comentarisviruslents

Aquest blog és una seguit de comentaris personals i probablement poc transferibles sobre ciència i política.

Archivos en la Categoría: bacteriòfags

Comentaris virus-lents (110): I els virus cobriran la terra…

Per cada espècie d’ésser viu sobre la Terra hi ha una panòplia de virus diferents capaços d’infectar-lo. Això converteix aquests petits éssers en la major font de biodiversitat sobre la Terra amb el permís dels bacteris. Els núvol poblacional viral, bigarrat i complex, és el que alguns venim a dir “virosfera”, de la que, com a la resta de la natura, en coneixem solament una petita part. A més aquesta petita part està esbiaixada pel nostre interès, ja que practicant un antropocentrisme fins a cert punt explicable, coneixem millor els virus que ens interessen des d’el punt de vista de la salut, els virus que ens infecten, en afecten, a nosaltres, als nostres ramats, o a les nostres collites.

 

I com arribem a aquesta conclusió tan agosarada. Ja fa 20 anys que el viròleg Stephen Morse va suggerir que hi havia un milió de virus que infectaven vertebrats (pel senzill càlcul de assumir la presència d’un mínim de 20 virus per cadascun dels 50.000 vertebrats del planeta). Vint no és un nombre massa alt; penseu en virus que infectin l’espècie humana i molts hi arribareu sense gaire esforç; i recordeu que nosaltres som una espècie més, i no el cim de res. Per exemple, si parlem d’herpesvirus n’hi ha vuit que infecten a humans, però hi ha nou que infecten equins i 5 que infecten bovins…si això es representatiu, i pensem en les més de 5400 especies de mamífers (que són aquells descoberts, no els existents) tenim un nombre d’herpesvirus més que considerable. Si obrim el focus veurem però que també hi ha herpesvirus que infecten aus, rèptils, amfibis i cadascun d’aquestos excedeixen en nombre als mamífers. I ara ens aturem perquè si incloem en l’equació als invertebrats, la complexitat dels quals ultrapassa a la dels vertebrats, el cap ens començarà a rodar. Però quan heu pensat en virus que ens poden infectar a l’espècie humana potser heu comptat un parell d’herpesvirus (família Herpesviridae) però també, potser, el virus de la hepatitis A, o el poliovirus, de la família Picornaviridae; el virus de la verola (família Poxviridae); el virus de la febre groga, o el dengue, o el virus West Nile (família Flaviviridae); els rotavirus (família Reoviridae), els astrovirus (família Astroviridae); el virus de la grip (família Orthomyxoviridae) el virus de la immunodeficiència humana (un lentivirus de la família Retroviridae). I ara hem de pensar que aquestes famílies víriques potser tindran la mateixa distribució i variació que la família Herpesviridae. I que tenim molts virus pendents de ser classificats, encara. I a tots aquests virus cal afegir els virus no patògens, que circulen silenciosament i que probablement excedeixen en nombre als coneguts. I els virus de plantes, i els virus que infecten bacteris, i els virus que infecten fongs, i els virus que infecten paràsits. Que passa, doncs, amb les virus desconeguts? Podem aixecar una mica el teló?

 

virus families drawn

Fa uns anys es feu un estudi a partir de poc menys de 2000 mostres (orina, hisops bucals o de gola, femtes) d’un ratpenat frugívor (sí, els que s’alimenten de fruites), el Pteropus giganteus, i es cercaren seqüències virals per la reacció en cadena de la polimerasa (PCR), el seu viroma*. L’elecció de l’animal no fou baladí ja que se sap que els ratpenats hostatgen molts virus diferents, alguns patògens d’humans, com el virus Nipah. Els assajos de PCR es dissenyaren per detector virus de nou famílies virals. Es detectaren al final 985 seqüències víriques de 7 famílies virals, que incloïen 11 paramyxovirus (Nipah i deu nous virus), 14 adenovirus (13 d’elles nous, no descrits fins ara), 8 astrovirus (tots ells nous), 4 diferents coronavirus, 3 polyomavirus (tots nous)…i molts herpesviruses, nous també. Per mes detalls veure enllaç http://www.virology.ws/2013/09/06/how-many-viruses-on-earth/

Per tant si no tenim més virus descrits és per no cercar de forma exhaustiva i organitzada.

