¿Qué determina la rapidez con la que muta el coronavirus?

Sin mutaciones genéticas no habría humanos. No habría ningún ser vivo en absoluto, ni mamíferos, insectos o plantas, ni siquiera bacterias.

Estos pequeños errores, que pueden ocurrir al azar cada vez que una célula o un virus se copia a sí mismo, proporcionan la materia prima para que tenga lugar la evolución. Las mutaciones crean variaciones en una población, lo que permite que la selección natural amplifique los rasgos que ayudan a las criaturas a prosperar: estirar el largo cuello de una jirafa para alcanzar hojas altas o camuflara las orugas como caca para evadir la atención de los pájaros.

En medio de una pandemia, sin embargo, la palabra "mutación" tiene una nota más ominosa. Los virus, aunque técnicamente no están vivos, también mutan y evolucionan a medida que infectan las células del huésped y se replican. Los ajustes resultantes al código genético del virus podrían ayudarlo a saltar más fácilmente entre humanos o evadir las defensas del sistema inmunológico. Tres de estos mutantes del virus SARS-CoV-2 han llevado a los expertos a abogar por redoblar los esfuerzos para frenar la propagación del coronavirus.

Pero estas tres versiones del virus son solo algunas de las miles de variantes del SARS-CoV-2 que han surgido desde que comenzó la pandemia. "Estamos creando variantes en este momento porque tenemos muchos humanos infectados con SARS-CoV-2", dice Siobain Duffy, bióloga evolutiva de viales de la Escuela de Ciencias Ambientales y Biológicas de Rutgers.

Muchas de estas variantes ya han desaparecido. Entonces, ¿por qué desaparecen algunas versiones y por qué cambia el virus? ¿Qué mecanismos son responsables de la evolución de los virus?

“El virus cambiará porque esa es la biología subyacente”, dice Simon Anthony, virólogo que trabaja en enfermedades infecciosas en la Universidad de California, Davis. "La pregunta entonces es, ¿esos cambios son importantes para nosotros?"

Replicando códigos genéticos

Un virus exitoso es aquel que se hace más a sí mismo. Pero estas pequeñas entidades no pueden hacer mucho por sí mismas. Los virus son esencialmente bobinas de material genético metidas en una capa de proteína que a veces está cubierta por una envoltura exterior. Para poder replicar, deben encontrar un anfitrión. El virus se une a las células de su objetivo, inyectando material genético que secuestra la maquinaria celular del huésped para producir una nueva generación de progenie viral.

Pero cada vez que se hace una nueva copia, existe la posibilidad de que ocurra un error o una mutación. Las mutaciones son como errores tipográficos en la cadena de "letras" que forman una cadena de código de ADN o ARN.

La mayoría de las mutaciones son perjudiciales para un virus o una célula, lo que limita la propagación de un error a través de una población. Por ejemplo, las mutaciones pueden modificar los componentes básicos de las proteínas codificadas en el ADN o ARN, lo que altera la forma final de una proteína e impide que haga su trabajo previsto, explica Duffy.

"No produce las pequeñas y agradables hélices alfa que se supone", dice sobre una estructura común que se encuentra en las proteínas. "No hace las bonitas sábanas dobladas que se supone".

Muchas otras mutaciones son neutrales y no tienen ningún efecto sobre la eficiencia con la que se reproduce un virus o una célula. A veces, estas mutaciones se propagan al azar, cuando un virus que porta la mutación se propaga a una población que aún no ha estado expuesta a ninguna variante del virus. “Es el único niño de la cuadra”, dice Anthony.

Sin embargo, unas pocas mutaciones seleccionadas resultan útiles para un virus o una célula. Por ejemplo, algunos cambios podrían hacer que un virus salte mejor del humano que lo hospeda al siguiente, ayudándolo a superar a otras variantes en el área. Esto fue lo que sucedió con la variante B.1.1.7 del SARS-CoV-2 que se identificó por primera vez en el Reino Unido, pero que ahora se ha extendido a docenas de países de todo el mundo. Los científicos estiman que la variante es aproximadamente un 50 por ciento más transmisible que las formas pasadas del virus, lo que le da una ventaja evolutiva.

El ritmo de la evolución

Las mutaciones pueden ocurrir al azar, pero la velocidad a la que ocurren depende del virus. Las enzimas que copian los virus de ADN, llamadas ADN polimerasas, pueden corregir errores en las cadenas resultantes de letras genéticas, dejando pocas mutaciones en cada generación de copias.

