Los virus tienen dos formas: la intracelular y la extracelular. Nuestra imagen habitual de ellos, con una cápsida proteica que contiene el ácido nucleico, incluso con una membrana rodeando a la cápsida, se corresponde, con la forma extracelular. Es lo que conocemos como virión. Y se trata de una forma inerte. No tiene metabolismo, no ejecuta otra función vital que no sea la relación. Y esta de una manera muy reducida. Se limita a reconocer a su diana, nada más. No incorpora ninguna otra información del exterior.
El virión se puede entender como la forma de viaje del virus. Desde una célula hasta la siguiente. Un viaje que puede durar segundos o años. Quién sabe si siglos o milenios…
Una forma al servicio del viaje que tenga que hacer, pero también al servicio de la entrada en la célula cuando la encuentre, cuando finalice su viaje. Y ahí hay diversidad de estructuras. Hay viriones con cápsidas helicoidales, icosaédricas, complejas (que mezclan la estructura helicoidal y la icosaédrica), con envuelta membranosa y sin ella…
La forma intracelular no tiene cápsida. Se trata de su ácido nucleico desnudo. Pero metabólicamente activo. Capaz de poner en marcha su herencia. Que consiste en apoderarse de la maquinaria celular para la replicación y la síntesis de sus proteínas. O bien, integrarse en el genoma y hacer un uso moderado y prolongado en el tiempo de esa maquinaria celular.
Sin embargo, hay virus que no necesitan del virión para viajar de una célula a otra dentro de un mismo organismo. Porque pueden hacer que la célula infectada se fusione con una célula intacta y así contagiarla. El virión lo reservan para cuando tengan que salir de ese organismo y llegar a otro.
Es asombroso que los virus puedan lograr su plan de vida con tan pocos genes, con genomas tan pequeños. Asombroso e intimidante. Por el daño que nos puede hacer. Asombroso y esperanzador. Por cómo podemos aprovecharlo.
A diferencia de las células, cuya herencia reside en ADN de doble cadena, los virus son mucho más versátiles. Siguiendo las ideas de Baltimore, que para eso fue premio Nobel, nos encontramos varias clases.
Los hay con ADN de doble cadena, sí, la clase I. Que pueden empezar a funcionar en cuanto entran en la célula y encuentran una ARNpol. Pero también los hay con ADN de cadena sencilla. La clase II. Cadena sencilla de lectura directa (ADN+). Incluso uno (el TTV de humanos) de cadena sencilla de hebra molde (ADN-). En cualquier caso, los virus de ADN de cadena sencilla, antes poder empezar a inducir a la célula a que produzca ARN, han de completarse. Porque la ARNpol solo lee ADN de cadena doble.
Pero el material genético de los virus también puede ser ARN. Con una diversidad de estrategias asombrosa.
Con ARN de cadena sencilla de lectura directa (ARN+). Es decir, que pueden ser leídos como ARNm por la célula. Pero como la célula no puede fabricar ARN sin ADN, deben contar con los planos para su propia ARN replicasa (ARNpol dependiente de ARN), que sí puede fabricar ARN a partir de ARN. Pero ese ARN que elabora es el complementario, no el del virus. Queda unido a la ARN replicasa para producir, ahora sí, las cadenas complementarias de la complementaria. Es decir, las cadenas ARN+. Que funcionarán como ARNm y como ARN que incorporar al virión. Es la clase IV.
También hay virus de ARN de cadena sencilla pero con hebra molde (ARN-). Esos tienen que llevar dentro del virión una enzima ya elaborada: una ARN replicasa, como en el caso anterior. Su virión no solo porta ácidos nucleicos, sino una proteína activa, que inyecta a la célula (menos mal que Hersey y Chase no hicieron su experimento con este tipo de virus). Este tipo de virus, al inyectar su ARN-, comienzan a fabricar ARN+. Que usan de dos modos: como ARNm para elaborar las proteínas víricas; como molde para el ARN- que entrará en el virión. Es la clase V.
