Virus: causa y a la vez solución de los problemas de la vida

Conocidos como la causa de muchas enfermedades, los virus suenan a oídos de muchos como una maldición a erradicar. Pero ¿sabemos realmente qué son, qué papel juegan en la naturaleza, y especialmente todo lo que nos pueden aportar los virus? Probablemente el conocimiento de mucha gente sobre los virus apenas rasca la superficie de todo lo que se puede contar sobre ellos. Y por ello, parafraseando a Homer Simpson, he puesto a esta entrada el título que habéis leído; vale, a lo mejor es un poco exagerado, los virus no nos van a resolver todos los problemas de la vida, pero sí pueden ayudarnos con muchos de ellos. Así pues, comienzo con esta entrada en la que explicaré algunos fundamentos básicos de virología.

¿Qué son los virus?

Los virus son unos «agentes microscópicos acelulares que solo pueden multiplicarse dentro de las células de otros organismos». Y juro solemnemente que no lo he copiado de esta fantástica y completísima entrada de Wikipedia sobre virus de la que acabo de copiarlo (vale, un poco sí). Pero no cambiéis de canal. Como me pagan por ser original (sí, claro, ya mañana si eso), voy a explicarlo con otras palabras menos rigurosas.

Virus

Castañas

Los virus son como las castañas. Tienen un rico contenido interior (si es que os gusta, a mí no, así que más para vosotros) que es la semilla, y una cáscara dura que la protege (además de un envoltorio espinoso que es el fruto). Lo importante es lo de dentro, que en los virus es un ácido nucleico (ARN o ADN) que lleva la información imprescindible para producir nuevos virus. Y está rodeada de una cápsula de proteínas (que se denomina cápside).

Ejemplo de virus (Herpesvirus). Aunque podría decir que es una castaña y podría colar, ¿a que son parecidos?

La particularidad de los virus, por la cual en biología se discute si son seres vivos o no (y el consenso más amplio es que no son verdaderos seres vivos), es que no son capaces de reproducirse por sí mismos, no son células. Necesitan meterse dentro de células de otros organismos, y parasitarlas, usando su maquinaria de enzimas para le hagan al virus todo el trabajo de copiar su ARN o ADN (según el caso). Después os explico mejor cómo funciona esto, pero ahora, lo simplificaré con un símil: imagina que te encuentras una castaña, la pelas, y te la comes. Solo que no era una castaña, era un virus que te engaña para que te lo metas dentro, llevando una cáscara que parecía de castaña, para que tú abrieses la boca y te lo tragases. Y una vez dentro de ti, utiliza los recursos de tu cuerpo para que le fabriques un montón de copias de ese virus, y también un montón de cáscaras de castaña. Luego en tu intestino esos nuevos virus se meten dentro de sus cáscaras como si fuesen naves espaciales, listos para emprender un viaje hacia las bocas de nuevos incautos, y salen de tu cuerpo (no me preguntéis por dónde, no tiene ninguna utilidad metafórica) con esa forma engañosa de castañas. Hasta que otras personas se las encuentran, se las comen, y se repite el proceso. Pues en cierto modo, esto vendría a ser un virus. ¿A que la Wikipedia no lo explica así? ¡Toma castaña, Wikipedia!

El origen de los virus

¿Y de dónde provienen estos seres acelulares tan mentirosillos? Pues su origen es incierto, aunque hay varias teorías (todas factibles) para explicar su origen, y probablemente alguna de ellas describa el origen real de los virus, o puede que incluso varias sean ciertas y surgiesen virus de diferentes orígenes.

El problema para conocer el origen de los virus es que son muy antiguos, tanto que podrían remontarse incluso hasta el origen de la vida, y no dejan ningún rastro fósil que nos permita ver cómo eran. Por fortuna, los biólogos tenemos métodos (por ejemplo estudiando sus genes) para remontarnos hacia el pasado evolutivo de los virus igual que lo hacemos con los seres vivos. Que digo yo, si los físicos pueden remontarse casi hasta el mismísimo Big Bang, más nos vale a los biólogos ingeniárnoslas para retroceder unos míseros 4.000 millones de años por lo menos, para ganarnos el pan. Gracias a ello, tenemos las siguientes posibles explicaciones:

