David Baltimore, introducción a los virus

 Qué mejor manera que introducirnos en el mundo de los virus que de la mano del premio Nobel David Baltimore. En 20 minutos nos cuenta de manera resumida qué son los virus. Lo único que se echa en falta es que nos cuente cómo se forma un supervirus. Por lo demás, cuando habla el maestro los demás escuchamos. 

David Baltimore (Caltech): Introduction to Viruses 0:50 Un reino separado; 1:15 persiguiendo la sopa biológica; 1:35 RNA o DNA como soporte de información genética; 2:00 Remanentes de un mundo RNA; 2:31 El dogma actualizado; 3:15 Clasificación Baltimore 6:15 Tipos de virus; 7:16 Crecimiento de los virus; 7:58 Detrás de cada virus hay una historia de transmisión; 10:40 Placas de lisis; 11:50 Virus en equilibrio con el hospedador; 16:20 HIV; 17:30 Descubrimiento de la retrotranscriptasa

0:50 Un reino separado

La evolución empezó con el primer ser vivo, el ribozima. A partir de ahí ha habido la evolución ha sufrido varios saltos para llegar desde esa molécula sencilla de ARN con actividad enzimática hasta los seres pluricelulares complejos y sociales.

Las ribozimas, junto con los viroides (o protovirus), son considerados reliquias vivas del mundo de ARN y caracterizaron la primera fase del mundo de ARN. Posteriormente las ribozimas y viroides darían lugar a moléculas de ARN capaces de sintetizar proteínas como los ribosomas, a los retroelementos como la transcriptasa inversa y a las moléculas de ADN. Estas moléculas al rodearse con liposomas formados espontáneamente originarían los protobiontes y estos por último a las células modernas.

PREGUNTA 1. i) Tengo dos ribozimas: A y B. El ribozima A tiene un cromosoma con 10.000 genes y se divide en dos ribozimas cada 40 minutos. El ribozima B tiene 5000 genes. ¿Cuánto tiempo tarda B en dividirse?. ii) ¿Cuántas ribozimas dejará de descendencia el ribozima A y cuántas el ribozima B tras 4 horas de crecimiento?

Solución: El ribozima tarda la mitad de tiempo, 20 min. 4 horas son 240 minutos. Dividimos 240 entre 40 min y obtenemos el número de divisiones que tiene el virus A en 4 horas: 6 divisiones o también se puede decir 6 generaciones.

1 -> 2 -> 4 ->8 -> 16 -> 32 -> 64 en decir en 6 generaciones pasa d 1 a 64 individuos. También se puede expresar como:

2⁰ -> 2¹ -> 2² -> 2³ -> 2⁴ -> 2⁵ ->2⁶

2n = número de descendientes después de n generaciones. Por lo tanto, la solución es 2⁶ = 64

El ribozima B tiene 12 generaciones. 2¹² = 4096 descendientes. 

El organismo que tiene un tiempo de generación más corto deja más descendientes. Lo mismo ocurre en la película IDIOCRACIA

El árbol de la vida se expande de esta manera. Ya no consideramos que los únicos seres vivos son los que están basado en células. Los ribozimas y los virus son también organismos vivos porque siguen los mismos principios que dirigen la evolución. Por eso mismo, podemos empezar a soñar en un momento en que exista una rama de la vida que no sea biota, es decir, basada en la química del carbono. Una vida basada en el silicio y el código digital. 

1:15 Persiguiendo la sopa biológica

Recientemente han aparecido unos virus muy grandes, los tupanvirus, que tienen algunos genes de ribosomas. Existen dos teorías sobre el origen de los virus. La primera dice que en un principio los virus funcionaban como una célula primitiva y que evolucionaron a organismos parásitos y la otra que sugiere que los virus son DNA egoísta que evolucionó para parecerse a pequeñas células.

Estos tupan virus sugieren que los protovirus (virus con ribosomas) eran entidades biológicas simples que vivían replicándose en la sopa biológica y que cuando aparecieron las primeras células procariotas y estas células con membrana lipídica agotaron la sopa biológica con sus rutas metabólicas más complejas y su capacidad de almacenamiento, evolucionaron para convertirse en parásitos de esas nuevas entidades biológicas más grandes y con más capacidad para generar energía.

