En las fotos satelitales de la Tierra, las nubes de color verde brillante florecen en la superficie de los lagos y océanos a medida que las poblaciones de algas explotan en agua rica en nutrientes. Desde el aire, las algas parecen ser los principales actores en el drama ecológico que se desarrolla a continuación.
Pero esos organismos unicelulares que atribuimos a la influencia del medio ambiente acuático en la base de la cadena alimentaria pueden estar bajo la influencia de otra cosa: virus cuyos genes pueden reconfigurar el metabolismo de sus huéspedes.
En un nuevo estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigación de Virginia Tech informó que habían encontrado una colección sustancial de genes para los ciclos metabólicos, una característica definitoria de la vida celular, en una amplia gama de "virus gigantes".
Los virus gigantes interrumpen la narrativa familiar sobre los virus: que son los habitantes más pequeños del microbioma, poco más que una cáscara despojada de un organismo, solo el valor de unos pocos genes de ADN o ARN plegado en una conchapequeño, necesita un microscopio electrónico para verlo. De hecho, los virus gigantes, diez veces más grandes que sus primos más compactos y con cientos o incluso miles de genes, son tan diferentes del resto de la familia que cuando se descubrió la primera especieen 1992, los investigadores lo descartaron como bacteria.
Finalmente se clasificaron correctamente, pero incluso entonces se consideraron una curiosidad aislada. Frank Aylward, profesor asistente de ciencias biológicas en la Facultad de Ciencias, quien dirigió la investigación, explicó que las encuestas de rutina sobre la diversidad viral a menudo los echaban de menos por una razón prosaica: Son tan grandes que quedan atrapados en los filtros que los investigadores usan para separar los virus de las bacterias y otros organismos más grandes.
Pero gradualmente, se hizo evidente que estos virus de gran tamaño estaban en todas partes, y especialmente abundantes en ambientes acuáticos, donde infectan organismos unicelulares como algas y protozoos. Eso es importante, debido al metabolismo de esos organismos comparativamente complejos: qué nutrientesconsumen, los desechos que producen, influyen fuertemente en la salud de los océanos y lagos en los que viven y, en última instancia, en el ciclo de carbono del planeta.
"Están por toda la biosfera. Es solo que realmente no les hemos prestado atención", dijo Aylward.
Aylward comenzó a prestar atención después de que el investigador postdoctoral Monir Moniruzzaman, autor principal del nuevo estudio, se uniera al laboratorio en 2018.
"Monir es el experto en virus gigante", se rió Aylward. "Simplemente no dejaba de hablar de virus gigantes, así que finalmente dije, está bien, comenzaremos a trabajar en ellos".
Moniruzzaman comenzó a desentrañar genomas que pertenecían a virus gigantes. Usando genes conocidos de virus gigantes como marcadores y patrones en los datos de bases de datos de metagenomas disponibles al público, que albergan una mezcla de datos genéticos de la gran variedad de organismos en una variedad de entornos.Con los datos como pistas, compiló genomas para 501 virus gigantes, principalmente de ambientes marinos y de agua dulce. Esos genomas contenían las características estándar que cabría esperar: genes que dirigen la construcción de la capa protectora del virus y que le permiteninfectar y matar a su anfitrión.
No esperaban ver tantos genes metabólicos. El metabolismo, la colección de procesos que usan las células para extraer energía de los nutrientes, es un sello distintivo de la vida celular, ausente de los virus casi por definición. Sin embargo, estos virus gigantes parecían tenergenes vinculados a varias vías metabólicas clave en las células vivas.
Estos no fueron los primeros genes metabólicos que aparecieron en los genomas virales, pero incluyeron muchas funciones que nunca se habían visto en los virus. Otros ejemplos fueron genes virales aislados que eran prácticamente idénticos a sus contrapartes celulares, lo que sugiere que teníanadquirido del huésped por casualidad durante una infección y pegado en el genoma del virus relativamente recientemente: artefactos vestigiales de invasiones pasadas en lugar de herramientas funcionales.
Los genes que Moniruzzaman y Aylward encontraron, por otro lado, comprendían grandes porciones de rutas metabólicas familiares pero tenían su propia firma única.
"Implica que los virus han tenido estos genes durante millones de años, incluso miles de millones de años, y son genes metabólicos específicos de virus", explicó Aylward.
Eso sugiere que estos genes no son solo restos genéticos, sino componentes funcionales que el virus despliega a medida que comanda a su huésped. En este caso, dicen los investigadores, la implicación es que el virus está alterando el metabolismo de la célula.
"Una vez que los virus infectan una célula, ya no podemos pensar en la célula como si fuera su propia entidad autónoma", dice Aylward. "Los aspectos fundamentales de la fisiología celular están siendo cableados por estos virus tras la infección".
Los cambios en el metabolismo del huésped pueden alterar el equilibrio de los nutrientes que se consumen y liberan al medio ambiente, lo que hace que los virus influyan en la biogeoquímica acuática. A pesar de que los virus no están vivos, explica Aylward, "están alterando significativamente el curso de la vida todos los díasen el ambiente."
El siguiente paso es descubrir cómo, mediante el uso de estudios experimentales que pueden ayudar a descubrir cómo funcionan estos genes e interactúan con el metabolismo nativo del huésped. El equipo también investigará la evolución de estos genes para determinar cómo se deslizaron en el genoma viral, ycuando.
Descubrir estos genes, que amplían nuestras ideas sobre cómo los virus gigantes influyen en su entorno, tiene implicaciones más amplias para la virología. Encontrar los componentes básicos del metabolismo en algo que no está vivo borra la distinción entre lo que está vivo y lo que no lo está.
"Pienso en estos diagramas de Venn, donde solía haber muy poca superposición, y cuanto más aprendemos, más continúan superponiéndose", dijo Aylward. "Ahora ha llegado al punto en el que realmente haymuy pocos genes que solo se encuentran en las células, y muy pocos genes que solo se encuentran en los virus. En términos de los repertorios genómicos, tienen mucho más en común de lo que realmente esperaríamos ".
Moniruzzaman sospecha que hay más sorpresas al acecho en estos genomas, que están llenos de lo que él describe como "materia oscura viral", genes que siguen apareciendo en estudios de virus gigantes pero cuyas funciones aún se desconocen.
"¿No crees que son fascinantes? Simplemente creo que son fascinantes", se maravilla Moniruzzaman. "Son solo una bolsa de misterio. Son como un gran bosque y tú estás parado frente albosque y no sabes lo que hay en él. Y creo que este es el momento adecuado para entenderlo. Creo que son misteriosos, eso es lo que pienso ".
Esta investigación fue apoyada en parte por un Premio de la Facultad Junior del Instituto de Tecnología Crítica y Ciencias Aplicadas. Aylward es miembro de la facultad afiliada del Centro de Cambio Global, ubicado bajo el Instituto de Ciencias de la Vida Fralin.
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Materiales proporcionado por Virginia Tech . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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