Nota del editor: Este artículo se publicó originalmente en el número de diciembre de 2004 de Scientific American.
En un episodio de la clásica comedia televisiva de los años 50 The Honeymooners, el conductor de autobús de Brooklyn, Ralph Kramden, le explica en voz alta a su esposa, Alice: «Sabes que yo sé lo fácil que es contraer el virus». Hace medio siglo, incluso personas normales como los Kramden tenían algún conocimiento de los virus, como portadores microscópicos de enfermedades. Sin embargo, es casi seguro que no sabían exactamente qué era un virus. No estaban, ni están, solos.
Durante unos 100 años, la comunidad científica ha cambiado repetidamente su opinión colectiva sobre lo que son los virus. Primero se consideraron venenos, luego formas de vida, más tarde sustancias químicas biológicas, y hoy en día se considera que los virus se encuentran en una zona gris entre lo vivo y lo no vivo: no pueden replicarse por sí mismos, pero sí pueden hacerlo en células verdaderamente vivas y también pueden afectar profundamente al comportamiento de sus huéspedes. La categorización de los virus como no vivos durante gran parte de la era moderna de la ciencia biológica ha tenido una consecuencia no deseada: ha llevado a la mayoría de los investigadores a ignorar los virus en el estudio de la evolución. Sin embargo, por fin los científicos están empezando a apreciar los virus como actores fundamentales en la historia de la vida.
Acordando los términos
Es fácil ver por qué los virus han sido difíciles de encasillar. Parece que varían con cada lente que se aplica para examinarlos. El interés inicial por los virus surgió de su asociación con las enfermedades: la palabra «virus» tiene sus raíces en el término latino «veneno». A finales del siglo XIX, los investigadores se dieron cuenta de que ciertas enfermedades, como la rabia y la fiebre aftosa, estaban causadas por partículas que parecían comportarse como bacterias pero eran mucho más pequeñas. Como eran claramente biológicos y podían propagarse de una víctima a otra con efectos biológicos evidentes, se pensó entonces que los virus eran la más simple de todas las formas de vida portadoras de genes.
Su degradación a productos químicos inertes se produjo a partir de 1935, cuando Wendell M. Stanley y sus colegas, en lo que hoy es la Universidad Rockefeller de Nueva York, cristalizaron un virus -el virus del mosaico del tabaco- por primera vez. Vieron que estaba formado por un paquete de complejos bioquímicos. Pero carecía de los sistemas esenciales necesarios para las funciones metabólicas, la actividad bioquímica de la vida. Stanley compartió el Premio Nobel de 1946 -en química, no en fisiología o medicina- por este trabajo.
Las investigaciones posteriores de Stanley y otros establecieron que un virus está formado por ácidos nucleicos (ADN o ARN) encerrados en una cubierta proteica que también puede albergar proteínas virales implicadas en la infección. Con esta descripción, un virus parece más un conjunto químico que un organismo. Pero cuando un virus entra en una célula (llamada huésped tras la infección), dista mucho de estar inactivo. Se despoja de su capa, desnuda sus genes e induce a la propia maquinaria de replicación de la célula a reproducir el ADN o ARN del intruso y a fabricar más proteínas virales basándose en las instrucciones del ácido nucleico viral. Los bits virales recién creados se ensamblan y, voilà, surge más virus, que también puede infectar a otras células.
Estos comportamientos son los que llevaron a muchos a pensar que los virus existen en la frontera entre la química y la vida. De forma más poética, los virólogos Marc H. V. van Regenmortel, de la Universidad de Estrasburgo (Francia), y Brian W. J. Mahy, de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, han dicho recientemente que, con su dependencia de las células huésped, los virus llevan «una especie de vida prestada». Resulta interesante que, aunque los biólogos se inclinaron durante mucho tiempo por la idea de que los virus eran meras cajas de sustancias químicas, aprovecharon la actividad viral en las células huésped para determinar cómo los ácidos nucleicos codifican las proteínas: de hecho, la biología molecular moderna se basa en la información obtenida a través de los virus.