• Teoría de la regresión celular: esta teoría plantea que los virus provienen de antiguas células, que parasitaban a otras células, y ya que conseguían que esas otras les hiciesen el trabajo de reproducción, acabaron perdiendo los genes necesarios para hacer esa función por sí mismas, así como todos los rasgos celulares propios, quedándose solo con lo más básico (el ácido nucleico y la cápside proteica). Esto pudo suceder por un proceso de selección natural, ya que al volverse innecesarios para su modo de vida la mayoría de sus genes y rasgos celulares, aquellos que los perdían tenían menos «lastre inútil» y se reproducían más, alcanzando más éxito en la población vírica hasta que la antigua forma celular desaparecía por completo (para más detalle sobre cómo ocurre esto podéis leer esta entrada sobre selección natural).
• Teoría del origen molecular-celular: en resumen, esta teoría nos dice que los virus pudieron surgir como fragmentos del ADN o el ARN de antiguas células, que se «independizaron» accidentalmente de las células de las que formaban parte. Hay ADN en las células que suele moverse de unas partes a otras del genoma celular, así que es posible que partes de ese ADN saliesen al exterior cubiertos con proteínas, y de manera accidental en vez de desaparecer, consiguieron seguir existiendo al meterse en otras células, y evolucionar hasta alcanzar formas estables que funcionan así.
• Teoría de la coevolución: sobre el propio origen de la vida se considera que esta surgió a partir de macromoléculas orgánicas que podían replicarse (por varios posibles métodos que ahora no entraré a explicar), y que acabaron envueltas en bicapas lipídicas, conformando las primeras células. Los virus podrían provenir de moléculas que nunca llegaron a ser células, pero que con capacidades similares a las de las primeras células lograron mantenerse existiendo y replicándose al asociarse a esas células primigenias y coevolucionando con ellas (para más información os recomiendo esta entrada sobre coevolución).

Tipos de virus

Desde que los virus aparecieron, no han dejado de evolucionar, dando lugar a muchas variedades diferentes. Porque aunque no sean seres vivos, también pueden evolucionar, sujetos a selección natural y otras fuerzas motoras de la evolución. Alguien podría sorprenderse si piensa que solo los seres vivos pueden evolucionar, pero la selección natural puede afectar también a otras cosas (de nuevo remito a la entrada sobre selección natural para más detalles al respecto).

Así pues, dado que existe una gran diversidad de virus, los biólogos, en nuestro afán de clasificar todas las formas de vida y de cosas que afines como los virus, también tenemos clasificaciones en diferentes categorías (o taxones) donde determinamos los grados de parentesco evolutivo o funcional entre los diferentes virus, exactamente igual que clasificamos a los seres vivos en órdenes, familias, géneros… (no vaya a ser que nos acusen de discriminar a los pobres virus, aunque lo hacemos).

Clasificación de Baltimore de los virus

No voy a ponerme a hablar de todos los tipos de virus, sobre eso hay información de sobra por ahí, para quien la quiera. Pero simplemente diré algunos rasgos especialmente importantes que caracterizan a diferentes grupos de virus. Por un lado está si su ácido nucleico es ARN o ADN (y también si esas cadenas nucleicas son simples o dobles, como se usa en la clasificación de Baltimore). Luego están los tipos de cápside proteica que tienen, con diferentes formas, composiciones químicas, etc., que son las que determinan a qué tipo de células pueden meterse a parasitar (esto lo explico en el siguiente apartado).

Una distinción importante que sí quiero resaltar es la categoría de los virus bacteriófagos. Su nombre significa literalmente que «comen bacterias», aunque en realidad no se las coman, pero hace referencia a que parasitan exclusivamente a bacterias. Mientras que otros virus parasitan a células eucariotas como las nuestras, los bacteriófagos únicamente atacan a bacterias, y por ello nunca nos van a parasitar a nosotros (no nos provocan ninguna infección ni enfermedad; al contrario, algunos atacan a bacterias que sí nos infectan a nosotros, y esto es importante para lo que explicaré al final de sus beneficios para nosotros).

Virus bacteriófago. Imagen real tomada con microscopio electrónico de barrido (MEB).

Otro detalle curioso de los bacteriófagos es su particular cápside, que tiene esa forma tan peculiar que habréis visto alguna vez (como la de la fotografía superior), con una cabeza y una cola, de la que salen lo que parecen unas patitas, pero que no son patas (no camina con ellas), le sirven para engancharse a la superficie celular de la bacteria y luego usan la base de la vaina central para «clavarse» e inyectar el ácido nucleico, que está almacenado en la cabeza (son como un mosquito, solo que en vez de chupar, inyectan su contenido). Y quiero señalar que esta forma la tienen los bacteriófagos, que como he dicho, no nos infectan a nosotros, a ningún animal ni planta.

