en el ser humano. Según estos datos, la hipótesis más probable es que primero alguien se infectó del linaje B del virus a partir de animales vendidos en el mercado (concretamente a mediados de noviembre de 2019), y unas semanas después apareció el linaje A a partir de otro evento de transmisión animal-humano distinto (como hemos comentado, en este tipo de mercados los animales viven muy juntos entre ellos y podrían compartir virus entre ellos).

Los dos linajes, por tanto, saltaron de los animales a los humanos en ocasiones separadas, ambas en el mercado de Huanan.

Estos resultados indican que es muy poco probable que el virus circulara libremente entre humanos antes de noviembre de 2019 y define un periodo de tiempo muy corto entre el primer “salto” del SARS-CoV-2 a humanos y la detección de los primeros casos de COVID-19. Estos resultados (al menos dos eventos de infección distintos separados por unas pocas semanas) es prácticamente imposible si el virus se hubiera escapado de un laboratorio. Esto demuestra, por tanto, que el SARS-CoV-2 tuvo un origen zoonótico múltiple, aunque desconocemos todavía cuáles podrán ser esos animales.

La capacidad del SARS-CoV-2 de “saltar” entre humanos y animales y viceversa se ha demostrado en varias ocasiones. Se han dado eventos de zoonosis reversa (transmisión del virus desde humanos a animales) en hámster dorado, visón americano, venado de cola blanca y otros. Y se han documentado casos de salto del SARS-CoV-2 a humanos desde mascotas (hámster) en Hong Kong y desde visones en granjas de Holanda.

Estos trabajos siguen aportando datos sobre la hipótesis más probable: el SARS-CoV-2, como el resto de coronavirus humanos tuvo un origen animal.

Referencias:

(1) The Huanan Seafood Wholesale Market in Wuhan was the early epicenter of the COVID-19 pandemic. M. Worobey et al. Science. 2022. DOI: 10.1126/science.abp8715

(2) The molecular epidemiology of multiple zoonotic origins of SARS-CoV-2. J. E. Pekar et al. Science. 2022. DOI: 10.1126/science.abp8337

Para más información:

El origen del coronavirus SARS-CoV-2, a la luz de la evolución

¿Salió el SARS-CoV-2 de un laboratorio?

El pasado 14 de mayo, un grupo de científicos de universidades como Harvard, Chicago, Toronto, Cambridge, Yale, Stanford, Berkeley y del California Institute of Technology y Massachusetts Institute of Technology, publicaron una carta en la revista Science que la que solicitaban seguir estudiando sobre el origen del SARS-CoV-2: “Debemos tomar en serio las hipótesis sobre el origen tanto natural como de laboratorio hasta que tengamos suficientes datos. La investigación debe ser transparente, objetiva, basada en datos, que incluya una amplia experiencia, que esté sujeta a una supervisión independiente y que se gestione de manera responsable para minimizar el impacto de los conflictos de intereses. Las agencias de salud pública y los laboratorios de investigación deben abrir sus registros al público. Los investigadores deben documentar la veracidad y la procedencia de los datos a partir de los cuales se realizan los análisis y se extraen las conclusiones, de modo que los análisis sean reproducibles por expertos independientes”.

Qué pasa, ¿qué ahora todos se han vuelto negacionistas y conspiranoicos?

– Si me preguntas, ¿es posible hoy en día crear un nuevo virus artificial en el laboratorio? 

La respuesta es, si (mira por ejemplo Synthetic recombinant bat SARS-like coronavirus is infectious in cultured cells and in mice).

– ¿Es posible que un virus se escape de un laboratorio de seguridad? 

La respuesta es, si (mira por ejemplo Laboratory-acquired severe acute respiratory síndromeo Brucellosis confirmed in 65 people from Lanzhou veterinary institute o El descubrimiento del virus Marbug).

Entonces, ¿el SARS-CoV-2 se ha creado artificialmente y se ha escapado de un laboratorio? No podemos descartarlo, pero lo más probable es que no. Una cosa es que sea posible, otra distinta qué es lo más probable.

Los coronavirus son virus de animales

Los coronavirus (CoV) de animales se conocen desde finales de los años 30 (del siglo pasado). Son una gran familia dentro de los virus, compuesta por cuatro géneros (alfa, beta, gamma y delta-CoV). El género beta-CoV contiene a la mayoría de los que infectan a humanos y se subdivide a su vez en cuatro linajes (A, B, C y D). El origen de la mayoría de los alfa y beta-CoV está en los murciélagos y roedores, mientras que las aves son el mayor reservorio natural de los gamma y delta-CoV. Desde hace miles de años, los CoV han estado constantemente cruzando la barrera entre especies. 

(Fuente: Profesión Veterinaria, 23(94), Julio-Octubre 2020)

Una de las características de los coronavirus es su tremenda capacidad de saltar de una especie animal a otra

Los CoV causan, principalmente, enfermedades respiratorias y gastrointestinales en muchos animales de granja y domésticos: el virus de la bronquitis infecciosa de las aves, el coronavirus respiratorio canino, la hepatitis murina, el coronavirus bovino, el virus de la gastroenteritis transmisible en cerdos, la peritonitis infecciosa felina y un largo etcétera. Los CoV se aíslan de aves, ratones, ganado vacuno, cerdos, gatos, perros, animales silvestres, …. Uno de los animales que más tipos diferentes de coronavirus alberga y que, por tanto, actúa como un almacén o reservorio natural de este tipo de virus son … los murciélagos. Se han identificado más de 200 tipos distintos de CoV en los murciélagos y el 35% del viroma (el conjunto de genomas de virus) del murciélago son CoV. (Por cierto, los murciélagos no son roedores, son los únicos mamíferos voladores, de los que existen más de 1.200 especies distintas, representan aproximadamente un 20% de todas las especies de mamíferos, y están presentes en todos los continentes, excepto en la Antártida. Algunas de sus colonias pueden albergar cientos de miles de individuos). 

Los coronavirus humanos

En 1965 se describieron un nuevo tipo de virus respiratorios humanos, “parecidos al virus de la gripe”, muy difíciles de cultivar en el laboratorio y que solo se podían detectar infectando voluntarios. La naturaleza exacta de esos virus era un misterio, hasta que en 1967, una mujer, June Almeida, desarrolló un nuevo método para poder verlos por microscopía electrónica. La técnica, absolutamente novedosa, consistía en emplear anticuerpos marcados que se unían a las partículas virales y así poderlas ver al microscopio. Las imágenes que los investigadores obtuvieron les recordaban al halo que se observa en el sol, la corona solar y decidieron llamarlos corona-virus. Habían nacido un nuevo tipo de virus respiratorios: los coronavirus humanos (HCoV).