Los biólogos moleculares llegaron a cristalizar la mayoría de los componentes esenciales de las células y hoy están acostumbrados a pensar en los componentes celulares -por ejemplo, los ribosomas, las mitocondrias, las membranas, el ADN y las proteínas- como maquinaria química o como el material que la maquinaria utiliza o produce. Esta exposición a las múltiples y complejas estructuras químicas que llevan a cabo los procesos de la vida es probablemente una de las razones por las que la mayoría de los biólogos moleculares no dedican mucho tiempo a preguntarse si los virus están vivos. Para ellos, ese ejercicio podría parecer equivalente a ponderar si esos componentes subcelulares individuales están vivos por sí mismos. Esta visión miope les permite ver sólo cómo los virus cooptan las células o causan enfermedades. La cuestión más amplia de la contribución de los virus a la historia de la vida en la Tierra, que abordaré en breve, sigue sin respuesta e incluso sin pregunta.
Ser o no ser
La aparentemente sencilla pregunta de si los virus están vivos o no, que mis alumnos hacen a menudo, probablemente ha defendido una respuesta sencilla todos estos años porque plantea una cuestión fundamental: ¿Qué define exactamente la «vida»? Una definición científica precisa de la vida es algo esquivo, pero la mayoría de los observadores estarían de acuerdo en que la vida incluye ciertas cualidades además de la capacidad de replicarse. Por ejemplo, una entidad viva se encuentra en un estado limitado por el nacimiento y la muerte. También se cree que los organismos vivos requieren un grado de autonomía bioquímica, llevando a cabo las actividades metabólicas que producen las moléculas y la energía necesarias para mantener el organismo. Este nivel de autonomía es esencial para la mayoría de las definiciones.
Los virus, sin embargo, parasitan esencialmente todos los aspectos biomoleculares de la vida. Es decir, dependen de la célula huésped para obtener las materias primas y la energía necesarias para la síntesis de ácidos nucleicos, la síntesis de proteínas, el procesamiento y el transporte, y todas las demás actividades bioquímicas que permiten al virus multiplicarse y propagarse. Se podría concluir entonces que, aunque estos procesos estén bajo la dirección viral, los virus son simplemente parásitos no vivos de sistemas metabólicos vivos. Pero puede existir un espectro entre lo que está ciertamente vivo y lo que no lo está.
Una roca no está viva. Un saco metabólicamente activo, desprovisto de material genético y del potencial de propagación, tampoco está vivo. Una bacteria, sin embargo, está viva. Aunque es una sola célula, puede generar energía y las moléculas necesarias para mantenerse, y puede reproducirse. ¿Pero qué pasa con una semilla? Una semilla no puede considerarse viva. Sin embargo, tiene un potencial de vida, y puede ser destruida. En este sentido, los virus se parecen más a las semillas que a las células vivas. Tienen un cierto potencial, que puede ser apagado, pero no alcanzan el estado más autónomo de la vida.
Otra forma de pensar en la vida es como una propiedad emergente de un conjunto de ciertas cosas no vivas. Tanto la vida como la conciencia son ejemplos de sistemas complejos emergentes. Cada uno de ellos requiere un nivel crítico de complejidad o interacción para alcanzar sus respectivos estados. Una neurona por sí sola, o incluso en una red de nervios, no es consciente: se necesita la complejidad de todo el cerebro. Sin embargo, incluso un cerebro humano intacto puede estar biológicamente vivo pero ser incapaz de tener conciencia, o «cerebro muerto». Del mismo modo, ni los genes o proteínas individuales celulares o virales están vivos por sí mismos. La célula enucleada se asemeja al estado de muerte cerebral, ya que carece de una complejidad crítica completa. Un virus tampoco alcanza una complejidad crítica. Así que la vida en sí es un estado emergente y complejo, pero está hecha de los mismos bloques físicos fundamentales que constituyen un virus. Desde esta perspectiva, los virus, aunque no estén completamente vivos, pueden considerarse algo más que materia inerte: están al borde de la vida.