Representación de un bacteriófago uniéndose a una bacteria para inyectarle su ácido nucleico. Nota: no está a escala, los virus son muchísimo más pequeños que las bacterias.

Así que cuando hablamos de los virus que nos causan enfermedades, no os confundáis, esa imagen no representa a ninguno de esos virus que nos infectan. Esos otros virus, que tienen diversas formas, son más bien como la cabeza sola del bacteriófago, sin cola ni patitas. Abajo os dejo la imagen del virus de la gripe.

Virus de la gripe (que es uno de los virus cuyo ácido nucleico es ARN en vez de ADN, y es de cadena simple).

La reproducción de los virus

Para reproducirse, como ya he comentado, los virus necesitan introducirse en una célula hospedadora, y utilizarla para crear copias de sí mismos. Esto requiere varios pasos. En primer lugar, el virus en estado libre en el medio, envuelto en su cápside, necesita adherirse a la membrana celular de la célula a la que pueda parasitar, consiguiendo introducir su ácido nucleico en el interior de la célula. Para explicar esto, volvamos al ejemplo de las castañas: si nosotros somos células, y los frutos secos son a veces virus que nos engañan fingiendo ser comida, aquellos con cáscara de castaña lograrán engañar a aquellos a los que les gusten las castañas y se las coman; pero si a ti no te gustan las castañas, no te las comerás, y por tanto esos virus no podrán parasitarte. En cambio si te gustan las nueces, y hay virus que logran envolverse en cáscaras de nueces, entonces esos sí te los comerás y podrán utilizarte para sus malvados planes de reproducción. Pues algo así sucede con los virus: en función de las proteínas de su cápside, habrá células a las que logren engañar, y habrá otras muchas a las que no. Porque para «engañarlas» necesitan unirse a unos receptores químicos específicos de la membrana celular, que son como vigilantes que solo dejan pasar en función de la «contraseña química» de las proteínas de lo que llega hasta la célula; las proteínas de la cápside de los virus contienen ciertas «contraseñas químicas», de manera que podrán burlar la vigilancia de aquellas céluas que acepten su contraseña como válida, pero no las del resto. Por ese motivo hay virus que infectan específicamente a algunos tipos celulares, como por ejemplo el VIH que ataca a las células del sistema inmune.

Una vez que el virus ha logrado introducir su ácido nucleico en la célula, pueden pasar dos cosas, que constituyen los dos tipos de ciclos de reproducción:

1. Ciclo lítico: el ácido nucleico es leído por las enzimas de la célula y empiezan a fabricar copias del mismo, así como a sintetizar las proteínas de la cápside del virus (que se autoensamblan), de manera que en poco tiempo se generan muchos nuevos virus dentro de la célula. Y entonces la célula muere rompiéndose, y liberando los virus al exterior, donde permanecerán suspendidos en el medio hasta que alcancen nuevas células a las que parasitar.
2. Ciclo lisogénico: el ácido nucleico se integra en el ADN de la célula, quedando latente durante un tiempo (en el que pasa a denominarse profago), camuflado como si fuese un fragmento del propio ADN de la célula hospedadora (incluso durante varias generaciones, si la célula se divide dando lugar a nuevas células que llevarán copias del profago en su genoma). En algún momento, el profago se activa y se libera del genoma de la célula, volviendo a actuar como virus que es copiado por la célula exactamente igual que en el ciclo lítico, hasta que se generan numerosas copias del virus dentro de la célula, con sus propias cápsides, y entonces la célula también se rompe y muere dejando libres esos nuevos virus.

Esquema de los ciclos lítico y lisogénico. Están ejemplificados con bacteriófagos (los que tienen la forma mostrada anteriormente) y bacterias (que son los rectángulos), aunque es exactamente igual para todos los virus y sus células hospedadoras. El óvalo que hay dentro de las bacterias es su genoma (ADN), y el fragmento rojo es el ADN o ARN del virus cuando se introduce en la célula. En el ciclo lisogénico, las flechas que indican la salida de nuevos rectángulos representan la reproducción celular con profagos integrados en el genoma, generando nuevas células con el virus latente en cada una de ellas.