En humanos, además del SARS-CoV-2, se conocen otros seis coronavirus que causan enfermedad. Cuatro de ellos causan una infección leve y se denominan seguido de un código: HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 y HCoV-HKU1. El 30% de los catarros comunes están producidos por estos cuatro coronavirus, en algunos casos también cursan con trastornos digestivos, y en niños y personas mayores inmunocomprometidas pueden llegar a ser graves. Su distribución es global y tienden a ser estacionales (invierno en climas templados). El primero que se descubrió fue el HCoV-229E, que se aisló del tracto respiratorio de un paciente en 1966. Al año siguiente, se aisló el HCoV-OC43. A finales de 2004 se descubrió un nuevo CoV, HCoV-NL63 aislado de un bebé de siete meses en Holanda. Se ha encontrado sobre todo en niños pequeños, ancianos y personas inmunocomprometidas. El mismo año se aisló el HCoV-HKU1 de un paciente de 71 años hospitalizado por neumonía y bronquiolitis en Hong Kong.

En 2002, se describió el SARS-CoV (8.096 casos y 774 muertos) que causaba una neumonía aguda y severa. Se extendió por 27 países. Diez años después, en 2012 apareció el MERS-CoV, un nuevo coronavirus que causó el síndrome respiratorio de Oriente Medio, y que aunque infectó a menos personas, unas 2.500, su letalidad fue mucho mayor, de hasta el 35%. El MERS-CoV todavía se aísla de forma esporádica.

Todos estos HCoV tiene un origen animal. HCoV-NL63, HCoV-229E, SARS-CoV y MERS-CoV se han originado en CoV de murciélagos, mientras que el origen de HCoV-OC43 y HCoV-HKU1 está en los roedores.

(Fuente: Profesión Veterinaria, 23(94), Julio-Octubre 2020)

A este tipo de virus que infectan al ser humano pero que tienen un origen animal se les denomina zoonóticos. Más del 70% de los patógenos humanos emergentes son de origen animal.

En este salto desde el murciélago o el roedor al ser humano ha habido otros animales que han actuado como intermediarios y donde los virus se han ido adaptado para infectar al ser humano: las civetas y los mapaches en el caso del SARS-CoV, los dromedarios en MERS-CoV, o el ganado vacuno en HCoV-OC43. Murciélagos y roedores actuarían, por tanto, como reservorio natural o lugar donde los ancestros de estos HCoV viven y se multiplican y son el origen común de infecciones en otros animales. En los hospedadores intermedios, los CoV se irían adaptado al ser humano.

Actualmente, los HCoV-229E, HCoV-OC43, HCoV-NL63 y HCoV-HKU1 están muy adaptados al ser humano, son fácilmente transmisible y causan infecciones leves. Por el contrario, SARS-CoV y MERS-CoV son mucho más patógenos, no están tan bien adaptados y por eso su transmisión entre humanos no es tan frecuente (desde 2004 no se ha vuelto a detectar ningún caso de SARS-CoV, y los brotes de MERS-CoV siguen estando asociados al contacto con dromedarios que actúan como reservorio intermedio del virus).

La familia de coronavirus es muy diversa, se mezclan entre ellos y saltan de una especie animal a otra. No podemos descartar por tanto, que otro nuevo coronavirus como SARS-CoV y MERS-CoV vuelva a aparecer y a darnos problemas.

El origen de SARS-CoV-2

Una de las zonas del genoma más interesantes del SARS-CoV-2 para investigar su origen es la que codifica para la proteína S, porque es la más variables y porque su función es esencial para la entrada en la célula. La proteína S (de spike) forma esas espículas que se proyectan hacia al exterior y que le dan el nombre al corona-virus. El SARS-CoV-2 inicia la entrada en las células humanas después de que la proteína S se una al receptor de la membrana celular, que en este caso es el ACE2. La función biológica de este receptor ACE2 es la maduración de la angiotensina, una hormona que controla la vasoconstricción y la presión arterial. ACE2 es una proteína de membrana que se expresa en pulmones, el corazón, los riñones y el intestino.

La proteína S es la llave de entrada del virus a la célula y la cerradura en la célula es el receptor ACE2. Los modelos en 3D demuestran que en este proceso, la proteína S se divide en dos subunidades, S1 y S2, que se separan por la acción de una enzima de la célula con actividad proteasa, que se denomina furina. Así, S1 se une a su receptor ACE2 y el otro fragmento S2 es escindido a su vez por otra proteasa de la superficie de la célula humana, denominada TMPRSS2. Como resultado la envoltura de virus se fusiona con la membrana de la célula y el virus entra en su interior. Por tanto, la subunidad S1 se encarga de la unión al receptor, mientras que S2 es responsable de la fusión de las membranas.

Modelo en 3D de la proteína S de SARS-CoV-2 (Fuente).

Los análisis estructurales, genómicos y bioquímicos de esa proteína S nos permiten estudiar este proceso en detalle y demuestran que SARS-CoV-2 posee dos particularidades importantes, que pueden relacionarse con su origen.

1. El dominio RBD de la proteína S tiene una alta afinidad por el receptor ACE2

En primer lugar, la proteína S de SARS-CoV-2 posee una secuencia que se denomina RBD (dominio de unión al receptor), la parte más variable del genoma del virus, en la que hay seis aminoácidos que son esenciales para unirse al receptor ACE2. Si comparamos esa secuencia entre SARS-CoV-2 y el SARS-CoV, solo un aminoácidos de esos seis es común. La proteína S de SARS-CoV-2 tiene, por tanto, un dominio RBD que se une con una muy alta afinidad al receptor ACE2 de humanos, pero también de otras especies animales con una alta homología en ese receptor, como hurones o gatos. Esta alta afinidad por el receptor ACE2 probablemente influye en la alta capacidad de infectar las células que tiene este virus. Sin embargo, los análisis computacionales indican que ese dominio no es el mejor posible para unirse al receptor, teóricamente puede haber otras combinaciones que sean aún más eficaces para unirse al receptor. Esto sugiere que esa secuencia ha surgido por un proceso de selección natural a lo largo de pases del virus entre personas o animales. Si fuera un producto manipulado por ingeniería genética, lo habríamos hecho mejor. Si alguien hubiera diseñado este nuevo virus para que fuera patógeno lo hubiera hecho mejor.