Sí, sí, això està molt bé, tot plegat, però…quans virus hi ha a la Terra?

En una entrada anterior havíem parlat que nosaltres estem plens de bacteris. Una part del nostre pes són bacteris, el nombre de bacteris excedeix en nombre de les cèl·lules eucariotes del nostre cos. Que pensaríeu si us digues que el nombre de virus excedeix al de bacteris. Som un portaavions viral. I aquí és on més clarament veiem que es trenca la relació mediàtica entre virus i malaltia. La majoria dels virus del nostre cos son “innocus”, no patògens. Certament hi ha bad guys, però son minoria. Con es va comentar prèviament (entrada 16, dedicada als norovirus) en un gram de femtes d’una persona infectada por haver-hi més de 108 virions (100.000.000 partícules víriques). Però quan estem sans també excretem valors semblants, tota una caterva de centenars d’espècies de virus diferents, en cada gram de femtes. Es tracta de virus, els bacteriòfags, que infecten els nostres bacteris intestinals, encara que també podem alliberar virus que adquirim al consumir aliments o aigües contaminades, els virus entèrics, i que poden propagar-se en el nostre tracte gastointestinal, arribant a l’exterior amb les nostres femtes, moltes vegades sense que ens adonem (infeccions asimptomàtiques). També podem alliberar virus a través de totes les nostres secrecions  orals, nasals, oculars, vaginals, etc. I el nostre patró d’alliberament de fraccions del nostre viroma canvia d’individu a individu, i dins d’un mateix individu canvia amb el temps. I el que val per nosaltres val per la resta d’animals, en major o menor grau.

 

Però nosaltres o la resta dels animals tenim un cert pes a la Terra però res comparable amb el volum i la masa de l’aigua de mar.

 

earth_blue_planet_globe_219085

Des de fa més de 20 anys se sap que en un litre d’aigua de mar hi ha entre 109 i 1010 partícules víriques. Aquestes concentracions no són fruit d’un estudi aïllat si no que s’ha corroborat a diferents localitzacions i per diferents autors, amb algunes variacions (hi ha més virus a les aigües costaneres i al volum d’aigua on arriba la llum, la zona fòtica, on hi ha més activitat metabòlica, més vida). Si es calcula que la quantitat d‘aigua total a la terra està al voltant de 1.386.000.000 km3, comencem a adonar-nos de l’enormitat dels números. Recordeu que 1 km3 son 1.000.000.000.000 litres, i ara recordeu que les estimacions parlen de 1010 partícules víriques per litre. ¿Que us surt?  A grosso modo estaríem parlant de 1031 partícules víriques. I mirem per on algunes estimacions indiquen que el nombre de virus sobre la Terra podria assolir la xifra de 1031 (Wobus & Nguyen, Curr Opin Virology 2012, 2:60-62). Aquest nombre és 10 vegades més alt que el nombre de procariotes (bacteris) estimat per a tota la Terra.

De fet, en el cos humà s’estima que hi ha 10 bacteris per cadascuna de les nostres cèl·lules i probablement hi ha 10 partícules víriques per cada bacteri.

I ara que sabem l’enormitat numèrica de virus de la nostra virosfera, quan pesarien? Ja sabem com de petits són els virus però una mica sí que pesen i de mica en mica s’omple la pica, que diuen. Si assumim que una partícula vírica mitjana “pesa” al voltant de 10 attograms (10-17 grams; un attogram= 10-18  grams), un senzill càlcul ens diria que la masa total de la virosfera terrestre és de unes 108 tones (100 milions de tones). La masa de la biosfera s’estima en unes  75.000 milions de tones. Els virus són poc cosa, doncs? Bé, si la masa total de la població humana està estimada en 250 milions de tones; el total de animals d’aprofitament ramader, 700 milions de tones, i els cultius, 2.000 milions de tones, jo no diria que són poca cosa tenint en compte la seva mida.