De hecho, en octubre, investigadores franceses anunciaron hallazgos que ilustran de nuevo lo cerca que pueden estar algunos virus. Didier Raoult y sus colegas de la Universidad del Mediterráneo de Marsella anunciaron que habían secuenciado el genoma del mayor virus conocido, el Mimivirus, descubierto en 1992. El virus, del mismo tamaño que una pequeña bacteria, infecta a las amebas. El análisis de la secuencia del virus reveló numerosos genes que hasta entonces se creía que sólo existían en los organismos celulares. Algunos de estos genes están implicados en la fabricación de las proteínas codificadas por el ADN viral y pueden facilitar que el Mimivirus coopte los sistemas de replicación de las células del huésped. Como señala el equipo de investigación en su informe en la revista Science, la enorme complejidad del complemento genético del Mimivirus «desafía la frontera establecida entre los virus y los organismos celulares parásitos».
Impacto en la evolución
Los debates sobre la conveniencia de etiquetar a los virus como seres vivos conducen naturalmente a otra cuestión: ¿Considerar el estatus de los virus como vivos o no vivos es más que un ejercicio filosófico, la base de un debate retórico vivo y acalorado pero con pocas consecuencias reales? Creo que la cuestión es importante, porque el modo en que los científicos consideran esta cuestión influye en su pensamiento sobre los mecanismos de la evolución.
Los virus tienen su propia y antigua historia evolutiva, que se remonta al mismo origen de la vida celular. Por ejemplo, algunas enzimas de reparación vírica -que extirpan y resintetizan el ADN dañado, reparan los daños causados por los radicales de oxígeno, etc.- son exclusivas de ciertos virus y han existido casi sin cambios probablemente durante miles de millones de años.
Sin embargo, la mayoría de los biólogos evolucionistas sostienen que, como los virus no están vivos, no son dignos de consideración cuando se trata de entender la evolución. También consideran que los virus proceden de genes del huésped que, de alguna manera, escaparon de éste y adquirieron una cubierta proteica. Desde este punto de vista, los virus son genes fugitivos del huésped que han degenerado en parásitos. Y si los virus son descartados de la red de la vida, las importantes contribuciones que pueden haber hecho al origen de las especies y al mantenimiento de la vida pueden pasar desapercibidas. (De hecho, sólo cuatro de las 1.205 páginas del volumen de 2002 La Enciclopedia de la Evolución están dedicadas a los virus.)
Por supuesto, los biólogos evolutivos no niegan que los virus hayan tenido algún papel en la evolución. Pero al considerar a los virus como inanimados, estos investigadores los colocan en la misma categoría de influencias que, por ejemplo, el cambio climático. Estas influencias externas seleccionan a los individuos que tienen rasgos variados y controlados genéticamente; los individuos más capaces de sobrevivir y prosperar cuando se enfrentan a estos retos son los que se reproducen con más éxito y, por tanto, propagan sus genes a las generaciones futuras.
Pero los virus intercambian directamente información genética con los organismos vivos, es decir, dentro de la propia red de la vida. Una posible sorpresa para la mayoría de los médicos, y quizás también para la mayoría de los biólogos evolutivos, es que la mayoría de los virus conocidos son persistentes e inocuos, no patógenos. Se instalan en las células, donde pueden permanecer latentes durante largos periodos o aprovechar el aparato de replicación de las células para reproducirse a un ritmo lento y constante. Estos virus han desarrollado muchas formas ingeniosas de evitar la detección por parte del sistema inmunitario del huésped -esencialmente, cada paso del proceso inmunitario puede ser alterado o controlado por varios genes que se encuentran en uno u otro virus.