2. La proteína S posee una secuencia de corte por furina

La otra particularidad de la proteína S de SARS-CoV-2 tiene que ver con el sitio de unión entre esas dos subunidades, S1 y S2, de las que está formada. En SARS-CoV-2 esa proteína S tiene una secuencia entre esas subunidades que permite el corte por la enzima de la célula, la furina, y por otras proteasas. Eso determina la infectividad del virus y su rango de hospedador, a qué células o animales puede infectar. Aunque algunos HCoV, como el HKU1, también tienen esa característica, el sitio de corte por furina no es muy frecuente en todos los coronavirus, y menos en los del grupo beta, al que pertenece el SARS-CoV-2. Esta secuencia tan peculiar, ¿podría ser fruto de la manipulación genética del virus? Si lo comparamos con lo que ocurre en el virus de la gripe, muy probablemente se haya generado también por selección natural.

Características de la proteína S de SARS-CoV-2 y otros coronavirus relacionados. Se detalla de forma progresiva la secuencia de nucleótidos del genoma, la secuencia de aminoácidos de la proteína S con sus dos subunidades S1 y S2, el dominio de unión al receptor (RBD) y la zona de corte por furina (polybasic clevage site). (Fuente)

En algunos virus de la gripe aviar se ha visto que en situaciones de alta densidad de poblaciones de aves, se selecciona de forma natural este tipo de secuencias de corte en la hemaglutinina de la envoltura (similar a la proteína S del coronavirus). Esto hace que el virus se replique más rápidamente y sea más transmisible. Así es cómo algunos virus de gripe aviar de baja patogenicidad se convierten en virus de alta patogenicidad. También se ha observado la adquisición de estos sitios de corte en la hemaglutinina después de pases repetidos del virus en cultivo celular o en animales. Por lo tanto, esta nueva propiedad es fruto de la selección natural. Lo mismo ha podido ocurrir en el coronavirus.

Si el origen del genoma de SARS-CoV-2 fuera la ingeniería genética, muy probablemente se habrían empleado algunos sistemas genéticos ya presentes en otros beta-CoV y los datos no demuestran nada de esto. Por el contrario, lo más probable es que estas dos características del virus sean fruto de la selección natural y para ello hay dos posibles escenarios: que se haya seleccionado en un animal antes de transferirse al ser humano; o que la selección haya ocurrido en el ser humano después de su transferencia desde un animal.

3. Selección en un animal antes de transferirse a humanos

Desde el inicio, el origen de SARS-CoV-2 se ha relacionado con el mercado de animales vivos de Wuhan. Cuando se comparan los genomas de los CoV, el más parecido al SARS-CoV-2 es el aislado de un murciélago en Yunnan (China) en 2013, el genoma RaTG13 de Rhinolophus affinis, con más de un 96% de identidad. Sin embargo, cuando se compara la zona RBD de la proteína S difieren significativamente. En otros estudios, se han analizado muestras de varios pangolines (Manis javanica) que llegaron a China por contrabando entre 2017 y 2018, y han detectado coronavirus con una similitud entre el 85 y el 92% con el SARS-CoV-2. Aunque el virus del murciélago sigue teniendo una homología a nivel del genoma mayor, la similitud entre el SARS-CoV-2 y los coronavirus del pangolín era especialmente alta en el dominio RBD de la glicoproteína S, incluidos los seis aminoácidos característicos de esa zona en SARS-CoV-2. Esto refuerza la idea de que la optimización de la proteína S para unirse al receptor ACE2 humano es fruto de la selección natural y no de ingeniería genética o de pases sucesivos del virus en un laboratorio.

Sin embargo, ni los coronavirus de murciélagos ni los de los pangolines tienen el sitio de corte de furina en la proteína S. Los coronavirus son muy frecuentes entre estos y otros animales y es muy probable que todavía no hayamos dado con el precursor animal del SARS-CoV-2. No podemos descartar que fenómenos de mutación, inserción y deleción hayan ocurrido de forma natural en el gen S en algún otro animal, probablemente con alta densidad de población y con un receptor ACE2 similar al humano. 

4. Selección en humanos después de su transferencia desde un animal

Otra posibilidad es que el SARS-CoV-2 haya adquirido esas características mientras se transmitía de forma indetectable entre humanos. Todos los genomas de SARS-CoV-2 secuenciado hasta ahora demuestra que tienen un origen clonal a partir de un ancestro común en Wuhan, muy probablemente a principios de noviembre de 2019. La presencia en los pangolines del mismo dominio RBD en la proteína S sugiere que esa característica ya estaba en el virus antes de su salto a humanos. Quizá, entonces, el sitio de corte por furina fue el que se seleccionó durante la transmisión entre humanos. Esto presupone que el virus estaba presente antes de noviembre de 2019 y que se transmitía entre nosotros de forma indetectable durante un tiempo. Eso ahora no lo sabemos, pero sería muy interesante si somos capaces de hacer estudios retrospectivos y comprobar si realmente el virus circulaba entre nosotros antes de su estallido en Wuhan a finales de 2019.

El hecho de que SARS-CoV-2 entró en los seres humanos a partir de un origen animal implica que la probabilidad de futuros brotes es muy alta, ya que virus similares siguen circulando en la población animal y podrían volver a saltar a los seres humanos.

Como vemos las peculiares características de SARS-CoV-2 ya estaban en la naturaleza y no hay que imaginar experimentos de laboratorio para explicar su origen. Conocemos menos del 1% de los virus que hay ahí fuera y más del 70% de los nuevos virus emergentes tienen su origen en los animales. Los virus son millones de millones de “individuos”, que se multiplican a una velocidad enorme y con una frecuencia de mutación y recombinación extraordinaria. Los virus no es que muten, es que viven mutando. En ellos, la evolución va a cámara rápida. La naturaleza tiene suficientes recursos como para generar este y otros muchísimos virus.

5. SARS-CoV-2 en animales

Otro dato interesante es que hay una gran cantidad de animales que o son susceptibles a una infección experimental con SARS-CoV-2 o lo han adquirido de forma natural. Entre los que se han podido infectar experimentalmente están: gatos domésticos, perros, hurones, visones, hámster, algunas especies de ratas y ratones, macacos, mono verde africano, musarañas, murciélagos frugívoros, mapaches, conejos de laboratorio, ganado bovino, …. Por el contrario, no se ha conseguido infección experimental en ardillas, perros de la pradera, ratones domésticos y un tipo de murciélagos gigantes marrones. Los estudios con ratones de laboratorio mostraron que aunque no eran susceptibles a una infección experimental con la cepa ancestral de SARS-CoV-2, dos variantes que han surgido en humanos sí que dieron lugar a la replicación del virus en los pulmones. Este es un hallazgo importante, ya que demuestra que el rango de hospedadores de SARS-CoV-2 puede ampliarse conforme el virus vaya evolucionando y vayan surgiendo nuevas variantes.

