El coronavirus está mutando, pero ¿qué determina el ritmo al que lo hace?

Aunque técnicamente no están vivos, los virus mutan y evolucionan de forma similar a las células vivas, produciendo nuevas variantes constantemente.

Publicado 8 feb. 2021 13:13 CET
Imagen de una célula moribunda infectada con el virus SARS-CoV-2

Esta imagen de un microscopio en color muestra una célula moribunda (azul) infectada con el virus SARS-CoV-2 (verde). Cada vez que el virus se multiplica en una célula, tiene una oportunidad de mutar y, a veces, dichas mutaciones se convierten en características fijas en la población viral.

Fotografía de NIAID

Sin mutaciones genéticas, no habría humanos. No habría seres vivos: ni mamíferos, ni insectos, ni plantas, ni siquiera bacterias.

Estos pequeños errores, que pueden ocurrir de forma aleatoria cada vez que una célula o un virus se copia, proporcionan la materia prima para que se produzca la evolución. Las mutaciones crean variación en una población, lo que permite que la selección natural amplifique las características que ayudan a las criaturas a salir adelante, alargando el cuello de las jirafas para que alcancen las hojas altas o camuflando a las orugas como si fueran heces para que ni las aves las detecten.

Sin embargo, en medio de una pandemia, la palabra «mutación» puede resultar inquietante. Aunque técnicamente no están vivos, los virus mutan y evolucionan cuando infectan las células de un hospedador y se multiplican. Las modificaciones resultantes en el código genético del virus podrían ayudarlo a saltar mejor entre humanos o evadir las defensas del sistema inmunitario. Tres mutantes del virus SARS-CoV-2 han hecho que los expertos insten a redoblar los esfuerzos para frenar la propagación del coronavirus.

Pero estas tres versiones del virus son solo unas entre las miles de variantes del SARS-CoV-2 que han surgido desde el comienzo de la pandemia. «Ahora mismo estamos haciendo variantes como rosquillas porque hay muchos humanos infectados con SARS-CoV-2», afirma Siobain Duffy, bióloga especializada en evolución viral en la Facultad Rutgers de Ciencias Ambientales y Biológicas.

Muchas de estas variantes ya han desaparecido. Así que ¿por qué desaparecen algunas versiones y por qué cambia el virus? ¿Qué mecanismos son responsables de la evolución de los virus?

«El virus cambia porque esa es la biología subyacente», afirma Simon Anthony, virólogo que trabaja con enfermedades infecciosas en la Universidad de California, Davis. «Después la pregunta es si dichos cambios son significativos para nosotros».

La duplicación de códigos genéticos

Un virus eficaz es aquel que se multiplica. Pero estas entidades diminutas no pueden hacer gran cosa por sí solas. Básicamente, los virus son espirales de material genético introducidas en una cubierta de proteínas que a veces poseen una envoltura externa. Para multiplicarse, deben encontrar un hospedador. El virus se fija a las células de su objetivo, inyectando material genético que se apropia de la maquinaria celular del hospedador para crear una nueva generación de progenie viral.

Pero cada vez que se fabrica una nueva copia, cabe la posibilidad de que ocurra un error, o mutación. Las mutaciones son como erratas en la serie de «letras» que componen una cadena de código de ADN o ARN.

La mayoría de las mutaciones son perjudiciales para un virus o célula, limitando la propagación de un error a través de una población. Por ejemplo, las mutaciones pueden modificar los componentes básicos de las proteínas codificadas en el ADN o ARN, que altera la forma final de una proteína e impide que haga su trabajo previsto, explica Duffy.

«No fabrica las pequeñas hélices α rizadas que debería», señala sobre una estructura común de las proteínas. «No fabrica la estructura de lámina plegada que debería».

Otras mutaciones son neutrales y no tienen ningún efecto sobre cómo se reproduce un virus o una célula. A veces, esas mutaciones se propagan de forma aleatoria, cuando un virus que transporta la mutación se extiende a una población que aún no se ha expuesto a ninguna variante del virus. «Es el único niño del barrio», afirma Anthony.

Sin embargo, unas pocas mutaciones selectas son útiles para un virus o célula. Por ejemplo, algunos cambios pueden hacer que el virus sea más eficaz a la hora de saltar de un hospedador al siguiente, por lo que es capaz de superar a otras variantes de la zona. Esto es lo que ocurrió con la variante B.1.1.7 del SARS-CoV-2 identificada en el Reino Unido, pero que ahora se ha extendido a decenas de países del mundo. Los científicos estiman que la variante es aproximadamente un 50 por ciento más transmisible que las formas anteriores del virus, lo que le proporciona una ventaja evolutiva.

