martes, marzo 22, 2011

Virus (entrevista a Frank Ryan)

Los virus están hechos de la misma sustancia que nuestra información genética. Son, de hecho, información genética desnuda. Se desvisten para entrar en las células y fabrican, tomando los mandos de la cadena de montaje del núcleo celular, numerosas copias de si mismos para las que asimismo confeccionan nuevos trajes proteicos. Después abandonan la célula explosivamente, generalmente destruyéndola. Este sorprendente proceso, sin embargo, no acaba siempre así. Algunos virus, una vez se han insertado dentro del ADN del núcleo, desde el que debieran empezar su replicación, permanecen silenciosos. Con el tiempo, si se produce alguna circunstancia ambiental propicia, se activan y comienzan la demorada replicación.

Aunque bien puede suceder que nunca lo hagan -bien porque muten y no puedan desplegar sus alas, bien porque el cambio ambiental esperado no se produzca- y quedan allí, como una parte del ADN del hospedador. Esta permanencia, cuando se da dentro de las llamadas células germinales –las que forman los gametos a partir de cuya fusión sexual se forman nuevos organismos- atraviesa la barrera de las generaciones y se vuelve definitiva, siendo ya el virus a partir de ese momento parte del genoma de serie de la especie hospedadora y estando, dentro de él, sometido a la selección natural que sufra esta. Ulteriores mutaciones en su secuencia podrán dar origen a nuevos genes funcionales.

Se cree que a lo largo de la historia evolutiva se han producido numerosos acontecimientos únicos de este estilo, por los cuales los genomas de los organismos han sido exitosamente colonizados por diversos virus. Los seres vivos que ahora pueblan la tierra llevan dentro de sí (en su genoma) y a sus espaldas (en árbol filogenético) un relato de intromisiones víricas seguidas de una gradual asimilación.

La unión de genes provenientes de distintas fuentes puede ser tal como la descrita, cuando un genoma se acrecienta con los relativamente pequeños fragmentos de ADN de un virus, o de proporciones comparativamente colosales, como la que sugirió Lynn Margulis respecto a las mitocondrias y los cloroplastos de las células eucariotas. Este sería el extremo superior del espectro: la simbiogénesis, que implicaría la creación de un organismo nuevo a partir de la unión de los genomas de dos organismos previamente distintos y separados.

Frank Ryan, médico británico, autor de varios libros de divulgación científica -entre ellos uno sobre la dieta esquimal- se ha interesado por el papel jugado por los virus en la evolución de las especies y, en particular, en la nuestra.

El Profesor Ryan ha tenido la amabilidad de responder unas preguntas para nosotros, puestas en un correcto inglés por José Miguel. Marzo tradujo las respuestas al castellano.


En inglés:

1. What is your hypothesis about the origin of viruses? Are viruses life forms?

The consensus of opinion is that viruses do not have a single origin, but multiple origins. That may be true. Some believe that RNA viruses originated in a hypothetical “RNA World” that existed before the evolution of DNA. If so they were the first quasi-life forms. Even if viruses truly have more than a single origin, I disagree with colleagues who believe that phage viruses derived as offshoots of bacterial genomes and that retroviruses derived from offshoots of eukaryotic genomes. I agree with Professor Villarreal that viruses have their own evolutionary origins and lineages, much as what we would expect with life.

Are viruses living organisms? I understand the views of colleagues who refute this – since viruses do become inert when outside their hosts. But inside the host, viruses take on a pattern of behaviour, and self-replication, that is very similar to living organisms, even if it derives from an obligate parasitic existence. Many bacteria are also obligate parasites, depending on their hosts for key genetic and molecular pathways. Like many colleagues I believe that viruses are borderline between simple replicators and true life forms. I think of them as becoming alive when they enter their hosts. Colleagues who refute this face the difficulty that viruses obey the basic mechanisms of evolution, including mutation-plus-selection as well as the symbiogenetic pattern of genetic symbiosis.

2. What role do you attribute to viruses and other parasites and symbionts in the evolution of species and, in particular, in our evolution?