Dato curioso: algunos tipos de virus, al salir de la célula, envuelven su cápside con restos de la membrana celular de su hospedador, lo que hace aún más fácil que se adhieran a nuevas células (el VIH hace esto). Son como lobos de cuento infantil, que después de comerse a una oveja, se cubren con su piel para ir a meterse en un rebaño, sin que las otras ovejas vean el peligro que se aproxima.

Infección y muerte por virus

Con lo anterior ya podemos hacernos una buena idea de cómo funciona el mecanismo por el que muchos virus nos infectan. Por ejemplo, el virus de la gripe tiene un ciclo lítico, y por eso cuando nos infectamos, en pocos días mostramos los síntomas, y de igual modo en pocos días superamos la infección y nos libramos de ella (cuando el sistema inmune logra vencerla).

Irritación provocada por Herpes zoster

En cambio, virus como los que causan los diferentes tipos de herpes que podemos padecer, o el VIH, tienen ciclos lisogénicos, lo que significa que se integran en el ADN de nuestras células, y por eso una vez que nos infectan nos pueden acompañar de por vida (como sucede con el el herpes, que de vez en cuando se manifiesta con una irritación de la zona afectada, y cuando desaparece la irritación, aún así quedan muchas células de esa zona con profagos del virus en su ADN, latentes y esperando el momento apropiado para activarse).

Pero, ¿qué es lo que hace falta para que consideremos que un virus nos ha infectado, o incluso que nos pueda matar? En primer lugar, hay que decir que muchos virus, al haber coevolucionado con las especies a las que infectan, no les suelen provocar daños severos. Para todo parásito (ser vivo o virus), lo óptimo es no matar a su hospedador, para poder vivir (o existir) el máximo tiempo posible aprovechándose de él. Muchos de los casos de infecciones letales se producen por virus que saltan de una especie a otra, empezando a infectar a una con la que no han coevolucionado, y por tanto aún no están preparados para funcionar en un equilibrio tolerable para sus hospedadores. Es el caso del VIH, que proviene de un virus que existía en otros simios (sin provocarles demasiados problemas), y que de ahí saltó a la especie humana hace relativamente poco tiempo, surgiendo el VIH que aún es muy dañino para nosotros. De manera natural podría llegar a coevolucionar con nosotros hasta ser un virus que no nos debilitase tanto, pero eso llevaría muchísimo tiempo (muchas generaciones humanas).

Pero vamos a explicar cómo estimamos lo necesario para que un virus nos infecte (a nosotros, o a cualquier otro organismo que sea su hospedador, para cada tipo de virus). Un solo virus no basta para provocarnos una infección a nosotros (podría bastar para hospedadores unicelulares, pero no para nosotros que tenemos millones de células). Si un único virus (una sola cápside con su ADN o ARN dentro) penetra en nuestro cuerpo, ni nos inmutaríamos. Incluso aunque fuese un virus muy peligroso, como el VIH, sería tan escaso, que el tiempo que tardaría en parasitar a una célula, generar copias de sí mismo, que estas parasiten a otras células, y así ir aumentando en número hasta infectar a suficientes células como para debilitarnos o enfermarnos… podría requerir más tiempo del que dura nuestra vida. Así que para que realmente lleguemos a padecer una infección, para que nos cause problemas, hace falta una determinada cantidad inicial de virus.

Esa cantidad depende de diferentes variables, como por ejemplo el tiempo que tarde el virus en replicarse y generar copias de sí mismo. Algunos virus lisogénicos pueden permanecer latentes durante años, de manera que tardan mucho más en volverse un problema. A mayor tiempo de latencia, más virus hacen falta para considerar que el organismo está infectado.

Para expresar dichas cantidades, podemos recurrir a índices que también se usan para expresar la dosis que tienes que recibir de un compuesto para que te dañe o te mate. En el caso de los virus, podemos hablar de la Dosis Infectiva 50% (DI50), que sería aquella dosis de virus que infectaría al 50% de los especímenes (que pueden ser las células de un tejido o un cultivo celular). También se emplea la Dosis Letal 50% (DL50), que sería aquella que provoca la muerte de la mitad de los especímenes (que pueden ser células, embriones, ratones de laboratorio, señores que pasaban por la calle y a los que hemos invitado a un chupito de aspecto sospechoso… cualquier espécimen al que infecten los virus que estudiemos).