Por otra parte, se han demostrado infecciones adquiridas naturalmente de SARS-CoV-2 en perros, gatos y hurones en entornos domésticos, en tigres, leones, pumas y leopardos en colecciones zoológicas, en gorilas y en granjas de visón americano. De momento, las granjas de visones son la única evidencia de mantenimiento de una infección adquirida naturalmente en una población animal y salto a los humanos.

Lo más probable es un origen natural, pero ¿es posible otra hipótesis?

A pesar de todo lo que acabamos de decir, es verdad que hay dudas razonables sobre qué se hacía y cómo se trabajaba en el Instituto de Virología de Wuhan.

China tardó ¡un año! (14 de enero de 2021) en permitir que un equipo internacional de la OMS visitara Wuhan para investigar sobre el origen del virus. Su conclusión fue que «muy probable» el SARS-CoV-2 tuviera un origen animal, aunque no se sabe cuál. Desgraciadamente, fue el Gobierno chino el que recogió los datos y las muestras y recopiló toda la información, mientras que el equipo internacional solo pudo trabajar sobre esos datos e informes.

Por otra parte, se sabía que desde antes de 2008, se venían realizando experimentos de manipulaciones genéticas de los coronavirus SARS y MERS, denominadas “ganancias de función”, para mejorar su capacidad de infección y transmisión.

Desde 2014, el Gobierno estadounidense había establecido una moratoria a la financiación de este tipo de experimentos por su peligrosidad y un potencial pandémico.

En marzo de 2020, los máximos responsables del Instituto señalaron que ningún trabajador del mismo había dado positivo en los tests de detección del SARS-CoV-2. Pero, recientemente se ha hecho público que al menos tres científicos del Instituto enfermaron con síntomas compatibles de COVID-19 un mes antes del anuncio oficial de la existencia de un nuevo coronavirus, por lo que sigue habiendo serias dudas sobre el nivel de bioseguridad del Instituto. En un informe de 2018 de técnicos del Departamento de Estado de EE.UU. para verificar la bioseguridad de las instalaciones del Instituto, se mostraba la preocupación por la falta de seguridad, debilidades de gestión del laboratorio y falta de personal especializado, y describía que muchos de los trabajos no se hacían dentro de las instalaciones de BSL4.

CONCLUSIÓN: con los datos que tenemos en este momento, la hipótesis más probable es que el SARS-CoV-2, como el resto de CoV humanos, sea de origen natural, a partir de un reservorio natural de CoV de murciélagos y a través de alguna especie intermedia (todavía sin identificar) donde se fue adaptando al ser humano. La naturaleza tiene suficiente recursos para generar este y cualquier otro virus. Sin embargo, la tremenda opacidad y falta de trasparencia del Gobierno Chino hace que no se pueda descartar como hipótesis, menos probable pero posible, un origen en el laboratorio. Solo una investigación transparente, objetiva, basada en datos, e independiente nos dirá la verdad.  

Referencias:

– The proximal origin of SARS-CoV-2. Andersen, K.G., et al. Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0820-9

– Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2. Renhong Y., et al. Science  27 Mar 2020. Vol. 367, Issue 6485, pp. 1444-1448.

– Zoonotic origins of human coronaviruses. Ye, Z-W, y col. Review Int J Biol Sci. 2020 Mar 15;16(10):1686-1697. doi: 10.7150/ijbs.45472.

– Zoonotic origins and animal hosts of coronaviruses causing human disease pandemics: A review. Latif, AA, y col. Review Onderstepoort J Vet Res. 2020 Dec 21;87(1):e1-e9. doi: 10.4102/ojvr.v87i1.1895.

– Natural selection versus creation: a review on the origin of SARS-COV-2. Barh, D., y col. Review Infez Med. 2020 Sep 1;28(3):302-311.

– TWiV 762: SARS-CoV-2 origins with Robert Garry (May 30, 2021).

VER ACTUALIZACIÓN SOBRE ESTE DEL 28 DE MAYO DE 2021

Desde hace unas semanas viene circulando por las redes sociales, e incluso por algunos medios de comunicación, la noticia de que el coronavirus SARS-Cov-2 es producto de un ensayo de biotecnología, ha sido creado en un laboratorio con fines perversos, y se ha escapado de un laboratorio de bioseguridad de Wuhan, … Según esta hipótesis conspiranoica, el origen del virus es artificial. Deberíamos recordar que exactamente las mismas teorías circularon cuando el VIH, el Ébola o el Zika. No somos muy originales.

La proteína S del virus interacciona con el receptor celular ACE2

Dejemos a un lado los mensajes de WhatsApp y vemos que nos dice la ciencia. De donde podemos obtener más información sobre el origen del virus es analizando su genoma. A día de hoy ya hay más de 2.600 genomas secuenciados de aislamientos obtenidos de 53 países (ver NextStrain). La cantidad de información es inmensa.

Estructura y genoma del SARS-Cov-2 (Fuente).

Una de las zonas del genoma más interesantes es la que codifica para la proteína S, porque es la más variables y porque su función es esencial para la entrada en la célula. La proteína S (de spike) forma esas espículas que se proyectan hacia al exterior y que le dan el nombre al corona-virus. El SARS-Cov-2 inicia la entrada en las células humanas después de que la proteína S se una al receptor de la membrana celular, que en este caso es el ACE2. La función biológica de este receptor ACE2 es la maduración de la angiotensina, una hormona que controla la vasoconstricción y la presión arterial. ACE2 es una proteína de membrana que se expresa en pulmones, el corazón, los riñones y el intestino.

La proteína S es la llave de entrada del virus a la célula y la cerradura en la célula es el receptor ACE2. Los modelos en 3D demuestran que en este proceso, la proteína S se divide en dos subunidades, S1 y S2, que se separan por la acción de una enzima de la célula con actividad proteasa, que se denomina furina. Así, S1 se une a su receptor ACE2 y el otro fragmento S2 es escindido a su vez por otra proteasa de la superficie de la célula humana, denominada TMPRSS2. Como resultado la envoltura de virus se fusiona con la membrana de la célula y el virus entra en su interior. Por tanto, la subunidad S1 se encarga de la unión al receptor, mientras que S2 es responsable de la fusión de las membranas.

Modelo en 3D de la proteína S de SARS-Cov-2 (Fuente).