Viruses are often seen as the ultimate expression of mutation-plus-selection. I agree with this view. But I also believe that they should be seen as the ultimate expression of symbiogenetic evolution. This is what my book, Virolution, is about, as many of my more recent biological and medical papers. Symbiogenesis is a very powerful mechanism of evolution which is familiar to bacteriologists, as to the rapidly population of symbiologists globally. Obvious examples of this include the origins of mitochondria and chloroplasts, also the rhizobial symbiosis that enables legumes to capture atmospheric nitrogen and the mycorrhizae that attach to the roots of plants and enable the plant to extract water and minerals from soil. In fact if you examine the impact of viruses on host evolution, you witness a very similar pattern of symbiogenetic evolution. In essence virus and host change one another’s evolutionary trajectories, while also following classical Darwinian mechanisms. More than one evolutionary mechanism can take place at one and the same time.

There is growing evidence (see Villarreal’s Viruses and the Evolution of Life) for the fact that viruses have significantly altered host evolution throughout biodiversity. A very big proportion of the human genome is derived either from exogenous retroviral invasion, or is variously dependent on, or perhaps derived from, viruses. This is not junk, as was formerly believed, but is playing a wide variety of roles in human evolution, development and day-to-day physiology and chemistry. For example, all human pregnancies are dependent on endogenous retroviruses that help to construct the placenta and a number of other viruses appear to be playing a part in human reproduction.

3. What future do you see in our relationship with microorganisms and the diseases they cause?

Since I am a physician, I do not underestimate the potential for microbes to cause infectious disease and, in the case of viruses, other serious diseases, such as cancers. At the same time microbes have also contributed, in a major way, to the evolution of all of life on Earth. We have a complex symbiotic relationship with the bacteria in our gut. We breathe oxygen with the help of what was formerly a bacterium, related perhaps to the Rickettsia that causes epidemic typhus. It seems likely that the human endogenous retroviruses in our genome, or HERVs, infected our human, or pre-human, ancestors as plague viruses, like HIV-1 or HIV-2. But now they have become part of our evolutionary heritage through endogenization into our genome. So there is a curious on-going ambivalence in the relationship between parasitic microbes and their hosts. Of course other microbes, such as the soil bacteria, or the rhizobia of legumes, play an essential role in the great cycles of Nature.

4. Do you think that microorganisms can affect behaviour and cause mental illnesses?

Well, of course disease alters human behaviour in complex ways. With tuberculosis, for example, there is the so-called “spes phthisica”, which was said to stimulate creativity in the arts. But I’m dubious and suspect it was more the fact that sufferers realised their lives were likely to be short and this had a galvanising effect on their behaviour. There is growing evidence for a major role for endogenous retroviruses in human brain structure and function – in fact I anticipate this will be the new growth arena after the placental one. A number of studies have shown that human endogenous retroviruses (HERVs) may be playing some, as yet unknown, role in mental illnesses, including schizophrenia. The link between a HERV-W and MS is looking interesting, but still needs more work to be done to clarify it.

5. What does The Eskimo Diet have that others don't?

This book, co-written with fish oil pioneer Reg Saynor, was the first book to popularise the omega-3s as helping to reduce the risk of a heart attack. More recently I wrote The Brain Food Diet to popularise the growing evidence that the omega-3 fatty acid, DHA, helps cognition from the foetus into old age.

6. What was Darwin’s blind spot?

I’ve never been entirely happy with this title for my book, which suggests I am, in some way, critical of Darwin, or natural selection, when the very opposite is true. In essence, the book examines the differences between mutation-plus-selection and symbiotic mechanisms of evolution. It also takes the viral symbiosis theme a little further than I did in Virus X, and then it became the major theme of my more recent title, Virolution. I’m often told, by fellow evolutionary biologists, that Darwin had many blind spots. He was great, nevertheless – without doubt the equivalent to biology of Isaac Newton and Einstein to the physicists. I think it was more the neo-Darwinians of the 1930s onwards who become overly concerned with competition as an evolutionary mechanism, tending to downplay cooperation, or more broadly, living interactions between species. So symbiosis in biology and cooperation in human societal evolution are what the title refers to.