Pero también hay virus de ARN de cadena doble. Que tienen que llevar su propia ARN replicasa dentro del virión. Una replicasa capaz de producir tanto ARN+, que actuará de ARNm, como ARN-. Que se juntará con el ARN+ para formar cadenas dobles que incorporar al interior de los viriones. Es la clase III.
Finalmente están los retrovirus. La clase VI. Que portan ARN+ pero que, para poder convertirlo en información que la célula pueda manejar, fabrican ADN. Que luego será el encargado de servir de plantilla para los ARNm y los que haya que incluir en el virión. Para eso necesitan una enzima especial, capaz de hacer que la información pase de ARN a ADN: la reversotranscriptasa. Una ADNpol dependiente de ARN. Una enzima que también ha servido para revolucionar la biotecnología.
No te cuento más estrategias para no agobiarte. Pero que sepas que existe una clase VII de virus. Que, aun siendo de ADN de cadena doble, se convierten en ARN para luego, mediante una reversotranscriptasa, volver a elaborar ADN. O los ambivirus, que portan una cadena mixta de ADN y ARN…
Como puedes ver, todo tipo de estrategias para abordar el dogma central de la biología molecular. Desde hacer fluir la información siguiéndolo, hasta hacer que la información vaya a la inversa, pasando por el rodeo de fabricar ARN a partir de ARN. Sin embargo, sea cual sea su estrategia, un virus siempre hará uso de la maquinaria de traducción celular, de sus ribosomas, para que la información que contiene llegue a convertirse en proteínas.
Cómo llegue esa información a manos de los ribosomas es lo que es diverso.
Tras muchos años de investigación y discusión aún no hemos decidido si los virus son organismos vivos o no. Pero sí estamos de acuerdo en una cosa: si son vida, no son vida autónoma. Dependen de células para ejecutar el dogma central de la biología molecular. Y, con él, las funciones vitales de reproducción (fabricar nuevo ADN viral), nutrición (incorporar elementos a su estructura) y evolución (experimentar cambios en su material hereditario que se traduzcan en reproducción diferencial). En cambio, para la función de relación siempre son autónomos. Puesto que poseen proteínas mediante cuyas formas reconocerán a sus dianas.
Así, el virus encuentra en la célula un entorno favorable para su forma de vivir. Posee energía, sustancias a partir de las cuales obtener las suyas propias, maquinaria celular que podrá poner a su servicio. Un virus, si está vivo, solo lo está dentro de una célula. Nunca fuera de ella.
Quizá haya que pensar en los virus como seres vivos que saltan la frontera de la vida en ambos sentidos, hacia un lado y hacia otro.
Pero no solo saltando y ya está. Por que usan de modos distintos y diversos el dogma central de la biología molecular. Sí, esa expresión que suena rara, pero que solo quiere describir cómo pasa la información de unas moléculas a otras. Eso que parecía tan sencillo cuando mirábamos a las células, pero que se complica enormemente al añadir a los virus.
Y pueden hacer todo esto de dos formas. Una, de un modo destructivo para la célula. Replicándose masivamente. Con lo cual se convierten en causa de enfermedad y muerte para los organismos. O no. O también pueden integrarse en ella. Replicándose pausadamente. Y también replicándose cuando la célula lo hace. Y, de ese modo, en ocasiones, conferirle propiedades nuevas, cambiar a la propia célula. Porque los virus, al replicarse, pueden arrastrar genes consigo. Genes que pasan de un organismo a otro. Genes que enriquecen las respuestas que puede dar la célula infectada pero también su patrimonio hereditario. Es lo que se denomina herencia horizontal, independiente de la reproducción. Aún hoy discutimos qué papel ha jugado y juega en la evolución.
Es cierto que todos los virus pueden comportarse de modo destructivo. Y también es cierto que no todos pueden comportarse de manera integrada.