Además, el genoma de un virus (todo el complemento de ADN o ARN) puede colonizar permanentemente a su huésped, añadiendo genes virales a los linajes del huésped y, en última instancia, convirtiéndose en una parte crítica del genoma de la especie huésped. Por tanto, los virus tienen seguramente efectos más rápidos y directos que los de las fuerzas externas que simplemente seleccionan entre variaciones genéticas internas generadas más lentamente. La enorme población de virus, combinada con sus rápidas tasas de replicación y mutación, los convierte en la principal fuente de innovación genética del mundo: constantemente «inventan» nuevos genes. Y los genes únicos de origen viral pueden viajar, encontrar su camino en otros organismos y contribuir al cambio evolutivo.
Los datos publicados por el Consorcio Internacional de Secuenciación del Genoma Humano indican que entre 113 y 223 genes presentes en las bacterias y en el genoma humano están ausentes en organismos bien estudiados -como la levadura Saccharomyces cerevisiae, la mosca de la fruta Drosophila melanogaster y el nematodo Caenorhabditis elegans- que se encuentran entre esos dos extremos evolutivos. Algunos investigadores pensaron que estos organismos, que surgieron después de las bacterias pero antes que los vertebrados, simplemente perdieron los genes en cuestión en algún momento de su historia evolutiva. Otros sugirieron que estos genes habían sido transferidos directamente al linaje humano por bacterias invasoras.
Mi colega Victor DeFilippis, del Instituto de Vacunas y Terapia Génica de la Universidad de Salud y Ciencias de Oregón, y yo sugerimos una tercera alternativa: los virus pueden originar genes y luego colonizar dos linajes diferentes, por ejemplo, bacterias y vertebrados. Un gen aparentemente otorgado a la humanidad por las bacterias puede haber sido dado a ambos por un virus.
De hecho, junto con otros investigadores, Philip Bell de la Universidad Macquarie de Sidney, Australia, y yo sostenemos que el propio núcleo celular es de origen viral. La aparición del núcleo -que diferencia a los eucariotas (organismos cuyas células contienen un verdadero núcleo), incluidos los seres humanos, de los procariotas, como las bacterias- no puede explicarse satisfactoriamente sólo por la adaptación gradual de las células procariotas hasta convertirse en eucariotas. Es posible que el núcleo haya evolucionado a partir de un gran virus de ADN persistente que se instaló de forma permanente en los procariotas. Los datos de la secuencia muestran que el gen de la ADN polimerasa (una enzima que copia el ADN) del virus T4, que infecta a las bacterias, está estrechamente relacionado con otros genes de la ADN polimerasa tanto en los eucariotas como en los virus que los infectan. Patrick Forterre, de la Universidad de París-Sur, también ha analizado las enzimas responsables de la replicación del ADN y ha llegado a la conclusión de que los genes de dichas enzimas en los eucariotas tienen probablemente un origen viral.
Desde los organismos unicelulares hasta las poblaciones humanas, los virus afectan a toda la vida en la Tierra, determinando a menudo lo que sobrevivirá. Pero los propios virus también evolucionan. Los nuevos virus, como el VIH-1 que causa el SIDA, pueden ser las únicas entidades biológicas que los investigadores pueden ver nacer, lo que constituye un ejemplo en tiempo real de la evolución en acción.
Los virus son importantes para la vida. Son la frontera en constante cambio entre los mundos de la biología y la bioquímica. A medida que sigamos desentrañando los genomas de más y más organismos, las contribuciones de este dinámico y antiguo acervo genético deberían hacerse evidentes. El premio Nobel Salvador Luria reflexionó en 1959 sobre la influencia viral en la evolución. «¿No podemos sentir», escribió, «que en los virus, en su fusión con el genoma celular y en su resurgimiento, observamos las unidades y el proceso que, en el curso de la evolución, han creado los exitosos patrones genéticos que subyacen a todas las células vivas?» Independientemente de que consideremos o no que los virus están vivos, es hora de reconocerlos y estudiarlos en su contexto natural: dentro de la red de la vida.