Persona enviando una buena dosis de virus en un estornudo. Por algo se dice eso de ponerse la mano delante de la boca al estornudar…

Por tanto, si tenemos en un ejemplo hipotético un tipo de virus que afecta al ser humano, cuya DL50 es de 100.000 unidades del virus, y una persona recibe esos 100.000 virus (porque le llegan a través del aire por el estornudo de otra persona, o porque estaban en una jeringuilla que han compartido, o a través de otros fluidos), la persona que los recibe se jugará su vida a un lanzamiento de moneda: probabilidad del 50% de morir (si esa persona es un espécimen sano en buenas condiciones; porque hay factores de riesgo que hacen que algunas personas sean más vulnerables que otras a ciertas enfermedades). Y cuantos más virus reciba, mayor será la probabilidad de que muera (y a la inversa, cuantos menos virus, menor será el riesgo).

Las aplicaciones beneficiosas de los virus

Puede que llegados a este punto estéis pensando que los virus son algo terrible que deberíamos eliminar de la naturaleza, pero no os precipitéis. Los virus cumplen importantes funciones, y nosotros podemos aprovecharnos también de ellos para lograr importantes beneficios en muchos aspectos.

En esta entrada sobre transgénicos expliqué cómo los virus actúan en muchos casos como mensajeros genéticos, llevando genes de unas células a otras (que son cortados con el profago cuando este se desprende del ADN hospedador y viajan dentro de la cápside como si fuesen parte del virus). Esto en ocasiones genera saltos evolutivos al permitir que algunas especies adquieran de manera instantánea genes de otras, pudiendo así ampliar sus funciones y potencialidades. Y es también un proceso que genera transgénicos naturales (porque como cuento en esa entrada, los transgénicos no son algo diabólico que hemos inventado los humanos, sino que existen en la naturaleza y nosotros lo imitamos de manera dirigida).

Por ello, y dado que la naturaleza ya lo hace, el uso de virus modificados es una de las técnicas que nos permite producir organismos genéticamente modificados (OGM) o transgénicos, algo que tiene muchísimas aplicaciones y que nos puede ayudar a hacer frente (aunque sea parcialmente) a muchísimos problemas, como el cambio climático, la extinción de especies, el hambre, la economía, la contaminación…

Del mismo modo, podemos usar virus modificados para curar enfermedades de carácter genético. Si cogemos un virus lisogénico, le eliminamos las partes peligrosas que nos causarían daños, y le introducimos fragmentos de ADN que los humanos tienen normalmente, pero que algunas personas carecen de ellos por defectos genéticos, podemos conseguir introducir en esas personas esos genes que les faltan, de manera que si tenían un problema de no poder generar una proteína que les hacía falta, podrían llegar a curarse al obtener ese gen que les faltaba gracias a un virus modificado. Es lo que se denomina terapia génica.

Y el uso de virus para combatir enfermedades ya tiene un largo recorrido. Empezamos a usarlos con las vacunas, que deben su nombre precisamente al uso de la viruela bovina (es decir, la del ganado vacuno) para infectar con ese virus a humanos, que adquirían inmunidad y luego ya no padecían infección por viruela «humana» (ya que la viruela «humana» resultaba mortífera, pero la viruela bovina era mucho más leve para las personas).

Bacteriófagos atacando a una bacteria. Imagen real obtenida con microscopio electrónico de transmisión (MET)

Una de las aplicaciones más vanguardistas en nuestros tiempos es el uso de bacteriófagos para combatir infecciones bacterianas. Esto es importante dado el actual problema de la proliferación de bacterias patógenas resistentes a antibióticos, por el abuso de estos fármacos. Si conseguimos combatir las infecciones bacterianas (o buena parte de ellas) con bacteriófagos, dejando que ellos sean como soldaditos que libren batallas en nuestro cuerpo para acabar con los patógenos que nos infectan, podremos reducir el uso de antibióticos durante un tiempo y así reducir el problema de la resistencia a ellos.

Se podría contar mucho más sobre los virus, pero ya he hecho un resumen tirando a largo de estos aspectos que he considerado más relevantes, y que espero que hayan ayudado a quienes desconocían el mundo de los virus a tener un conocimiento un poco más profundo de la interesante y compleja cosa no-viva que son los virus.