Los análisis estructurales, genómicos y bioquímicos de esa proteína S nos permiten estudiar este proceso en detalle y demuestran que SARS-Cov-2 posee dos particularidades importantes.

El dominio RBD de la proteína S tiene una alta afinidad por el receptor ACE2

En primer lugar, la proteína S de SARS-Cov-2 posee una secuencia que se denomina RBD (dominio de unión al receptor), la parte más variable del genoma del virus, en la que hay seis aminoácidos que son esenciales para unirse al receptor ACE2. Si comparamos esa secuencia entre SARS-Cov-2 y el otro coronavirus humano SARS, solo un aminoácidos de esos seis es común. La proteína S de SARS-Cov-2 tiene, por tanto, un dominio RBD que se une con una muy alta afinidad al receptor ACE2 de humanos, pero también de otras especies animales con una alta homología en ese receptor, como hurones o gatos. Esta alta afinidad por el receptor ACE2 probablemente influye es la alta capacidad de infectar las células que tiene este virus. Sin embargo, los análisis computacionales indican que ese dominio no es el mejor posible para unirse al receptor, teóricamente puede haber otras combinaciones que sean aún más eficaces para unirse al receptor. Esto sugiere que esa secuencia ha surgido por un proceso de selección natural a lo largo de pases del virus entre personas o animales. Si fuera un producto manipulado por ingeniería genética, lo habríamos hecho mejor. Si alguien hubiera diseñado este nuevo virus para que fuera patógeno lo hubiera hecho mejor.

La proteína S posee una secuencia de corte por furina

La otra particularidad de la proteína S de SARS-Cov-2 tiene que ver con el sitio de unión entre esas dos subunidades, S1 y S2, de las que está formada. En SARS-Cov-2 esa proteína S tiene una secuencia entre esas subunidades que permite el corte por la enzima de la célula, la furina, y por otras proteasas. Eso determina la infectividad del virus y su rango de hospedador, a qué células o animales puede infectar. Aunque algunos coronavirus humanos, como el HKU1, también tienen esa característica, el sitio de corte por furina no es muy frecuente en todos los coronavirus, y menos en los del grupo beta, al que pertenece el SARS-Cov-2. No sabemos todavía qué consecuencias funcionales puede tener esta propiedad, pero sería importante saber si afecta a su transmisibilidad y patogénesis. Esta secuencia tan peculiar, ¿podría ser fruto de la manipulación genética del virus? Si lo comparamos con lo que ocurre en el virus de la gripe, muy probablemente se haya generado también por selección natural.

Características de la proteína S de SARS-Cov-2 y otros coronavirus relacionados. Se detalla de forma progresiva la secuencia de nucleótidos del genoma, la secuencia de aminoácidos de la proteína S con sus dos subunidades S1 y S2, el dominio de unión al receptor (RBD) y la zona de corte por furina (polybasic clevage site). (Fuente)

En algunos virus de la gripe aviar se ha visto que en situaciones de alta densidad de poblaciones de aves, se selecciona de forma natural este tipo de secuencias de corte en la hemaglutinina de la envoltura (similar a la proteína S del coronavirus). Esto hace que el virus se replique más rápidamente y sea más transmisible. Así es cómo algunos virus de gripe aviar de baja patogenicidad se convierten en virus de alta patogenicidad. También se ha observado la adquisición de estos sitios de corte en la hemaglutinina después de pases repetidos del virus en cultivo celular o en animales. Por lo tanto, esta nueva propiedad es fruto de la selección natural. Lo mismo ha podido ocurrir en el coronavirus.

Si el origen del genoma de SARS-Cov-2 fuera la ingeniería genética, muy probablemente se habrían empleado algunos sistemas genéticos ya presentes en otros beta-coronavirus y los datos no demuestran nada de esto. Por el contrario, lo más probable es que estas dos características del virus sean fruto de la selección natural y para ello hay dos posibles escenarios: que se haya seleccionado en un animal antes de transferirse al ser humano; o que la selección haya ocurrido en el ser humano después de su transferencia desde un animal.

Selección en una animal antes de transferirse a humanos

Desde el inicio, el origen de SARS-Cov-2 se ha relacionado con el mercado de animales vivos de Wuhan. Cuando se comparan los genomas de los coronavirus, el más parecido al SARS-Cov-2 es el aislado de un murciégalo en Yunnan (China) en 2013, el genoma RaTG13 de Rhinolophus affinis, con más de un 96% de identidad. Sin embargo, cuando se compara la zona RBD de la proteína S difieren significativamente. En otros estudios, se han analizado muestras de varios pangolines (Manis javanica) que llegaron a China por contrabando entre 2017 y 2018, y han detectado coronavirus con una similitud entre el 85 y el 92% con el SARS-Cov-2. Aunque el virus del murciélago sigue teniendo una homología a nivel del genoma mayor, la similitud entre el SARS-Cov-2 y los coronavirus del pangolín era especialmente alta en el dominio RBD de la glicoproteína S, incluidos los seis aminoácidos característicos de esa zona en SARS-Cov-2. Esto refuerza la idea de que la optimización de la proteína S para unirse al receptor ACE2 humano es fruto de la selección natural y no de ingeniería genética o de pases sucesivos del virus en un laboratorio.

Sin embargo, ni los coronavirus de murciélagos ni los de los pangolines tienen el sitio de corte de furina en la proteína S. Los coronavirus son muy frecuentes entre estos y otros animales y es muy probable que todavía no hayamos dado con el precursor animal del SARS-Cov-2. No podemos descartar que fenómenos de mutación, inserción y deleción hayan ocurrido de forma natural en el gen S en algún otro animal, probablemente con alta densidad de población y con un receptor ACE2 similar al humano.

Selección en humanos después de su transferencia desde un animal

Otra posibilidad es que el SARS-Cov-2 haya adquirido esas características mientras se transmitía de forma indetectable entre humanos. Todos los genomas de SARS-Cov-2 secuenciado hasta ahora demuestra que tienen un origen clonal a partir de un ancestro común en Wuhan, muy probablemente a principios de noviembre de 2019. La presencia en los pangolines del mismo dominio RBD en la proteína S sugiere que esa característica ya estaba en el virus antes de su salto a humanos. Quizá, entonces, el sitio de corte por furina fue el que se seleccionó durante la transmisión entre humanos. Esto presupone que el virus estaba presente antes de noviembre de 2019 y que se transmitía entre nosotros de forma indetectable durante un tiempo. Eso ahora no lo sabemos, pero sería muy interesante si somos capaces de hacer estudios retrospectivos y comprobar si realmente el virus circulaba entre nosotros antes de su estallido en Wuhan a finales de 2019.