A la vida, la mida no és mesura d’importància.

Però aquesta, aquesta és una altra història.

————-

* Viroma: per viroma entenem el conjunt de genomes de virus present en una mostra determinada, que considerem representativa d’un ambient, o un organisme, sa o malalt. Per extensió, és la població viral de l’esmentat ambient o animal.

Anuncios

Comentaris virus-lents (105): I si els virus no fossin els virions.

La teoria cel·lular de la naturalesa de la vida ha estat un dels grans avenços en biologia. Els virus, tanmateix, potser la “forma de vida” més abundant sobre la Terra estan exclosos, com també estan exclosos de l’arbre de la vida, una imatge ja insinuada per Darwin a l’Origen de les Espècies. Això no deixa de ser una paradoxa pels biòlegs.Des de fa dècades hi ha una teoria (que no s’ha imposat per ara) que sí permet incloure els virus dins aquest arbre de la vida (que clàssicament contenia Bacteria, Archaea i Eukaryota), i que en certa manera unifica l’origen i evolució dels dominis cel·lulars i virals, desafiant totes les opinions convencionals sobre la història de la vida. La co-evolució dels virus i les seves cèl·lules hoste ha portat a alguns dels esdeveniments i les transicions més notables en l’evolució de la vida, com és l’existència de grans quantitats d’ADN no codificant (que no significa res) dins els nuclis de les nostres cèl·lules, com a dispositiu de protecció contra el dany genòmic per una potencial inserció viral. Bàsicament si tenim molt ADN potser els virus s’insereixen en un fragment que no ens importa i que no afecta la pauta de transcripció i cap proteïna o activitat resulta afectada.

La hipotesi de Claudiu Bandea diu que els “virus són organismes”. Segons aquesta hipòtesi cal fer cas omís de la partícula infecciosa (el que anomenem “virió”) quan es pensa en què és un virus, en el cicle vital del virus. El virió, amb la seva càpside de proteïnes que embolcalla l’àcid nucleic, la memòria, està essencialment inert (talment com una espora) però no és més que una baula, la més visible durant dècades, d’un cicle més complex. La fase madura del virus és la cèl·lula infectada; de fet la cèl·lula infectada és el virus. És a dir, els virions al entrar en una cèl·lula la transformen en el  virus. Aquesta “transformació” pot arribar a ser molt dramàtica; molts bacteriòfags, virus de bacteris, poden bloquejar o inactivar completament el genoma del bacteri hoste, amb el resultat que l’únic genoma que s’expressa és el del virus.

En resum: els virus serien organismes cel·lulars, però sense una estructura morfològica cohesionada, amb subsistemes que no estan en continuïtat estructural, però sí són consecutius temporalment. En el seu cicle tindríem dues fases fenotípiques: (1) la fase vegetativa i (2) la fase de la partícula viral o d’àcid nucleic. En la fase vegetativa, que l’autor considera com la fase madura del virus, les seves molècules components es dispersen dins de la cèl·lula hoste. En aquesta fase, el virus mostra les principals propietats fisiològiques d’altres organismes: metabolisme, creixement i la reproducció. La fase de partícula viral són les espores, les formes dispersants. La hipòtesi planteja que estem massa centrats en el virió quan es pensa sobre els virus. Se’ns demana que mirem al revés, que girem la nostra perspectiva com un mitjó, sobre la nostra concepció clàssica del que és un virus.

El virus (no la partícula vírica o virió) seria un organisme cel·lular. Un organisme capaç de mobilitzar el seu genoma i enviar-lo al món exterior per segrestar un altre organisme, una altra cèl·lula, que un cop infectada es convertirà en una còpia de l’original, abans de reiniciar el cicle. Solament per això ja convé detenir-se per pensar-ne. I si aquesta visió acabés sent acceptada caldria girar com un mitjó moltes de les idees establertes en diferents àrees de la biologia. Aquesta hipòtesi, però, no és recent, ja va ser plantejada fa 30 anys però va ser bandejada fins que el descobriment dels Mimivirus (veure entrada 1) la va tornar a il·luminar.