Esas capacidades extraordinarias de los virus hacen que podamos considerarlos herramientas biotecnológicas. Capaces de portar un gen que les hayamos confiado hacia el interior del genoma de un ser vivo elegido por nosotros. Son una de nuestras armas más potentes para transformar a los seres vivos que deseemos transformar en nuestro beneficio. Incluidos nosotros. Comprender y dominar los virus, domesticarlos, puede significar adquirir un poder inmenso para manipular la biosfera. Otra cuestión es cómo usar bien ese poder…
Se calcula que el número de virus excede al de células en un factor de 10. Si fueran vida, si los consideráramos así, serían, con mucho, la forma más abundante de vida del planeta. Y ninguna célula está a salvo de ellos. Ninguna. Que sepamos.
Por tanto, si son vida, deben ser una forma de vida evolucionada a partir de lo que consideramos “vida normal”. Porque sin células no puede haber virus.
Uno de los mayores hallazgos de la historia de la ciencia es el descubrimiento de que el ADN es la molécula de la herencia y que contiene toda la información necesaria para que una célula ejecute sus funciones. Y para que, en el caso de los pluricelulares, construya toda la organización del ser vivo. Información, por tanto, funcional y estructural. Combinadas. En un mismo lenguaje, el de la secuencia de nucleótidos.
¿Por qué uno de los mayores descubrimientos? Porque eso hace a la célula autónoma. De cualquier entidad exterior a ella. Sea una divinidad, sea un ser mitológico, sea un principio misterioso. No, no… La vida no es misteriosa. Es complicada y compleja. Difícil de investigar porque nace a escala molecular y se propaga hacia lo supramolecular. Pero no es misteriosa. Es asequible; siempre que contemos con la tecnología adecuada.
Hacia mediados del siglo XX se contó con la mezcla adecuada de ingenio y tecnología. O, al menos, Avery, McLeod y McCarty la alcanzaron. Lograron identificar qué molécula era responsable de algo, descubierto 15 años antes por Griffith, y que aún no se había logrado explicar.
Si “A” no mata, y “B” no mata, “A” junto con “B” tampoco deberían matar, ¿no? Pues sí que matan, sí… “A” y “B”, que por sí solas no causan problemas, cuando están juntas matan.
¿Qué es “A”? ¿Qué es “B”?
“A” son bacterias de una cepa no patógena de Streptococcus pneumoniae. La cepa R, concretamente. Y “B” son bacterias muertas por calor de una cepa patógena de Streptococcus pneumoniae. La cepa S, concretamente. Una cepa que produce neumonía. Al inyectar la cepa R en ratones, no pasaba nada, no había enfermedad. Y tampoco al inyectar la cepa S tras matar las bacterias mediante calor. Pero… Pero al inyectar ambas simultáneamente, la cepa R viva y la S muerta, el ratón sufría neumonía. Algo había en la cepa S capaz de transformar a la R. Pero también a su descendencia. Porque del ratón muerto se recuperaban bacterias S vivas. Y sus hijas eran también S.
Durante mucho tiempo, durante 15 años, este resultado no supo ser explicado.
El experimento de Avery, McLeod, McCarty
Consistió, en esencia, en repetir el experimento de Griffith. Pero no con bacterias de la cepa S muertas por el calor, sino con fracciones moleculares de ellas. Es decir, quitando unas moléculas para dejar otras. Cuando quitaban lípidos y proteínas y dejaban solo los ácidos nucleicos, se producía el mismo resultado de Griffith. En cambio, quitando los ácidos nucleicos y dejando los lípidos o las proteínas, no lo lograban. Es más. Añadiendo enzimas que rompían el ARN se seguía obteniendo la transformación en patógena de la cepa R. Pero añadiendo enzimas que degradaban el ADN no se lograba nada de eso.
Por tanto concluyeron que el ADN era la molécula portadora de la herencia.