7. What are you now working on? What mystery of the evolutionary past would you like to unveil?

My next book will look at the great natural mystery of metamorphosis. I don’t claim to have all the answers, but I have some wonderful material, based on the work of Wigglesworth, Williams, Williamson, and others, that deserves to be introduced into popular understanding.


En castellano:

1. ¿Cuál es su hipótesis sobre el origen de los virus? ¿Son los virus formas de vida?

La opinión de consenso es que los virus no tienen un origen único, sino múltiples orígenes. Eso puede ser cierto. Algunos creen que los virus de ARN se originaron en un hipotético “mundo de ARN” que existió antes de la evolución del ADN. Si es así, fueron las primeras formas cuasivivientes. Aun si los virus tienen en verdad varios orígenes, estoy en desacuerdo con los colegas que creen que los virus bacteriófagos evolucionaron como retoños de genomas bacterianos y que los retrovirus derivaron de retoños de genomas eucarióticos. Estoy de acuerdo con el profesor Villarreal en que los virus tienen sus propios orígenes y linajes evolutivos, tal como esperaríamos con la vida.

¿Son los virus organismos vivientes? Entiendo los puntos de vista de los colegas que rechazan esto, ya que, en efecto, los virus devienen inertes fuera de sus hospedadores. Pero dentro del hospedador, los virus siguen un patrón de conducta, y autorreplicación, que es muy similar al de los organismos viventes, aun si deriva de una existencia parasitaria obligada. Muchas bacterias son también parásitos obligados, que dependen de sus hospedadores para vías genéticas y moleculares clave. Como muchos colegas creo que los virus son fronterizos entre simples replicadores y auténticas formas de vida. Pienso en ellos como seres que cobran vida al introducirse en sus hospedadores. Los colegas que rechazan esto se enfrentan a la dificultad de que los virus obedecen a los mecanismos básicos de la evolución, incluido el de mutación y selección así como el patrón simbiogenético de la simbiosis genética.

2. ¿Qué papel atribuye usted a los virus y otros parásitos y simbiontes en la evolución de las especies y, en particular, en nuestra propia evolución?

A menudo se ve a los virus como la expresión definitiva del mecanismo de mutación y selección. Estoy de acuerdo con este punto de vista. Pero creo también que deberían verse como la expresión definitiva de la evolución simbiogenética. De esto es de lo que trata mi libro Virolution, así como muchos de mis artículos biológicos y médicos más recientes. La simbiogénesis es un mecanismo evolutivo muy potente que es familiar a los bacteriólogos, así como a la rápidamente creciente población de simbiólogos. Ejemplos obvios son los orígenes de mitocondrias y cloroplastos, así como la simbiosis rizobial que permite a las legumbres atrapar nitrógeno atmosférico y las micorrizas que se adhieren a las raíces de las plantas permitiéndoles extraer agua y minerales del suelo. De hecho, si se examina el impacto de los virus en la evolución de sus hospedadores se presencia un patrón muy similar de evolución simbiogenética. En esencia, virus y hospedadores alteran mutuamente sus trayectorias evolutivas, a la vez que siguen los mecanismos darwinianos clásicos. Puede darse más de un mecanismo evolutivo a la vez.

Hay creciente evidencia (vea Viruses and the Evolution of Life, de Villarreal) en favor de que los virus han alterado significativamente la evolución de sus hospedadores en toda la biodiversidad. Una proporción muy grande del genoma humano o bien deriva de invasiones retrovíricas exógenas, o bien depende de diversas maneras de virus, o tal vez deriva de ellos. Esto no es morralla, como se creía antes, sino que interpreta una amplia variedad de papeles en la evolución, desarrollo y fisiología y química cotidianas de los seres humanos. Por ejemplo, todas las gestaciones humanas dependen de retrovirus endógenos que ayudan a construir la placenta, y varios otros virus parecen tomar parte en la reproducción humana.