Per què? Perquè els Mimivirus fan una cosa molt semblant a la descrita per Bandea ja que repliquen el seu genoma d’ADN i produeix nous virions en el citoplasma dins d’unes complexes estructures a mode de factories virals. Claverie, un dels descobridors d’aquests virus, suggereix que la fàbrica viral es correspon amb l’organisme, mentre que el virió s’utilitza per propagar-se de cèl·lula a cèl·lula.  Diu Claverie: …one can conclude that infected eukaryotic cells in which viral factories have taken control of the cellular machinery became viruses themselves, the viral factory being in that case the equivalent of the nucleus. By adopting this viewpoint, one should finally consider viruses as cellular organisms. They are of course a particular form of cellular organism, since they do not encode their own ribosomes and cell membranes, but borrow those from the cells in which they live.

Tot això conduiria a acceptar que els virus viuen, d’acord amb la definició clàssica d’organismes com organismes cel·lulars vivents. Per tant, a l’arbre de la vida se’ls hauria de fer un lloc, ni que fora petit. Dues branques tindria l’arbre de la vida, dels organismes vius, han proposat Raoult i Forterre; la branca dels organismes que codifiquen els seus propis ribosomes (arqueobacteris, bacteris i eucariotes)  i aquells que codifiquen càpsida (els virus) i ja de pas treuen profit dels ribosomes d’altres.

Els virus sempre han causat divisió entre els biòlegs. Alguns diríem que estan vius, mentre altres diuen que no ho estan. Ara mateix és possible que els dos estem encertats o errats.

La hipòtesi de Claudiu Bandea suggereix que l’objecte que estem tractant d’incloure / excloure del domini de la vida no és en realitat el virus, si no una fase del seu cicle, la fase inert, com les espores de les plantes o d’alguns bacteris. Potser tot ve d’un biaix històric de dècades de tractes amb els virions, amb les seves simetries i estructures, amb la dèria de considerar-lo com l’objecte subjecte de classificació que no ens ha deixat veure el que hi havia al costat, abans i després, ple de potència vital, ple de potència viral. No puc acabar de prendre partit, del tot, però com esmenta Claverie, vindria a ser com si aquestes darreres dècades haguéssim estat observant i classificant les cèl·lules espermàtiques i no l’organisme que en última instància ajuda a originar.

Però aquesta, aquesta és una altra història.

  • Bandea, C. (1983). A new theory on the origin and the nature of virusesJournal of Theoretical Biology, 105 (4), 591-602 DOI: 1016/0022-5193(83)90221-7
  • Forterre, P. (2010). Defining Life: The Virus ViewpointOrigins of Life and Evolution of Biospheres, 40 (2), 151-160 DOI: 1007/s11084-010-9194-1
  • La Scola B, Audic S, Robert C, Jungang L, de Lamballerie X, Drancourt M, Birtles R, Claverie JM, Raoult D. (2003). A giant virus in amoebae. Science. 28; 299(5615): 2033.
  • Raoult, D., and Forterre, P. (2008). What makes a virus a virus: reply…Nature Rev. Microbiol. 6, 643 doi:10.1038/nrmicro1858-c2
  • Raoult, D., and Forterre, P (2008). Redefining viruses: lessons from mimivirus. Nature Rev. Microbiol. 6, 315–319. doi:10.1038/nrmicro1858

Comentaris viruslents (99): Més virus que estels al firmament.

Quan parlem de virus, al cap ens venen immediatament la idea de grans números. Així, a poc que hagin patit gastroenteritis recordaríem que entre 108 i 109, entre 100.000.000 i mil milions de virus (veure entrada 16), s’alliberen en cada gram de femtes. També, si hem patit la grip, potser ens hem assabentat que cada cèl·lula infectada pot produir fins a 10.000 noves partícules víriques. En pocs dies de producció vírica al nostre cos podem haver arribat a generar milers de milions de virus. Tot un mon (la població humana a la Terra, per exemple es troba ara per sota dels 10.000 milions).

