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(Encontrar historia original aquí)
En algún momento a finales de 2013, un virus transmitido por mosquitos llama Chikungunya. apareció por primera vez en el hemisferio occidental. Chikungunya, o en & ldquo; chik, y rdquo; Y ya que el rsquo; s llama, rara vez mata a sus huéspedes humanos. Pero puede causar fiebre, erupción cutánea y dolor en las articulaciones debilitante. En los dos años desde que por primera vez en el Caribe, chik se ha extendido ampliamente en las Américas. Ahora se sospecha que ha infectado a más de 1 millón de personas en 44 países y territorios, la creación de una horda de todo el hemisferio del sufrimiento por mosquitos
Las mismas peculiaridades biológicas que han contribuido a Chik y rsquo;. S éxito están mostrando los investigadores cómo luchar contra ella y mdash; y otros virus como él. Chik es un virus ARN, tal como la gripe, virus del Nilo Occidental, hepatitis y Ebola, entre otros. A diferencia de los virus de ADN, que contienen dos copias de su información genética, los virus de ARN son de cadena sencilla. Cuando se replican, cualquier error en la cadena sencilla se traspasan. Como resultado, la copia es descuidada, y así cada nueva generación de virus de ARN tiende a tener un montón de errores. En sólo unas pocas generaciones, un solo virus puede convertirse en un enjambre mutante del virus estrechamente relacionados
.
Esta mezcolanza genética viral ha dado Marco Vignuzzi, virólogo del Instituto Pasteur de París, una manera de predecir la evolución futura de virus de ARN como chik. Vignuzzi ha recreado una sola mutación en chik que se produjo a principios del virus y rsquo; s aventura alrededor del mundo, obra que ilumina la forma en que el virus era capaz de propagarse tan ampliamente en un corto período de tiempo. Ahora Vignuzzi está tratando de predecir chik y rsquo; s futuro. En junio pasado, en la reunión anual de la Sociedad Americana de Microbiología en Nueva Orleans, Vignuzzi mostró las dos mutaciones en chik que son más propensos a desarrollar la próxima
Los virus son bestias difíciles y complejas.; nadie puede predecir exactamente lo que van a hacer. Pero si los investigadores son cada vez para conseguir un paso por delante del mundo rápidamente cambiante de los virus que nos rodean, tendrán que deconstruir el enjambre viral.
Un potluckFor viral casi 40 años, los científicos han trabajado para comprender cómo los virus de ARN puede tener tantas mutaciones y aún así ser tan exitoso.
a finales de 1970, el virólogo Esteban Domingo de la Universidad Autónoma de Madrid estaba tratando de medir la dejadez de la replicación usando un virus de ARN que infecta bacterias. Se encontró que una mutación se produjo cada vez que el virus copiar su genoma, en promedio. Como resultado, un solo virus produce una gama de virus hijas que son casi, pero no del todo, idénticos. Cada generación genera otra serie de virus, lo que conduce a Domingo llama a & ldquo; la nube mutante y rdquo; de virus.
Sin embargo, la mayoría de las mutaciones en las nubes virales crear problemas para el virus. Los investigadores asumieron que cualquier versión mutada de un virus único saludable probablemente fue destinado a la extinción. Pero a continuación, en 2006, los científicos publicaron una cuenta de un virus del dengue prosperando en Myanmar con lo que debería haber sido un error catastrófico en el medio de un gen vital.
Cuando un virus infecta una célula, comienza a copiar el s genoma, incurriendo mutaciones medida que lo hace; celular y rsquo. Cuando los virus hija se ensamblan en la sopa citoplásmica de genes y proteínas, el virus general que resulta es a menudo un mash-up de estas copias mutadas. Si una mutación crea una proteína sin fondos, como ocurrió con el dengue, el virus puede sobrevivir debido a otros virus en el enjambre que tienen una buena copia. Piense en ello como una cena, dijo Domingo. El anfitrión le pregunta a la gente a traer muchos tipos de platos. De esta manera, si una sola persona llega tarde o se quema un pastel, un solo artículo que falta del won & rsquo; t arruinar la cena
Para que un virus, una variedad de opciones permiten no sólo para infectar diferentes hospedantes, como chik. y dengue hacer con los seres humanos y los mosquitos, pero también para infectar diferentes tejidos dentro del mismo huésped. Y ldquo; Esta nube de mutaciones hace que sea más fácil para los virus para explorar nuevos tejidos y nuevos huéspedes, & rdquo; dijo Domingo.
