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Biología avanzada (AP Biology)
Curso: Biología avanzada (AP Biology) > Unidad 6
Lección 6: Mutaciones- Una introducción a las mutaciones genéticas
- Mutágenos y carcinógenos
- Los efectos de las mutaciones
- El impacto de las mutaciones sobre la traducción en aminoácidos
- Aneuploidía y reordenamientos cromosómicos
- Variación genética en procariontes
- Evolución de los virus
- Mutaciones
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Evolución de los virus
Evolución de los virus y variación genética. VIH resistente a los medicamentos. Recombinación del virus de la gripe.
Puntos más importantes:
- Los virus experimentan evolución y selección natural, al igual que la vida celular, y la mayoría evoluciona rápidamente.
- Cuando dos virus infectan una célula a la vez, también pueden intercambiar material genético para formar nuevos virus "mezclados" con propiedaes únicas, por ejemplo, las cepas de gripe pueden surgir de esta forma.
- Los virus de ARN tienen tasas altas de mutación que les permiten la evolución especialmente rápida. Un ejemplo es la evolución de resistencia a los medicamentos en el VIH.
Introducción
¿Te has preguntado por qué aparece un virus de la gripe diferente cada año? ¿O por qué el VIH, el virus que causa el SIDA, puede llegar a ser resistente a los medicamentos?
La respuesta corta a estas preguntas es que los virus evolucionan. Es decir, el "acervo genético" de una población viral cambia con el tiempo. En algunos casos, los virus en una población -como serían todos los virus de la gripe en una región geográfica, o todas las partículas virales de VIH en el cuerpo de un paciente- pueden evolucionar por selección natural. Los rasgos heredables que ayudan a que un virus se reproduzca (tales como una alta infectividad para la influenza, o la resistencia a los medicamentos para el VIH) tenderán a ser cada vez más comunes en la población viral con el tiempo.
Los virus no solo evolucionan, sino que además tienden a evolucionar más rápido que sus hospederos, como los seres humanos. Eso convierte a la evolución viral en un tema importante, no solo para los biólogos que estudian los virus, sino también para medicos, enfermeros y trabajadores de salud pública, así como para cualquiera que se pudiera exponer a un virus (pista: ¡eso significa todos nosotros!).
La variación en los virus
La selección natural solo se puede dar cuando tiene la materia prima adecuada: la variación genética. Variación genética significa que hay alguna diferencias (heredables) en una población. En los virus, la variación proviene de dos fuentes principalesstart superscript, 1, end superscript:
- La recombinación: los virus intercambian pedazos de material genético (ADN o ARN).
- La mutación aleatoria: un cambio que ocurre en la secuencia de ADN o ARN de un virus.Podemos ver la variación y evolución de los virus alrededor nuestro si sabemos dónde buscar, por ejemplo, en las nuevas cepas de gripe que aparecen cada año.
Mezclando las cosas: la recombinación
Antes de examinar la gripe específicamente, veamos cómo los virus intercambian ADN y ARN en un proceso llamado recombinación.
La recombinación generalmente sucede cuando dos virus han infectado la misma célula al mismo tiempo. Dado que ambos virus usan la celula para producir más partículas virales, habrá muchas partes de virus flotando en la célula a la vez, incluso genomas recién fabricados.
En estas circunstancias, la recombinación puede suceder de dos formas diferentes. Primero, regiones similares de los genomas virales se pueden aparear e intercambiar pedazos al romper y reconectar el ADN o ARN. Luego, los virus con diferentes segmentos (como una especie de cromosomas minúsculos) pueden intercambiar esos segments, un proceso que se conoce como redistribución.
Recombinación e influenza
Los virus de la influenza son los maestros de la redistribución. Tienen ocho segmentos de ARN, y cada uno tiene uno o unos pocos genes.start superscript, 4, end superscript
Cuando dos virus de influenza infectan la misma célula al mismo tiempo, algunos de los nuevos virus hechos dentro de la célula pueden tener una mezcla de segmentos (p. ej., segmentos 1-4 de la cepa A y 5-8 segmentos de la cepa B).