3. ¿Qué futuro ve en nuestra relación con los microorganismos y las enfermedades que causan?

Al ser médico, no subestimo el potencial de los microbios para causar enfermedades infecciosas y, en el caso de los virus, otras enfermedades serias, como cánceres. Al mismo tiempo los microbios contribuido también, de manera muy importante, a la evolución de toda la vida en la Tierra. Tenemos una compleja relación simbiótica con las bacterias de nuestro intestino. Respiramos oxígeno con la ayuda de lo que fue antaño una bacteria, emparentada quizá con la rickettsia que causa el tifus epidémico. Parece verosímil que los retrovirus endógenos de nuestro genoma, o HERV, infectaran a nuestros antepasados humanos o prehumanos como pestes, como hoy el HIV-1 o el HIV-2. Pero se han convertido en parte de nuestra herencia evolutiva incorporándose en nuestro genoma. Así que hay una curiosa ambivalencia en la relación entre los microbios parásitos y sus hospedadores. Por supuesto otros microbios, como las bacterias del suelo o los rizobios de las legumbres, interpretan un papel esencial en los grandes ciclos de la Naturaleza.

4. ¿Piensa usted que los microorganismos pueden afectar a la conducta y causar enfermedades mentales?

Bueno, por supuesto la enfermedad altera la conducta humana de maneras complejas. Con la tuberculosis, por ejemplo, está la llamada “spes phthisica”, que se decía que estimulaba la creatividad artística. Pero yo lo dudo y sospecho más bien que los enfermos se daban cuenta de que probablemente sus vidas serían breves y esto tenía un efecto galvanizador sobre su conducta. Hay creciente evidencia en favor de un importante papel de los retrovirus endógenos en la estructura y función cerebral humana; de hecho, preveo que esta será la nueva área de crecimiento después de la de la placenta. Varios estudios han mostrado que los retrovirus endógenos humanos (HERV) pueden tener algún papel, aún desconocido, en enfermedades mentales incluida la esquizofrenia. El nexo entre un HERV-W y la esclerosis múltiple parece interesante, pero aún hace falta más trabajo para aclararlo.

5. ¿Qué tiene la dieta del esquimal que no tengan otras?

Este libro, coescrito con el pionero del aceite de pescado Reg Saynor, fue el primero que popularizó los omega-3 como agentes que ayudaban a reducir el riesgo de ataque cardíaco. Más recientemente he escrito The Brain Food Diet para popularizar la creciente evidencia de que un ácido graso omega-3, el ácido docosahexaenoico (DHA), favorece la cognición desde la edad fetal hasta la vejez.

6. ¿Cuál era el punto ciego de Darwin?

Nunca me he sentido del todo satisfecho con este título para mi libro, que sugiere que soy algo crítico con Darwin o la selección natural, cuando no es cierto. En esencia, el libro examina las diferencias entre los mecanismos evolutivos de mutación y selección y simbiótico. También llevo el tema de la simbiosis vírica un poco más lejos que en Virus X; se ha convertido en el tema principal de mi último libro, Virolution. Otros biólogos evolutivos me dicen a menudo que Darwin tenía muchos puntos ciegos. Sin embargo, fue grande; sin duda, el equivalente en Biología de Isaac Newton y Einstein en Física. Pienso que fueron más bien los neodarwinistas de 1930 en adelante los que se centraron demasiado en la competencia como mecanismo evolutivo, tendiendo a quitar importancia a la cooperación, o, más en general, a las interacciones de convivencia entre especies. Así que a lo que alude el título es a la simbiosis en biología y la cooperación en la evolución social humana.

7. ¿En qué trabaja ahora? ¿Qué misterio del pasado evolutivo le gustaría desvelar?

Mi próximo libro indagará en el gran misterio natural de la metamorfosis. No afirmo tener todas las respuestas, pero tengo un material maravilloso, basado en los trabajos de Wigglesworth, Williams, Williamson y otros, que merece presentarse para conocimiento del público.