Pero su idea fue poco aceptada. Porque se consideraba que el ADN era una molécula poco interesante, formada por repetición constante de nucleótidos unos tras otros. De hecho, se consideraba, entonces, que el ADN de todos los seres vivos era igual porque tenía las mismas propiedades químicas y físicas. En cambio, las proteínas resultaban moléculas más interesantes, con más “glamour”. Eran diferentes de unos seres vivos a otros. Hacían multitud de cosas.
No, no… La vida no podía haber elegido para una cosa tan interesante como la herencia a una molécula tan aburrida (se pensaba entonces) como el ADN.
El cambio de mentalidad gracias a Chargaff
Poco después, el ADN comenzó a convertirse en una molécula mucho más interesante gracias a los resultados de Chargaff. Que descubrió que las cantidades de adenina y timina eran iguales entre sí. Y que las de guanina y citosina también entre sí. Pero lo que había de adenina y timina no tenía por qué ser igual que lo que había de citosina y guanina. Es más. En cada especie las cantidades de ambas parejas eran distintas de las de otras especies. Y razonablemente constantes dentro de ella. Al menos en lo tocante a animales.
Eso hizo que se prestara más atención al ADN. Eso facilitó que Hersey y Chase pensaran en una manera distinta de corroborar los resultados de Avery, McLeod y McCarty.
En microbiología se aceptó pronto que el ADN era el responsable. Al fin y al cabo, Griffith, Avery, McLeod y McCarty eran microbiólogos. Pero en el resto de las ramas de la biología, no. No hasta que otros microbiólogos, Hersey y Chase, lograron confirmar, con otro enfoque, los resultados previos. Intrigados, también por el interés que los descubrimientos de Chargaff habían revelado que tenía el ADN, esa molécula que había pasado de aburrida a interesante.
Infectaron bacterias con virus marcados. De dos tipos los virus. Los había que llevaban en su ADN un isótopo radiactivo del fósforo: 32P. Y es que las proteínas no tienen fósforo. O, mejor dicho, no en cantidades apreciables (pueden llevar algún que otro grupo P, pero muy poca cosa comparado con el ADN). Y los había que llevaban en sus proteínas un isótopo radiactivo del azufre: 35S. Y es que el ADN no tiene nada de azufre. Pero nada nada.
Infectaron las bacterias con virus marcados en su azufre. Y dentro de las bacterias no había ninguna radiactividad. De ninguna clase. Pero se producían los virus hijos. Luego las proteínas no eran. Luego infectaron con virus marcados con fósforo. Y dentro de las bacterias sí que había radiactividad. Aún más. En algunos virus detectaban esa radiactividad (no en todos, claro, porque los virus nuevos fabrican ADN nuevo, sin marcar).
1952 fue la fecha del experimento de Hersey y Chase. 1953 fue la fecha en la que Watson, Crick y Wilkins, basándose en los trabajos de Franklin, descubrieron la estructura del ADN, que encajaba perfectamente con los descubrimientos de Chargaff.
El resto de cómo hemos ido descubriendo la autonomía de la célula, su independencia de cualquier dios, mito o principio misterioso, de cómo hemos ido aumentando nuestro desconocimiento y dándonos cuenta de que no hay misterios sino hechos por descubrir, ya es historia escrita y bien conocida. Historia viva de la que somos herederos.
La capacidad de moverse debió aparecer muy pronto en la evolución celular. Es verdad que para una célula individual puede ser suficiente dejarse llevar por movimientos del medio. Pero seguro que es preferible decidir acercarse a los recursos y alejarse de los peligros en vez de confiar en el azar. Y no digamos para un organismo pluricelular, en el que, a partir de una masa inicial, no ordenada, resulta vital para el desarrollo que cada célula migre hacia su destino final.
Pero la movilidad también tiene caras oscuras, poco amables. Un tumor produce metástasis gracias a la movilidad de las células que lo integran.
¿Qué necesita una célula para moverse? Citoesqueleto. O flagelos, que son una de las modalidades del citoesqueleto.