En 2005, Vignuzzi estaba estudiando la polio, otro virus de ARN, como investigador en el laboratorio del virólogo Raul Andino de la Universidad de California, San Francisco. infecciones de polio tienden a comenzar en el intestino y pasar al cerebro; Vignuzzi quería estudiar el papel que desempeña la diversidad viral en el salto. Comenzó por la ingeniería de un virus de la polio que copiar su genoma con menos errores que de costumbre. El virus puede infectar el cerebro muy bien y mdash; siempre y cuando se inyecta directamente y didn y rsquo; t tiene que viajar para llegar allí. Pero sin un enjambre de la diversidad, el virus couldn y rsquo; t se mueven desde el intestino al cerebro
A continuación, Vignuzzi y sus colegas utilizaron productos químicos para inducir mutaciones en el virus de la polio, agrandando el tamaño de la nube mutante.. La poliomielitis viajó desde el intestino y en el cerebro, que posteriormente infectó bastante bien. El virus necesita un gran enjambre con el fin de hacer su trabajo
& ldquo;. Esta fue la primera vez pudimos controlar el número de mutaciones y ver si el enjambre mutante era biológicamente relevante o simplemente un accidente, y rdquo; dijo Vignuzzi. Y ldquo; Y encontramos que cuando se tiene un enjambre más restringido, se puede y rsquo; t adaptarse lo mejor y rdquo;.
Por otro lado, también muchos mutantes aren y rsquo; t bueno para un enjambre viral tampoco. Domingo y Vignuzzi señalaron que el popular medicamento antiviral ribavirina empuja virus para desarrollar un enjambre que es tan grande y tan lleno de mutaciones que el potluck viral resultante dónde están los componentes vitales. Y ldquo; Los virus tienen que optimizar el tamaño del enjambre tener suficientes mutantes que se puede adaptar a las nuevas condiciones, pero sin hacer demasiados errores, que luego matar a su población, & rdquo; dijo Vignuzzi.
variantes virales también permiten los virus evolucionan y se propagan a nuevas especies. En 2009, un brote de rabia en zorros grises en el condado de Humboldt, al norte de San Francisco, se remonta a skunk virus que había saltado a los zorros. Para ver este salto cuando puede haber ocurrido, Mónica Borucki, virólogo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, utiliza avanzados de próxima generación secuenciación genética para examinar los enjambres de virus de animales infectados con rabia va todo el camino de vuelta a 1995. Este tipo de secuenciación profunda permite buscar los investigadores de variantes menores en un virus que puede adquirir mutaciones y, finalmente, tomar el relevo. Y, en efecto, Borucki encontraron trazas genéticas del virus del brote, incluso en las primeras muestras.
Los resultados, publicados en
PLOS Enfermedades Tropicales Desatendidas
en 2013, mostraron que las variantes virales raras en un individuo proporcionan embalses cruciales de la diversidad genética que pueden ayudar a un virus saltar especies y evolucionar. También ofreció algunas de las primeras pistas que podrían ayudar a los científicos comienzan a predecir lo que podría suceder en el futuro, si pudieran deconstruir el enjambre viral
Una mutación, y una enorme jumpHalf un mundo lejos de Borucki y rsquo.; s laboratorio de California, Vignuzzi había vuelto su atención a chikungunya, que había ganado el interés popular y científica después de un brote de la Reunión, una isla francesa frente a la costa este de Madagascar, enfermó a más de un tercio de la población. Chikungunya se encuentra con frecuencia en la costa este de África, donde se transmite por
Aedes aegypti
mosquitos, pero Reunión tenido muy pocos de estos mosquitos. En cambio, la isla tenía una especie estrechamente relacionados conocidos como el mosquito tigre asiático (
Aedes albopictus
). Chik didn y rsquo; t normalmente les va muy bien en mosquitos tigre asiáticos, pero en la Reunión, el virus parecía ser próspera. Los investigadores finalmente se dieron cuenta de que una sola mutación en una de las proteínas que cubren el virus se chik de forzar la cerradura de las células de mosquito tigre asiático y entrar con mucha más facilidad.
Cuando los investigadores compararon la cepa original, de Kenia, a la reunión de uno, encontraron que la cepa de la reunión fue de 40 a 100 veces más adecuado para el mosquito tigre asiático y mdash; un salto increíble para una sola mutación. Los trabajos posteriores revelaron que las mutaciones similares habían ocurrido al menos tres veces más que el brote chik extendido en todos los países a lo largo del Océano Índico
.
Desde esta mutación era tan simple y tan ventajosa, Vignuzzi decidió ver si podía volver a ocurrir en el laboratorio mientras observaba. Si lo hiciera, sería proporcionar algunas de las primeras evidencias de que los investigadores pudieron ver un enjambre viral, ya que adapta, y tal vez incluso predecir su futuro. Tomó la cepa original de Chikungunya que circula en Kenia y se infectó un grupo de mosquitos tigre asiáticos con él.
