Loss of replication and transcription systems accompanying transition to nucleus-dependent replication in Ariadnavirales, a proposed new order in nucleocytoviricot class Megaviricetes

A menudo se piensa en los virus como parásitos simples que secuestran la maquinaria de una célula para hacer copias de sí mismos. Para los virus más grandes conocidos, que portan material genético hecho de ADN, la historia estándar ha sido que construyen sus propias fábricas dentro del citoplasma de la célula huésped, el fluido gelatinoso que llena el espacio alrededor del núcleo. Estas fábricas virales les permiten replicar su código genético y construir nuevas partículas virales sin necesidad de entrar en el centro de mando de la célula, el núcleo, donde se guarda el propio ADN de la célula huésped. Esta independencia es una característica definitoria del grupo conocido como nucleocitoviricos, una vasta familia de virus de ADN de doble cadena que incluye algunas de las entidades biológicas más masivas de la Tierra. Los científicos han asumido durante mucho tiempo que estos virus portan el conjunto completo de instrucciones necesarias para dirigir sus propios procesos de replicación y transcripción, actuando esencialmente como máquinas independientes una vez que infectan a un huésped.

Sin embargo, un nuevo estudio ha descubierto un grupo de estos virus gigantes que parece haber abandonado esta estrategia por completo. Al buscar a través de vastas colecciones de datos genéticos de océanos y entornos de agua dulce, los investigadores han identificado un orden de virus previamente desconocido que ha perdido casi todos los genes necesarios para copiar su propio ADN o leer sus instrucciones genéticas. En lugar de construir sus propias fábricas, estos virus parecen depender enteramente del núcleo de la célula huésped para hacer el trabajo por ellos. Este descubrimiento desafía la visión largamente sostenida de que los virus grandes son autosuficientes y sugiere una historia evolutiva más compleja donde algunos gigantes han elegido volverse dependientes del mismísimo centro de mando que se creía evitaban.

Los investigadores, liderados por un equipo de los Institutos Nacionales de Salud y el Institut Pasteur, comenzaron su investigación con un virus llamado virus del ADN de Sicyoidochytrium minutum, o SmDNAV para abreviar. Este virus fue aislado originalmente de un organismo unicelular llamado traustocotríd, que pertenece a un grupo de protistas que se encuentran en entornos marinos. En el momento de su descubrimiento, el SmDNAV era una anomalía; parecía un virus gigante pero compartía muy pocas similitudes genéticas con cualquier otro virus conocido. Para entender dónde encajaba en el árbol de la vida, el equipo utilizó programas informáticos para rastrear bases de datos genómicas, buscando otras secuencias genéticas que coincidieran con las proteínas encontradas en el SmDNAV. Encontraron numerosos emparejamientos ocultos dentro de los datos genéticos de otros organismos unicelulares, incluyendo algas y varios protistas de hábitats tanto de agua salada como de agua dulce.

Al reconstruir estos fragmentos genéticos, el equipo reconstruyó los genomas de varios virus nuevos relacionados con el SmDNAV. Llamaron a este nuevo grupo "Ariadnavirales", un guiño a la princesa mítica Ariadna, quien ayudó al héroe Teseo a escapar de un laberinto, reflejando la naturaleza compleja y sinuosa de los protistas huéspedes que estos virus infectan. Los genomas de estos virus son sustanciales, midiendo aproximadamente 200,000 pares de bases de longitud, lo cual es lo suficientemente grande como para codificar cientos de proteínas. Sin embargo, cuando los investigadores examinaron las instrucciones específicas dentro de estos genomas, encontraron una ausencia sorprendente. Los virus habían perdido los genes para la maquinaria central que casi todos los otros virus gigantes utilizan para replicar su ADN y transcribirlo en ARN. Específicamente, carecían de las enzimas que actúan como las máquinas de copia primarias y las herramientas de lectura de la información genética.

Las únicas herramientas de procesamiento de información que estos virus conservaron fueron algunas proteínas especializadas que ayudan a organizar y reparar el ADN, pero el trabajo pesado de la replicación y la transcripción había desaparecido. Esta pérdida sugiere que los Ariadnavirales han evolucionado para depender completamente del núcleo de la célula huésped para replicar su material genético. En un giro que añade misterio, observaciones previas de células infectadas por SmDNAV mostraron que el virus hace que el núcleo del huésped desaparezca, pero aun así el virus logra replicarse. Esto implica una estrategia única donde el virus podría romper la barrera nuclear para acceder directamente a la maquinaria del huésped, o quizás recluta las herramientas necesarias del núcleo antes de que la estructura colapse. Este comportamiento es distinto al de otros virus conocidos que o bien permanecen en el citoplasma con sus propias herramientas o se mueven hacia el núcleo para replicarse manteniendo el núcleo intacto.

El estudio también ubicó a estos virus en el mapa evolutivo. Al comparar las proteínas que todos los virus gigantes comparten, como los componentes estructurales de sus caparazones exteriores, los investigadores determinaron que los Ariadnavirales están estrechamente relacionados con otro grupo de virus que también carecen de algunos genes de replicación. Juntos, forman una rama profunda en el árbol genealógico de los virus gigantes, lo que sugiere que la pérdida de estos genes esenciales ocurrió temprano en su historia compartida. Los investigadores señalaron que, si bien otros virus más pequeños también han perdido estos genes, tienden a tener genomas mucho más pequeños. Los Ariadnavirales son únicos porque mantuvieron un tamaño de genoma grande mientras se desprendían de las partes más críticas de su kit de herramientas operativas. Esta pérdida selectiva indica un camino evolutivo sofisticado en lugar de una simple degradación del virus.

Los hallazgos también resaltan cuánto del mundo viral permanece oculto. Estos nuevos virus no fueron encontrados en un cultivo de laboratorio, sino que fueron descubiertos mediante la minería de datos genéticos de muestras ambientales, una técnica que ha revelado una diversidad oculta de vida en los océanos. El estudio sugiere que la estrategia de depender del núcleo del huésped es más común entre los virus gigantes de lo que se pensaba anteriormente, apareciendo en múltiples linajes independientes. Si bien la mecánica exacta de cómo estos virus interactúan con el núcleo del huésped sigue sin estar clara, la evidencia apunta a un cambio fundamental en cómo estas entidades biológicas sobreviven. Han intercambiado la independencia por la eficiencia, dependiendo de los sistemas internos del huésped para realizar el trabajo que sus ancestros alguna vez hicieron por sí mismos. Este descubrimiento abre nuevas preguntas sobre la flexibilidad de la evolución viral y los límites entre las formas de vida independientes y aquellas que son enteramente dependientes de sus huéspedes.