PREGUNTA 2: Cuando no existían bacterias toda la vida sobre la Tierra era vírica. Eran protovirus de ARN que tenían ribosomas. Estos virus se replicaban en la sopa biológica (en Ecuador en el locro biológico). Cuando aparecieron las bacterias, éstas tenían una membrana que diferenciaba fuera de dentro. Las bacterias metieron dentro todo lo que les interesaba de la sopa biológica. Los protovirus al quedarse sin su alimento sufrieron una presión selectiva que favoreció a aquellos virus que sabían como penetrar en el interior de las bacterias y alimentarse de lo que antaño había sido suyo. Nacieron los virus como entidades parásitas de las células. Muchos biólogos siguen diciendo, de forma equivocada, que los virus no son entidades vivas porque se tienen que alimentar de una célula metabólicamente activa. Si es por eso, podríamos incluir en la categoría de virus a muchas personas que no son capaces de subsistir sin su tarjeta de crédito. ¿Cómo perdieron los protovirus sus ribosomas? porque hoy en día los virus actuales no tienen ribosomas. Como siempre la solución está en la selección natural. Imaginemos dos virus A y B. El virus A es un protovirus, tiene ribosomas, y su ARN tiene 60.000 bases. El virus B perdió los genes de los ribosomas y por esa razón tienen 40.000 bases. No necesita codificar ribosomas porque puede utilizar los de la bacteria que infecta. Ambos virus infectan y se replican en el interior de bacterias. Si la ARN polimerasa copia a una velocidad de 1000 bases por minuto y los cromosomas de A y B tienen un solo Ori. ¿Cuánto tiempo tarda cada virus en replicarse? ¿Cuánta descendencia tendrá cada virus al cabo de seis horas?

SOLUCIÓN: Virus A 30 minutos virus B 20 minutos. En seis horas tendremos de A  4096 virus, y de B tendremos 262144 virus. Si en vez de horas hablásemos de miles de años podemos entender porqué los virus actuales carecen de ribosomas.

1:35 RNA o DNA como soporte de información genética

PREGUNTA 3: ¿Qué fue antes el huevo o la gallina? ¿Qué proceso ocurrió antes en la evolución, el paso de ADN a ARN o el paso de ARN a proteínas?

Solución: pincha aquí

PREGUNTA 4: Cuando entra un virus en una célula ¿Qué ribosoma utilizará para traducir su ARNm, un ribosoma viral o un ribosoma de la célula humana? ¿Por qué?

Solución: Los virus no tienen ribosomas propios, utilizan siempre el ribosoma de la célula hospedadora. Los virus perdieron los ribosomas propios cuando aparecieron las primeras células porque aquellos virus que carecían de ellos se replicaban mucho más rápido, al tener menos genes, que los protovirus que si los poseían.

2:00 Remanentes de un mundo RNA

¿Qué es la hipótesis del mundo de ARN?

2:31 El dogma actualizado

Gracias a esta actualización podemos entender el concepto de hebra positiva (la que tiene el mismo código que el ARNm) y la negativa. Es decir, la hebra positiva es el ADN codificante y la hebra negativa el ADN molde. Lo que copiará la RNApolimerasa será la hebra de ADN molde.

PREGUNTA 5: En esta cadena de ADN descubre el ORF

Solución: 

 Video ORF y ARNm. Fuente: Actuaciencia

PREGUNTA 6: Dada la secuencia de ADN bicatenario :

3´ - T G C C G T T A C C T A T C T G TG C G A G A G C G A T C A A T C T G C 5´

5´ - A C G G C A AT G G A T A G A C A C G C T C T C G C T A G T T A G A C G 3´

Indicar la secuencia de bases del correspondiente ARNm. ¿Qué hebra del ADN es la codificante y cuál es la correspondiente al ADN molde?

PREGUNTA 7: ¿Por qué utilizamos la tabla ADN/Aminoácidos y no la tabla ARN/Aminoácidos en genética?

Solución: pincha aquí 

PREGUNTA 8: Tenemos el ADN molde:

3´TACCCAGATGTCACTTTTCATCAAACCATT 5´

¿Qué ARNm transcribirá? 
Solución: pincha aquí hasta el min 0:18

3:15 Clasificación Baltimore

PREGUNTA 9: ¿A qué grupo de la clasificación de Baltimore pertenece el Sars-CoV-2? para ver el ciclo vital del Sars-CoV-2 pincha aquí.

Solución: grupo IV