Al igual que la polio, chik se mueve de un lugar a otro en el cuerpo. Se inicia la replicación en el mosquito y rsquo;. S intestino medio antes de hacer su camino a las glándulas salivales y luego en la saliva, un proceso que toma alrededor de una semana
En el séptimo día de este proceso, Vignuzzi y su postdoc Kenneth Stapleford diseccionó los mosquitos, la extracción de virus desde el intestino medio, las glándulas salivales y la saliva, y la secuenciación de los virus que se encuentran en cada muestra. En el intestino medio, encontraron muchas mutaciones al azar, pero hay una única mutación apareció en más de un mosquito. La saliva, sin embargo, contó una historia diferente. La saliva en tres de cuatro mosquitos contenía el mutante Reunión. En una de ellas, el mutante Reunión compone el 99 por ciento de la población total de virus
& ldquo;. Hemos sido capaces de crear, dentro de los siete días, la aparición en el enjambre de una cepa epidémica, que tuvo por lo menos varios años que se produzca en la naturaleza, y rdquo; dijo Vignuzzi
El virus didn y rsquo;. t dejan de desarrollarse en Reunión. Un brote de continuar significaba la posibilidad permanente de evolucionar más. La primera mutación había aparecido tan rápidamente en el laboratorio que Vignuzzi y Stapleford comenzaron a preguntarse si podían predecir más cambios en el virus. Así repitieron sus experimentos, pero esta vez comenzaron mediante la infección de los mosquitos con la cepa de la reunión. Dejaron que el virus se filtre en los mosquitos durante 10 días, para darle más tiempo para adquirir nuevas mutaciones. Una vez más se secuenciaron los virus que se encuentran en los diversos tejidos de mosquitos, e identificaron dos nuevos mutantes, tanto con mutaciones en la misma proteína de la cubierta lock-picking como el mutante de la reunión original, los resultados que publicaron el año pasado en
Host celular y Microbio
. El trabajo en curso, que Vignuzzi presentado en la reunión de microbiología en junio, ha consistido en el seguimiento de cómo se seleccionaron estas mutaciones en ratones, un sustituto de los seres humanos Chik-infectados.
Una nueva medida del concepto enjambre fitnessThe está obligando a algunos los científicos a reconsiderar algunos de los principios básicos de la genética de poblaciones. Por lo general, el estado físico de un virus se mide por el número de copias de sí mismo que puede hacer frente a otro virus, según Andino. Pero, dijo, que doesn y rsquo; t capturar la imagen completa. Virólogos como Andino y Domingo argumentan que la aptitud evolutiva de un virus debe incluir su capacidad para mutar. Y ldquo; Si una infección es un proceso de adaptación, un virus más en forma es más capaces de adaptarse, y rdquo; dijo Andino
Además, puede rsquo;. t medir la capacidad de un solo virus. Desde variantes de virus individuales pueden cooperar e interactuar, intercambiar fácilmente las proteínas en su producto final, la evolución unidad más pequeña puede seleccionar es el enjambre en sí. Sólo teniendo en cuenta toda la nube mutante del virus pueden los científicos esperan entender cómo se comportan y lo que podrían hacer en el futuro
& ldquo;. Si uno mira hacia atrás en todos los virus en muestras históricas, se puede ver cómo se cambió para llegar a donde está hoy, que también se puede utilizar para, por ejemplo, predecir un nuevo huésped, y rdquo; dijo Borucki
Como Vignuzzi continúa trabajando en la identificación de Chik y rsquo;. s siguientes mutaciones, la imprevisibilidad inherente de comportamiento viral ha quedado claro. Nadie se sorprendió cuando chik llegó a las Américas. Lo que fue inesperado fue la cepa viral que llegó. Y ldquo; Todo el mundo pensaba que iba a ser la cepa Reunión que llegó a las Américas, y rdquo; dijo Scott Weaver, un virólogo de la Universidad de Texas Medical Branch.
En su lugar, se trataba de una cepa asiática del chik que habían estado circulando en niveles bajos durante décadas, produciendo sus propios enjambres mutantes. La cepa de la reunión continúa circulando, pero con un millones de personas infectadas en las Américas y millones más en riesgo, la urgencia de entender chik se ha desplazado a la cepa asiática. Vignuzzi y Stapleford han comenzado sus experimentos de mosquitos de nuevo para tratar de predecir lo chik podría hacer en América Central y del Sur, como el enjambre continúa su inexorable evolución.
Reproducido con permiso del
Quanta revista
, una publicación con independencia editorial de la Red
Simons Fundación
, cuya misión es mejorar la comprensión pública de la ciencia, cubriendo la evolución y las tendencias de la investigación en las matemáticas y las ciencias físicas y biológicas.