Los cerdos en particular son "recipientes de mezclado" bien conocidos de los virus de influenza.start superscript, 5, end superscript Tanto los virus de influenza humana como los virus de influenza aviar (así como los de cerdo) pueden reconocer las células porcinas y por lo tanto las pueden infectar.start superscript, 6, end superscript Si dos tipos de virus infectan una célula de un cerdo al mismo tiempo, puede liberar virus nuevos que podrían contener una mezcla de material genético de virus humanos y aviares.
Este tipo de intercambio es común en los virus de influenza en la naturaleza. ¿Te acuerdas, por ejemplo, de la cepa de influenza H1N1 ("influenza porcina") que causó la pandemia del 2009? H1N1 contenía segmentos de ARN de humano y de ave, así como de cerdo de Norteamérica y Asia. Esta combinación refleja una serie de eventos de redistribución que ocurrieron paso a paso durante muchos años para producir esta cepa de H1N1.start superscript, 5, comma, 7, end superscript
Mutaciones virales
Hemos visto cómo la recombianción puede afectar la evolución viral, pero ¿qué hay de la mutación? Una mutación es un cambio permanente en el material genético (ADN o ARN) de un virus. Una mutación puede suceder si hay un error durante el copiado del ADN o ARN de un virus.
Algunos virus tienen una tasa de mutación muy alta, pero esto no es así en todos los casos. En general, los virus de ARN tienden a tener tasas altas de mutación, mientras que los virus de ADN tienden a tener tasas bajas de mutación. start superscript, 8, end superscript
¿Por qué sucede esto? La diferencia clave radica en la maquinaria de copiado. La mayoría de los virus de ADN copia su material genético con enzimas de la célula hospedera llamadas ADN polimerasas que pueden "corregir" (encontrar y componer los errores conforme van avanzando). En cambio los virus de ARN usan enzimas llamadas ARN polimerasas que no corrigen y por lo tanto cometen muchos más errores.start superscript, 9, end superscript
Caso de estudio: resistencia al medicamento del VIH
El virus de inmunodeficiencia humano (VIH) es el virus que causa el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA). El VIH es un virus de ARN con una alta tasa de mutación y evoluciona rápidamente, lo cual causa la aparición de cepas resistentes a medicamentos.
La elevada tasa de mutación del VIH
Dado que los virus de ARN como el VIH tienen una tasa de mutación alta, habrá una gran variación genética en la población de virus de VIH en el cuerpo de un paciente. Muchas de las mutaciones serán dañinas, y los virus mutantes simplemente "morirán" (no podrán reproducirse). Sin embargo, algunas mutaciones ayudan a que los virus se reproduzcan bajo condiciones específicas. Por ejemplo, una mutación podría proporcionar resistencia a un medicamento.start superscript, 10, end superscript
Evolución de la resistencia a los medicamentos en el VIH
Ciertos fármacos pueden bloquear la replicación del VIH al inhibir enzimas virales clave. El tomar uno de estos medicamentos inicialmente reducirá los niveles de virus en un paciente. Después de un tiempo, sin embargo, los virus típicamente "rebotan" y vuelven a los niveles altos, aunque el medicamentos siga presente. Es decir, emerge una forma del virus que es resistente al medicamento.start superscript, 10, end superscript
Para ver por qué sucedió esto, usemos un ejemplo de un tipo específico de fármaco antiviral, un inhibidor de la transcriptasa inversa. Los inhibidores de la transcriptasa inversa, como la molécula de nevirapina que se muestra en el siguiente diagram, se unen a una enzima viral llamada transcriptasa inversa (la estructura roja y marrón). El medicamento impide que la enzima haga su trabajo de copiar el genoma de ARN del VIH en ADN. Si esta enzima es inactiva, el VIH no puede infectar permanentemente una célula.start superscript, 11, end superscript
La nevirapina detiene la mayoría de los virus de VIH. Sin embargo, una fracción muy pequeña de virus en la pobalción de VIH tendrá (por una casualidad aleatoria) una mutación en el gen de la transcriptasa inversa que la hace resitente al medicamento. Por ejemplo, podría tener un cambio genético que altera el sitio de unión del medicamento con la enzima, de tal forma que el medicamento ya no puede pegarse e inhibir la actividad enzimática.