El hecho de que SARS-Cov-2 entró en los seres humanos a partir de un origen animal implica que la probabilidad de futuros brotes es muy alta, ya que virus similares siguen circulando en la población animal y podrían volver a saltar a los seres humanos.

Conclusión: como vemos las peculiares características de SARS-Cov-2 ya estaban en la naturaleza y no hay que imaginar experimentos de laboratorio para explicar su origen. Conocemos menos del 1% de los virus que hay ahí fuera y más del 70% de los nuevos virus emergentes tienen su origen en los animales. Los virus son millones de millones de “individuos”, que se multiplican a una velocidad enorme y con una frecuencia de mutación y recombinación extraordinaria. Los virus no es que muten, es que viven mutando. En ellos, la evolución va a cámara rápida. La naturaleza tiene suficientes recursos como para generar este y otros muchísimos virus. 

Referencias:

– The proximal origin of SARS-CoV-2. Andersen, K.G., et al. Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0820-9

– Structural basis for the recognition of SARS-CoV-2 by full-length human ACE2.

Renhong Y., et al. Science  27 Mar 2020. Vol. 367, Issue 6485, pp. 1444-1448.

aparecen en la nueva versión del árbol de la vida

El árbol de la vida (The tree of life) es uno de los 
sistemas de organización de los seres vivos más importantes en biología.
Los primeros intentos de clasificar los organismos en un “árbol de la vida” se
basaba en sus características físicas y metabólicas. Con los métodos
moleculares basados en la comparación de secuencias de genes aumentaron la
diversidad de las ramas del árbol porque ya no era necesario la observación
directa de los organismos. Hasta ahora estas comparaciones se limitaban a un
gen, el de la subunidad pequeña del RNA
ribosomal (SSU rRNA, small subunit
ribosomal RNA). Para ello, a partir de una muestra de DNA del organismo, se
amplificaba el gen SSU rRNA con oligonucleótidos (primers) específicos y universales (en principio para todos los organismos),
se secuenciaba y se comparaba con las secuencias del mismo gen del resto de
organismos. La comparación de las secuencias del gen SSU rRNA demuestra que la
vida se organiza en tres líneas evolutivas, denominadas dominios: Bacteria
y Archaea (que representan células procariotas, es
decir sin núcleo), y Eukarya (células eucariotas, con
núcleo). Este árbol filogenético
universal reveló dos hechos evolutivos importantes: no todos los
procariotas están estrechamente relacionados desde el punto de vista evolutivo,
y el dominio Archaea presenta una relación más próxima al
dominio Eukarya que al dominio Bacteria.

El árbol filogenético universal, basado en la comparación de las secuencias del gen SSU rRNA.

Sin
embargo, este método también tienen sus limitaciones. Por una parte, existen
muchos organismos en la naturaleza (sobre todo microbios) que todavía no somos capaces de cultivar en
el laboratorio y no los podemos aislar y de los que hasta ahora no teníamos
información sobre ellos (la “materia oscura” del mundo microbiano). Por otra, los
primers no son tan universales como
se creía al principio: existen organismos
cuyas secuencias divergen de esos primers
universales y no podemos tener información sobre su gen SSU rRNA.

Existen más de 30.500 genomas
secuenciados de los tres dominios de la vida, Bacteria, Arquea y Eukarya (datos
de septiembre de 2015).

La metagenómica se basa en la secuenciación
masiva de todo el DNA de una muestra ambiental. El resultado son cientos de
miles de secuencias de fragmentos del genoma. Luego, nuevos métodos bioinformáticos
permiten enlazar esos fragmentos (como un puzle) y completar (o casi completar)
la secuencia de todo el genoma de un organismo concreto. Con esta técnica no es
necesario aislar el organismo, no tenemos necesidad de cultivarlo en el
laboratorio. Ni siquiera es necesario tener un genoma de referencia previo para
compararlo. Además, esta aproximación genómica nos proporciona información
sobre el potencial metabolismo del
organismo, información que puede ser empleada para relacionarlo con el
resto de organismos y clasificarlo.

Ahora,
un grupo de californianos (junto con algún japonés) han empleado la tecnología
metagenómica para proponer una nueva versión del árbol de la vida en alta definición,
como si viéramos el árbol con una mayor
resolución. Y el resultado es muy interesante.

Han
construido su árbol de la vida usando unos 2.000 genomas completos obtenidos de
bases de datos públicas más otros 1.011
nuevos genomas reconstruidos a partir de muestras de DNA obtenidas de
diferentes ambientes. Estos eran por tanto genomas de organismos no cultivados en el laboratorio. Las muestras de DNA
las han obtenido de varios ecosistemas: un sistema acuífero superficial, simas
profundas marinas del Japón, cortezas salinas del desierto de Atacama, suelo de
verdes praderas californianas, un geiser rico en CO₂ y hasta de la
boca de un par de delfines (como ves los autores se han divertido de lo lindo en
la fase de recogida de muestras).

Una
vez obtenidas las secuencias de DNA y montados los genomas, compararon las de 16 proteínas ribosomales de cada organismo.
De esta forma, obtuvieron un árbol en HD (alta definición), con mucha mayor resolución
que los árboles clásicos obtenido al comparar una sola secuencia del gen 16S rRNA.
Usaron secuencias de proteínas ribosomales para evitar artefactos que se
podrían originar si se emplean genes con funciones distintas y sujetos a
diferentes procesos evolutivos. Además, los genes ribosomales siempre están
localizados juntos en una pequeña región del genoma en Bacteria y Archaea. Para
la construcción del árbol se incluyeron un representante por género de todos
los géneros para los que existe un genoma completo secuenciado (o al menos un
borrador de alta calidad).

En esta nueva versión del árbol
de la vida se han incluido 3.083 organismos.

El
nuevo árbol de la vida en alta definición. Incluye 92 phyla de Bacteria, 26 de Archaea, y los cincos supergrupos de Eukarya. Se señala con un punto rojo los
linajes que no tienen un representante aislado y cultivado.

Se trata del primer árbol de la
vida publicado desde el desarrollo de las técnicas metagenómica. Ha requerido
un total de 3.840 horas de trabajo computacional del superordenador CIPRES.

En nuevo
árbol demuestra que el dominio Bacteria
es el que más linajes tiene, el más diverso. La mayor biodiversidad genética se encuentra entre las bacterias. Archaea es menos abundante y menos diverso
que Bacteria. La baja diversidad
genética de Eukarya es esperable, debido a su comparativamente reciente
evolución.