Pero el citoesqueleto no solo mueve a la célula. También mueve su interior. Porque gracias al él hay paquetes cargados de biomoléculas que llegan a su destino, al sitio donde deben estar, mucho más eficientemente. Gracias al citoesqueleto la célula puede especializar regiones de su interior. Porque fiando únicamente al azar, las proteínas nunca llegarán a un sitio concreto, y solo a ese, sino que se dispersarán hacia todas partes. Por tanto, el citoesqueleto resultó un elemento indispensable para que la célula eucariota, compartimentada, pudiera surgir. Sin él hubiera sido imposible tener orgánulos membranosos albergando una función específica en su interior.
Pero no solo eso. El citoesqueleto es el andamiaje sobre el que se montan y desmontan membranas. Sí, sí. Membranas. Eso tan importante que constituye el límite de la célula, el lugar en el que residen la función de nutrición y la de relación, el sitio del que parten las señales que indicarán al ADN qué genes serán leídos y cuándo. Sin el citoesqueleto, la membrana eucariota no es gran cosa… Sobre todo cuando el citoesqueleto, además de sostenerla, de darle forma, ancla algunas proteínas a algunos sitios y las modula en su acción. Y, si cambia el citoesqueleto, cambia el lugar de esas proteínas y cambia la forma en que se comportan. Quien es capaz de organizar la endocitosis y la fagocitosis, quien pone y quita y mantiene proteínas en un sitio concreto, no es un mero soporte físico, no.
No solo eso. El citoesqueleto, en los organimos pluricelulares, conecta con la matriz extracelular (a través de la membrana). Sí, sí, esa que da soporte a los tejidos. Así,matriz extracelular y citoesqueleto son caras de la misma moneda, con la membrana en medio, relacionándose con ambas partes. Pero, además de conectar hacia fuera, también conecta hacia dentro, con el citoesqueleto del interior del núcleo. Sí, sí. Ese que interactúa con los genes para que se expresen. ¿Y qué significado tiene esto? Uno muy llamativo (a mí me parece llamativo). Que mediante una serie de tensiones físicas, de empujes y tirones, el citoesqueleto propaga información. Tirones y empujones que, partiendo de un lugar, llegan a otro. Y, allí, provocan una reacción química, allí esas fuerzas se convierten en señales moleculares. Lo cual se conoce como mecanotransducción. Es algo muy parecido a tirar de una palanca, mover un cable y, en el extremo de ese cable, provocar una reacción. De ese modo, mediante esfuerzos físicos, una célula puede afectar a lo que sucede en el núcleo de otra célula, aunque esté algo alejada. En realidad deberíamos concebir a las células de un tejido como un todo interconectado, con el citoesqueleto y su prolongación, la matriz, como una red por la que viaja información que se convierte en acciones químicas, en síntesis de proteínas. Que logra coordinar el modo en que se ejecutan funciones por un conjunto amplio de células…
¿Quieres más? ¿Te has preguntado alguna vez qué ocurre en la mitosis con la membrana nuclear, cómo desaparece y luego reaparece, cómo se organiza la cromatina en cromosomas, cómo estos se desplazan y luego se parten en cromátidas hermanas y luego estas van cada cual a su sitio? El citoesqueleto no solo actúa decisivamente en la relación y en la nutrición, como te decía antes; o en la transmisión de información mediante la mecanotransducción, como te indicaba en el párrafo anterior. También es protagonista en la reproducción.
¿Y sabes lo que me da más rabia? Que nada de esto te lo cuenta un libro de texto de enseñanzas medias… ¿Es que tienen miedo de la biología de verdad? Me refiero a la biología dinámica, de procesos… Es raro que se centren en descripciones que parecen fotos fijas cuando la célula, la real, es mucho más un vídeo que una foto. Y, en gran parte, es un vídeo gracias al citoesqueleto. ¿De verdad crees que en un par de párrafos se puede dar por conocido el citoesqueleto, teniendo en cuenta que sus proteínas son las más abundantes de la célula? ¿Teniendo en cuenta que interviene en todas las funciones vitales y que lo hace, no como un actor secundario, sino como el principal?