El ritmo de la evolución

Las mutaciones pueden ocurrir de forma aleatoria, pero el ritmo al que ocurren depende del virus. Las enzimas que copian los virus de ADN, denominadas ADN··polimerasas, pueden corregir y solucionar los errores en las cadenas resultantes de letras genéticas y dejar pocas mutaciones en cada generación de copias.

Pero los virus de ARN, como el SARS-CoV-2, son los jugadores evolutivos del mundo microscópico. En general, la ARN··polimerasa que copia los genes del virus carece de capacidades de corrección, lo que hace que los virus de ARN sean propensos a las altas frecuencias de mutación, hasta un millón de veces más que las células contenedoras de ADN de sus hospedadores.

Los coronavirus tienen una frecuencia de mutación ligeramente inferior a muchos virus de ARN, ya que pueden llevar a cabo una ligera corrección de errores genéticos. «Pero esto no basta para impedir que se acumulen las mutaciones», afirma el virólogo Louis Mansky, director del Instituto de Virología Molecular de la Universidad de Minnesota. Por eso era inevitable que surgiera un conjunto de variantes a medida que el coronavirus circulaba descontrolado por el mundo.

Con todo, es difícil medir la verdadera frecuencia de mutación de un virus. «La mayoría de dichas mutaciones resultarán letales para el virus y nunca las verás en la población de virus que evoluciona y crece activamente», afirma Mansky.

Los estudios genéticos de personas enfermas pueden determinar la denominada tasa de fijación, que mide la frecuencia con que las mutaciones acumuladas se «fijan» en una población viral. A diferencia de la frecuencia de mutación, esta tasa se mide a lo largo de un periodo de tiempo. Así que cuanto más se propague un virus, más oportunidades tendrá de reproducirse, mayor será su tasa de fijación y más evolucionará el virus, indica Duffy.

En el caso del SARS-CoV-2, los científicos estiman que se establece una mutación en la población cada 11 días, aproximadamente. Pero este proceso no siempre ocurre a un ritmo constante.

En diciembre del 2020, la variante B.1.1.7 llamó la atención de los científicos cuando sus 23 mutaciones surgieron de repente, aparentemente, mientras el virus se extendía por Kent, Inglaterra. Algunos científicos especularon que un paciente con enfermedades crónicas ofrecía más oportunidades para la multiplicación y la mutación y que el uso de tratamientos como el plasma de convalecientes podría haber presionado al virus para que evolucionara. No todos los cambios eran necesariamente útiles para el virus, señala Duffy, pero algunas de las mutaciones permitieron que el virus se propagara más rápido.

El gran mundo de los virus

Las mutaciones impulsan la evolución, pero no son la única forma en que un virus puede cambiar con el tiempo. Algunos virus, como el de la gripe, poseen otras formas de incrementar su diversidad.

La gripe consta de ocho segmentos genéticos, que pueden reordenarse —un proceso denominado reagrupamiento— si varios virus infectan una sola célula para multiplicarse al mismo tiempo. A medida que la progenie viral se introduce en sus cápsulas proteínicas, los segmentos de ARN de los virus progenitores pueden mezclarse como si fueran Legos virales. Este proceso puede causar cambios rápidos en la función viral. Por ejemplo, los reagrupamientos de cepas de la gripe que circulaban en cerdos, aves y humanos dieron lugar a la pandemia de gripe H1N1 de 2009.

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Sin embargo, a diferencia de la gripe, los coronavirus no poseen segmentación física para reagruparse. La función de los coronavirus puede sufrir cambios mediante un proceso denominado recombinación, en el que la enzima que fabrica la copia viral mezcla los segmentos de un genoma viral con otro. Pero los investigadores todavía están trabajando para determinar cuán importante es este proceso para la evolución del SARS-CoV-2.

Comprender estas dinámicas evolutivas en el SARS-CoV-2 es vital para garantizar que los tratamientos y las vacunas siguen el ritmo del virus. Por ahora, las vacunas disponibles son eficaces en la prevención de una enfermedad grave de todas las variantes virales.

Y el estudio de la evolución del SARS-CoV-2 podría ayudar a responder otra pregunta: ¿de dónde vino el virus? Aunque es probable que la enfermedad se originara en murciélagos, todavía faltan capítulos en la historia del salto del SARS-CoV-2 hasta hospedadores humanos. Llenar estos vacíos podría ser útil para descubrir cómo protegernos en un futuro.

«Como sociedad, a nivel mundial, no queremos que esto vuelva a ocurrir», afirma Mansky.

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.
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