El
resultado es compatible además con la idea de que los eucariotas evolucionaron
como quimeras vía fusiones endosimbiónticas en las que participaron tanto bacterias
como arqueas. El dominio Eukarya
incluye protistas, hongos, plantas y animales, y se ramifica a partir de Archaea, en concreto del grupo TACK. Estos análisis
filogenéticos apoyan la hipótesis de que la arquea Lokiarchaeota y Eukarya
poseen un mismo ancestro común.

Otro
dato interesante, es que a diferencia de los que se pensaba, la clase Proteobacteria del dominio Bacteria, no es un grupo monofilético,
sino que tiene orígenes evolutivos más diversos.

Pero
lo más innovador de este árbol en alta
definición es la aparición en escena de un gran número de linajes sin representante
aislado, no cultivados (los puntos rojos en la figura de arriba). La
mayoría de estos se agrupan además dentro de una misma región del árbol,
denominada CPR (Candidate Phyla Radiation).
Según esto el domino Bacteria se divide claramente en dos
linajes. Los géneros incluidos en este nuevo grupo CPR tiene algunas
características comunes (además de ser no cultivables): todos tiene el genoma
pequeño, la mayoría poseen capacidades metabólicas restringidas, carecen del
ciclo del ácido cítrico, cadena respiratoria y tienen una limitación de
síntesis de nucleótidos y aminoácidos, por lo que muchos son simbiontes. No
está claro si esto es debido a pérdida progresiva de capacidades o que por el
contrario son características heredadas de una forma ancestral de vida con un
metabolismo primitivo muy simple.

En resumen,
la inclusión de nuevos genomas de linajes microbianos previamente desconocidos ha
expandido enormemente el árbol de la vida. Esto demuestra la importancia de
incluir datos genómicos independientes del cultivo para tener una imagen más
real del árbol de la vida.

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– El árbol que plantó Carl R. Woese

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– Sobre el origen de las células eucariotas

A new view of the tree of life. 2016. Hug, L. A. y col. Nature Microbiol. Article number: 16048 (2016). doi:10.1038/nmicrobiol.2016.48

cómo era la primera forma de vida?

Todavía no sabemos a ciencia cierta cómo se originó la vida
en el planeta, hace unos 3.800 millones de años. Suponemos que todas las
células provienen de un mismo origen, de un último ancestro común universal a todas las formas de vida, que los
científicos denominamos LUCA (del
inglés, Last Universal Common Ancestor)
o progenote. Los últimos datos filogenéticos sugieren que los eucariotas
surgieron de los procariotas, por lo que LUCA sería el ancestro común de
bacterias y arqueas. Pero carecemos de evidencias directas sobre cómo era LUCA y
sobre dónde apareció por primera vez.

La
vida apareció hace unos 3,8 mil millones de años cuando la Tierra solo tenía unos 750
millones daños de antigüedad.

Para poder entender cómo era este antepasado común, una
posible aproximación es seleccionar aquellos genes esenciales y comunes tanto a
bacterias como arqueas, y asumir que deberían estar en el ancestro común. Pero
hoy sabemos que hay muchos genes que se trasmiten de forma horizontal entre los
microorganismos, que no provienen de herencia “vertical”, de padres a hijos.
Por eso, ahora los investigadores han seguido una aproximación filogenética
(comparación de genomas) en vez del criterio de presencia universal. Se trata por
tanto de buscar aquellos genes que probablemente estaban presentes en LUCA y
han sido heredados por los dos dominios Bacteria
y Archaea desde el origen. De esta
forma incluso, pueden llegar a identificar genes involucrados en la fisiología
de LUCA, para saber cómo LUCA tenía acceso a la fuente de carbono, energía y
nutrientes del ambiente para poder crecer.

En la versión de “dos ramas” del árbol de la vida, los eucariotas proceden de los procariotas. Por ello, LUCA es el ancestro común de
bacterias y arqueas.

Investigadores del Instituto de Evolución Molecular de la
universidad alemana de Düsseldorf han analizado más de 6,1 millones de genes de
1.847 genomas bacterianos y 134 de arqueas, información que se ha ido
acumulando en las bases de datos a lo largo de estos últimos veinte años. Han
agrupado esos millones de genes en 286.514 familias de proteínas. Esto les ha
permitido a su vez identificar 355
familias de proteínas (el 0,1%) que probablemente estarían presentes en LUCA y
que pueden darnos una idea de cómo podría ser el genoma de aquel ancestro común.
Este posible genoma de LUCA puede a su vez ayudarnos a reconstruir su ecología
microbiana.

Estas proteínas no están
distribuidas en todos los seres vivos de forma universal, pero sus funciones,
propiedades y estructuras pueden ilustrarnos sobre cómo era la fisiología de
LUCA.

Los resultados sugieren que LUCA carecía de las enzimas
típicas de un microorganismo quimioorganotrófo, pero tenía presentes enzimas
típicas de un quimiolitotrófo. LUCA
era anaerobio (el oxígeno le era tóxico, no lo podía emplear en su
metabolismo), capaz de emplear directamente el CO₂ y el nitrógeno (N₂)
del ambiente, dependiente del hidrógeno (contenía enzimas hidrogenasas) y capaz
de emplear el azufre (S). La presencia de la enzima DNA girasa reversa, específica de microorganismos hipertermófilos,
indica que a LUCA le gustaban las altas temperaturas, era termófilo y vivía en
un ambiente con altas temperaturas. Además, poseía muchas enzimas repletas de
grupos FeS y FeNiS por lo que debía habitar en ambientes ricos en esos metales.
Las formas de vida actuales más parecidas a LUCA, desde el punto de vista metabólico,
pueden ser las bacterias del grupo de los Clostridium
y las arqueas productoras de metano (metanógenos).
Con todos estos datos, es muy probable que LUCA habitó en un ambiente
hidrotermal de las profundidades marinas geoquímicamente muy activo, rico en
hidrógeno, CO₂ y hierro.

Reconstrucción de LUCA a partir de los datos del genoma:
probablemente LUCA era termófilo, anaerobio, capaz de fijar el CO₂,
el N₂, dependiente del H₂ y capaz de usar el S.

Las fumarolas en las
profundidades marinas, zonas en las que se libera el magma en las erupciones de
volcanes en el fondo oceánico, pudo ser el lugar en el que se originó la vida.