Pero los virus de ARN, como el SARS-CoV-2, son los jugadores evolutivos del mundo microscópico. La ARN polimerasa que copia los genes del virus generalmente carece de habilidades de corrección de pruebas, lo que hace que los virus de ARN sean propensos a altas tasas de mutación, hasta un millón de veces mayor que las células que contienen ADN de sus huéspedes.

Los coronavirus tienen una tasa de mutación ligeramente más baja que muchos otros virus de ARN porque pueden realizar una ligera corrección genética. "Pero no es suficiente que evite la acumulación de estas mutaciones", dice el virólogo Louis Mansky, director del Instituto de Virología Molecular de la Universidad de Minnesota. Entonces, a medida que el nuevo coronavirus se volvía loco en todo el mundo, era inevitable que surgiera una variedad de variantes.

Sin embargo, la verdadera tasa de mutación de un virus es difícil de medir. “La mayoría de esas mutaciones serán letales para el virus y nunca las verá en la población de virus en constante crecimiento y evolución”, dice Mansky.

En cambio, los estudios genéticos de las personas enfermas pueden ayudar a determinar lo que se conoce como tasa de fijación, que es una medida de la frecuencia con la que las mutaciones acumuladas se “fijan” dentro de una población viral. A diferencia de la tasa de mutación, esta se mide durante un período de tiempo. Entonces, cuanto más se propaga un virus, más oportunidades tiene de replicarse, mayor será su tasa de fijación y más evolucionará el virus, dice Duffy.

Para el SARS-CoV-2, los científicos estiman que se establece una mutación en la población cada 11 días aproximadamente. Pero es posible que este proceso no siempre ocurra a un ritmo constante.

En diciembre de 2020, la variante B.1.1.7 llamó la atención de los científicos cuando sus 23 mutaciones parecieron surgir repentinamente cuando el virus arrasó Kent, Inglaterra. Algunos científicos especulan que un paciente con enfermedad crónica brinda más oportunidades de replicación y mutación y el uso de terapias como el plasma convaleciente puede haber presionado al virus para que evolucione. No todos los cambios fueron necesariamente útiles para el virus, señala Duffy, sin embargo, algunas mutaciones que surgieron permitieron que la variante se propagara rápidamente.

El amplio mundo de los virus

Las mutaciones impulsan la evolución, pero no son la única forma en que un virus puede cambiar con el tiempo. Algunos virus, como la influenza, tienen otras formas de aumentar su diversidad.

La influenza se compone de ocho segmentos genéticos, que se pueden reorganizar (un proceso llamado reordenamiento) si varios virus infectan una sola célula para replicarse al mismo tiempo. A medida que la progenie viral se empaqueta en sus cápsulas de proteínas, los segmentos de ARN de los virus parentales se pueden mezclar y combinar como Legos virales. Este proceso puede provocar cambios rápidos en la función viral. Por ejemplo, el reordenamiento de cepas de influenza que circulan en cerdos, aves y humanos condujo a la pandemia de influenza H1N1 2009.

Sin embargo, a diferencia de la influenza, los coronavirus no poseen segmentación física para someterse a un reordenamiento. Los coronavirus pueden experimentar algunos cambios en su función a través de un proceso conocido como recombinación, cuando los segmentos de un genoma viral son empalmados con otro por la enzima que hace la copia viral. Pero los investigadores todavía están trabajando para determinar qué tan importante es este proceso para la evolución del SARS-CoV-2.

Comprender esta dinámica evolutiva del SARS-CoV-2 es vital para garantizar que los tratamientos y las vacunas sigan el ritmo del virus. Por ahora, las vacunas disponibles son eficaces para prevenir enfermedades graves de todas las variantes virales.

Y el estudio de la evolución del SARS-CoV-2 podría ayudar a responder otra pregunta inminente: ¿De dónde vino el virus? Si bien la enfermedad probablemente se originó en los murciélagos, todavía faltan capítulos en la historia del salto del SARS-CoV-2 a los huéspedes humanos. Completar estos espacios en blanco podría ayudarnos a aprender cómo protegernos en el futuro.

“Como sociedad, a nivel mundial, no queremos que esto vuelva a suceder”, dice Mansky.