Los virus con esta mutación de resistencia se reproducirán a pesar de la presencia del medicamento y, después de generaciones, pueden reestablecer los niveles virales presentes antes de que fuera administrado el medicamento. No solo eso, sino que ¡la población entera del virus ahora será resistente al medicamento!
HAART y la resistencia a los medicamentos
Si el VIH puede evolucionar con respecto a un medicamento, ¿cómo se puede detener el virus? Lo que parece funcionar mejor es una estrategia de combinación, donde se toman tres o más medicamentos a la vez. Esta estrategia de tratamiento se conoce como terapia antirretroviral altamente activa o HAART por sus siglas en inglés. Los medicamentos que se administran en un "coctel" HAART típicamente tienen como objetivo diferentes partes del ciclo de vida del VIH.start superscript, 12, comma, 13, end superscript
La estrategia HAART funciona porque es bastante improbable que un virus de VIH en particular en una población tenga tres mutaciones que proporcionen resistencia a cada uno de los tres medicamentos al mismo tiempo. Aunque eventualmente sí evolucionan formas del virus resistentes a múltiples medicamentos, la combinación de varios fármacos disminuye considerablemente la evolución de la resistencia.start superscript, 10, end superscript
Para conocer más sobre la biología del VIH, consulta el artículo sobre ciclos de vida de los virus. Para saber más sobre los síntomas, tratamiento y prevención del VIH y el SIDA, consulta la sección de Salud & Medicina sobre VIH y SIDA.
¿Por qué evolucionan tan rápido los virus?
Los virus evolucionan más rápido que los seres humanos. ¿Por qué es esto?
Como vimos en el caso del VIH, algunos virus tienen una tasa de mutación alta, que les ayuda a evolucionar rápidamente al proporcionar más variación como material de inicio. Otros dos factores que contribuyen a la rápida evolución de los virus son una población de gran tamaño y un ciclo de vida rápido. start superscript, 14, end superscript
Entre más grande la población, más probable es que tenga un virus con una mutación al azar en particular (p. ej., una para la resistencia a medicamentos o de alta infectividad) sobre la que pueda actuar la selección natural. Además, los virus se reproducen rápidamente, por lo que sus poblaciones evolucionan en plazos de tiempo más cortos que los de sus hospederos. Por ejemplo, ¡el virus del VIH atraviesa su ciclo de vida en solo 52 horas, comparado con los cerca de 20 años de un ciclo de vida humano!start superscript, 15, end superscript
¿Qué herramientas tenemos para combatir los virus que evolucionan rápidamente? El tomar medidas para evitar la transmisión, identificar nuevos medicamentos para el tratamiento y desarrollar y utilizar vacunas son estrategias importantes.
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Es una excelente información
¿Por que el VIH no tiene una cura?(4 votos)
Porque para que una vacuna sea eficaz, necesita utilizar anticuerpos. El problema es que el VIH muta demasiado rápido y existen muchos tipos y hasta subtipos de VIH, de modo que es complicado encontrar una fórmula para la vacuna, porque esta debe funcionar y curar todas las variantes. Además de que el virus ha evolucionado tanto que es capaz de "esconderse" en células que aparentemente no están infectadas.(3 votos)
- que pasa cuando dos virus infectan una celula a la vez(3 votos)
Se recombinan entre ellas produciendo nuevos virus.(2 votos)
si el VIH es un virus letal como se puede detectar a trabes de una persona(2 votos)- Por que los virus dan problemas en las celulas(2 votos)
muy bueno y todo pero no entendí tanto(1 voto)- Otros dos factores que contribuyen a la rápida evolución de los virus son una población de gran tamaño y un ciclo de vida rápido.(1 voto)
- ¿Cuál es la estructura del virus SARS-CoV-2 que se modifica en la
mutación? a los seres humanos(1 voto) - ¿Que es lo que ocasiona que en unas personas sea mas agresivo el VIH?(1 voto)