Algunes estimacions parlen de més de 1030 virus en el planeta Terra. Més que estels al firmament (sempre que considerem que l’univers no és infinit, és clar, o que hi ha més univers que el que veiem). I us preguntareu, com s’han arribat a aquestes estimacions?

Bé, la primera possibilitat es comptar els virus a partir de mostres. Suposa agafar petites parts del tot (del terra, de diferents aigües, del fons oceànic,assumint que són prou representatives), comptar els virus presents (fent servir el microscopi electrònic, per exemple) i extrapolar (bàsicament, multiplicar pels volums no analitzats). Com més mostres avaluem més refinarem el càlcul, més ens aproparem a la realitat. No està malament però així únicament trobarem els virus fora dels organismes, i ja sabem que els virus són paràsits intracel·lulars que solament es propaguen dins altres organismes.

Podem llavors cercar alguna pista de la seva presència, com pot ser el seu genoma, ADN o ARN. Tenim eines molt potents per amplificar aquestes senyals, més potents que les eines de microscòpia. Fent això s’ha descobert que els mars són brous de ADN viral, que estan plens de virus, que de fet la majoria dels virus resideixen allà. Cap sorpresa, ja que la majoria de la vida resideix als oceans, i ja hem dit que els virus depenen d’altres vides. No es tracta, però, de virus que afectin humans (directament) si no que infecten bacteris, i que s’anomenen bacteriòfags (bacterio-fag, fag prové del grec clàssic “devorar, menjar”).

Els bacteriòfags són majoritàriament virus ADN. Però influença, el virus de la grip, per exemple, és un virus ARN. Els virus amb genoma ARN no són habituals com a devoradors de bacteris però si tenen la mà trencada infectant eucariotes (plantes, fongs, protozous, i sí, tots els vertebrats i mamífers, també).

Les tècniques moleculars que detecten ADN són diferents d’aquelles que detecten ARN; per tant si fem solament unes ens perdem la informació de l’altre vessant.

Quan combinem ambdues eines, o ens esforcem en cercar virus ARN, la conclusió que emergeix és que els virus ARN suposen una part força significativa del material viral a l’oceà, al voltant del 50%. Aquesta és la conclusió d’un estudi publicat al Mutidisciplinary Journal of Marine Ecology el 2013 (veure enllaç al final de l’entrada) Això no deixa de ser sorprenent perquè els hostes procariotes (els bacteris) ultrapassen en molt el nombre d’eucariotes (que hostatgen els virus ARN).

Una possible explicació rauria en que els eucariotes són molt més eficients com a incubadors de virus; una única cèl·lula eucariota pot vomitar molts més virus que un únic bacteri. L’altre, no indicada pels autors, seria que els oceans són els col·lectors de tot allò generat als continents i potser una part d’aquest comptatge no és específicament marí.

I tinguem present que qualsevol estimació es probablement sempre una sub-estimació absoluta (partint d’una mostra representativa). Quan quantifiquem sempre hi ha una fracció del material, d’allò a comptar, que queda fora del nostre abast (per mètode imperfecte, no he vist encara un mètode amb un 100% d’efectivitat; presència de material interferent; i fins i tot els marcs mentals dels investigadors).

En qualsevol cas i amb les degudes prevencions (una mostra d’aigua costanera, què passa dins els oceans i al fons dels oceans?; mètodes indirectes que no permeten assegurar si tot el ARN descrit és víric; eficiència de la tècnica d’aïllament i purificació no establerta) aquest estudi duplica de cop el nombre de virus al planeta ja que el valor de 1030 es referia bàsicament a virus ADN. Clar que en un món, el víric, en el que ens movem en log10 (logaritmes, factors de 10) doblar és un no res.

 

Però aquesta, aquesta és un altra historia.

 

Font original

http://www.nature.com/ismej/journal/v7/n3/full/ismej2012121a.html