Sin embargo, no podemos descartar otras posibilidades. Por
ejemplo, que la vida se originara en cualquier otro lugar y que posteriormente
se quedara confiada a ambientes marinos profundos debido al algunas catástrofes
como el bombardeo intenso tardío que
ocurrió sobre la Tierra entre los 4,1 y los 3,8 mil millones de años. También hay
autores que opinan que la luz ultravioleta solar fue una fuente de energía
esencial para que se llevarán a cabo las reacciones necesarias para la
aparición de la vida y que, por tanto, eso debió ocurrir en algún ambiente
acuático superficial, terrestre, en vez de en los fondos oceánicos. Por
otra parte, no podemos olvidar que otros autores creen que LUCA no era una
especie celular única, sino que en realidad estaba formado por una comunidad de
microorganismos primitivos que intercambiaban libremente sus genes.

Probablemente nunca podamos conocer en detalle qué ocurrió
en aquellos primeros pasos del origen de las células, pero lo que es
apasionante es comprobar que ya somos capaces de analizando millones de genes poder responder a algunas preguntas. Todavía hoy seguimos haciéndonos una de
las grandes preguntas, uno de los retos de la ciencia: el origen, cómo surgió
la vida en nuestro planeta.

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– mi respuesta a la pregunta Naukas 2016: Si pudieses hacer
una pregunta, solo una pregunta, a un extraterrestre de una civilización muy
avanzada… ¿Cuál sería?

The physiology and habitat of the last universal common ancestor. Weiss M. C., y col. Nature Microbiology. Article number: 16116
(2016)

Los historiadores reconocen que las
enfermedades infecciosas han tenido una enorme influencia en el curso de la
historia de la humanidad. Los microbios influyeron en la conquista europea de
los nativos americanos, en los problemas para colonizar zonas tropicales,
impidieron que Napoleón invadiera Rusia y retrasaron la construcción del canal
de Panamá, por ejemplo. Y seguro que alguna vez te has preguntado de dónde
surgen los microbios que nos infectan.

La mayoría de las enfermedades infecciosas en humanos tienen su
origen en virus y bacterias de animales: se calcula que entre el 60-80% de la
nuevas infecciones humanas tiene su origen en los animales. En la naturaleza hoy en día nos podemos encontrar microbios en distintos estados de adaptación al ser
humano: desde algunos que solo se encuentran en animales hasta otros
exclusivamente humanos, aunque tengan un origen animal.

Podemos describir como cinco etapas de
desarrollo desde que un patógeno animal evoluciona hasta transformarse en un
patógeno exclusivamente humano. En una primera etapa, encontraríamos microbios
que solo están presenten en animales y
que no se detectan en humanos en condiciones naturales. En una segunda etapa,
el microbio podría transmitirse del animal al hombre y causar una infección primaria, pero sería incapaz de
trasmitirse entre personas. Un ejemplo, podría ser el virus de la rabia. Podemos
pensar que la rabia ya está erradicada, pero mueren todos los años más de
50.000 personas por este virus en zonas de Asia y África. La mortalidad es muy
alta, pero la rabia solo se adquiere por mordedura de un animal, no se
transmite entre seres humanos y por tanto es un virus que no está adaptado al
hombre. Solo te puedes infectar de rabia por mordedura o arañazo de un animal
rabioso.

Una tercera etapa de este proceso de
evolución de los patógenos, serían aquellos microbios que pueden realizar algunos ciclos de transmisión entre
personas y causan algún brote muy esporádico y ocasional, pero que desaparecen
muy pronto. Un virus de este tipo que puede infectar al hombre pero está muy
poco adaptado es el virus Ébola: produce brotes muy esporádicos de fiebres
hemorrágicas. El virus está “almacenado”  o “escondido” es algún tipo de murciélago
africano y, probablemente a través de los monos, puede llegar a infectar al
hombre. Es un virus muy peligroso, produce hemorragias generalizadas muy
graves, con una mortalidad muy alta, pero afortunadamente es un virus muy poco
adaptado al ser humano. Aunque se trasmite entre personas por contacto directo,
los brotes son esporádicos, están muy localizados y no suelen extenderse entre
la población. Normalmente afecta a grupos familiares o tribus asociado a ritos
funerarios y al personal sanitario que primero entra en contacto con el
enfermo.

Por el contrario, otros microbios han
evolucionado más y se han adaptado mejor al ser humano. La fiebre amarilla o la
gripe puede causar epidemias mucho más
numerosas, al estar más adaptados a multiplicarse entre humanos su transmisión
es mucho más frecuente y más fácil. Y por último, nos podemos encontrar con
ejemplos de microbios cuyo origen es también animal, pero que han evolucionado
de forma que ya solo infectan humanos y son patógenos exclusivamente humanos, como la rubeola, la sífilis o el
SIDA. El VIH aunque tenga su origen en retrovirus de simios, se ha adaptado al
ser humano, ha dejado de infectar animales y es exclusivamente un patógeno
humano.

A lo largo de nuestra propia historia, la
creación de núcleos urbanos, el aumento de la densidad de la población, el
desarrollo de la agricultura y la domesticación de los animales, han influido
también en nuestra relación con los microbios. Muchos de ellos provienen de
nuestro contacto con animales domésticos, monos, roedores y aves
principalmente. Esto explica también que muchas enfermedades infecciosas
humanas se hayan originado en el viejo continente europeo desde donde se extendieron
al nuevo mundo. Aunque no siempre fue así, la enfermedad de Chagas es de origen
“americano” y el origen de la sífilis y la tuberculosis todavía es discutido.

Por tanto, no podemos descartar que en el
futuro puedan ocurrir más casos de este traspaso de microbios animales al
hombre y de que aparezcan nuevos tipos de infecciones. El control de estas
enfermedades en el ser humano se consigue controlando la infección en los
animales. En este sentido, existen iniciativas internacionales muy
interesantes, como Global Viral que
mantienen laboratorios de virología en África central y en el sudeste asiático,
que buscan nuevos virus en animales salvajes, con el objetivo de descubrir esos
primeros estadios de la evolución viral, virus que todavía no se han adaptado
al ser humano pero que son potencialmente peligrosos. Se trata de entender cómo
es este proceso de evolución hacia la emergencia de nuevos patógenos para
prevenir o adelantarse a futuras infecciones virales, a futuras nuevas
pandemias. En realidad solo conocemos la punta del iceberg del mundo de los
microbios, un mundo en el que todavía hay mucho por descubrir.

Si te ha gustado esta entrada también la puedes «oír» en el Podcast del microbio:

– Evolución patogénica

– Global viral

Wolfe, N.D., et al. (2007). Origins of major human infectious diseases. Nature, 447 (7142), 279-283 DOI: 10.1038/nature05775