Fíate menos de tu libro de texto… Y más del profesor o profesora que tengas, de hablar con ella o con él. De preguntarle.
Y, desde luego, si en selectividad te preguntan definiciones, y no el sentido de las cosas, fíate NADA de que selectividad sea algo más que un mero filtro que clasifica a la gente según unos parámetros que nada tienen que ver con el aprendizaje y mucho con la apariencia de aprendizaje.
Te dejo un vídeo con algunos conceptos de citoesqueleto, que espero ampliar, y un gráfico con lugares celulares donde actúa, donde es importante.
Es complicado definir vida. Por la sencilla razón de que es un fenómeno evolutivo. Es decir, no es un estado estacionario. La vida misma ha concretado algunas de sus características desde su origen. Incluso ha adquirido algunas que consideramos hoy como algo esencial, consustancial a la vida. Pero que no las tenía al principio.
Para resolver la cuestión podemos recurrir a dos enfoques. Uno inclusivo, que trate de recoger todo lo que sea vida. Es un enfoque maximalista. Otro restrictivo. Que busca qué es lo mínimo que comparten todas las formas de vida. Incluso las más extremas, las que están en la frontera, las que dudamos en incluirlas dentro de lo vivo, como virus y viroides. Este es más bien minimalista. Sea cual sea el enfoque, en ambos casos hay que ir a las raíces, al origen de la vida. Para comprender qué tenía entonces, y definirla así (restrictivo) o para recoger toda la variedad que ha desarrollado desde entonces (inclusivo).
Hoy, tras haber leído un artículo de opinión de Edward Trifonov, me centro en el enfoque restrictivo. Gracias a él podemos llegar a una idea: la de información almacenada en moléculas, capaz de autoreplicarse fielmente, pero no exactamente, y de crear un entorno favorable a ese proceso; o de aprovecharlo si lo encuentra.
Esa definición altera la idea que tenemos de célula. Porque la célula ya no sería la vida, sino ese entorno favorecedor. Un entorno que la vida crea porque contiene las instrucciones para ello. O también un entorno que la vida aprovecha cuando lo encuentra. Y así incluimos virus y viroides como formas de vida. Porque sabrían usar entornos ya creados, aunque no sean propios. Tendrían por tanto dos modalidades: vida y vida a la espera de ser vida.
Con este concepto la vida baja a un nivel molecular. Y no sale de ahí. Y todo lo demás su hábitat. La vida no sería, entonces, un fenómeno celular. La célula dejaría de ser la unidad mínima de vida para cederle el trono a una molécula capaz de autorreplicarse al encontrar un entorno favorable para ello. Y capaz de pervivir mientras lo encuentra y no lo encuentra.
¿Y tú y yo? ¿Qué seríamos tú y yo? Seríamos portadores de vida. Pero no seríamos vida. Seríamos su producto, su entorno, su hábitat.
Bueno, como puedes comprobar, todo esto es modos de mirar. Uno de entre varios posibles. Ni siquiera uno que me convenza plenamente porque yo me inclino por entender la vida como una propiedad emergente, algo que ninguno de sus elementos tiene pero que aparece cuando se juntan todos. Algo que posee el conjunto pero no las partes. Igual que las ruedas de un coche o su volante no tienen la propiedad “ir a alguna parte” a no ser que se organicen con todos los elementos necesarios.
Pero me ha interesado mirar así. Me gusta contemplar las cosas desde varios ángulos. Me amplía. De hecho, admito que tiene mucho sentido desde el punto de vista de la biología molecular.
Pero, ¿sabes que te digo? Que sea yo un ser vivo o un mero portador, me voy. A tomar un café. Ahora mismo…
Pienso, luego escribo
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