Cómo los virus impulsaron el desarrollo de las Ciencias Genómicas

La humanidad ha enfrentado numerosas y largas pandemias, extremadamente letales e imposibles de controlar. La mortífera gripe española surgida a fines de la primera Guerra Mundial mató a más de 40 millones de personas en todo el mundo entre 1918 y 1920.

Cien años después estamos enfrentando la pandemia COVID-19, pero con un panorama científico muy distinto.

El 11 de marzo de 2020, la Organización Mundial de la Salud (OMS) reconoció que la enfermedad era ocasionada por el coronavirus SARS-CoV-2. Después de 16 meses de pandemia, han muerto más de 4 millones de personas en todo el mundo.

La respuesta de la comunidad científica internacional para contender con el virus SARS-COV-2 fue inmediata, logró identificarlo en pocos días y en menos de un año tener listas seis diferentes vacunas.

Esto no hubiera sido posible sin el desarrollo actual de las Ciencias Genómicas, un conjunto de disciplinas científicas dedicadas a descifrar la información genética, no solo de los virus, sino de todos los seres vivos.

Aunque las pandemias han generado un sentimiento de odio hacia los virus, por paradójico que parezca, los virus han sido fundamentales para el desarrollo de este campo de la ciencia.

1884. El filtro Pasteur-Chamberland separa dos mundos microbianos

La filtración es un método para separar de un líquido las partículas no solubles contenidas en él. Charles E. Chamberland, asistente de Louis Pasteur, inventó un sistema de filtración basado en cerámica, con el cual lograron separar, las bacterias propagadas en caldos de cultivo.

Debido a su tamaño, las bacterias no podían pasar a través del filtro, permanecían retenidas en él y podían recuperarse para su estudio. En tanto que el caldo de cultivo, pasaba a través de los poros del filtro y era recuperado sin bacterias.

Los científicos, Dimitri Ivanovsky, de origen ruso, y el holandés Martinus Beijerinck descubrieron que la enfermedad de plantas de tabaco era causada por partículas infecciosas más pequeñas que las bacterias, las cuales no eran retenidas por los filtros de Pasteur. 

Esta técnica de filtración, simple en su diseño, pero de una gran complejidad conceptual, condujo al descubrimiento de los virus y las toxinas. Debido a su tamaño 100 a 500 veces menor al de una bacteria, los virus no podían ser observados con los microscopios existentes en esa época.

1915. Descubrimiento de los bacteriófagos

El médico inglés Frederick W. Twort descubrió un ente filtrable con la capacidad de matar bacterias y ser transmitido a cultivos bacterianos frescos. Dos años más tarde, el médico francés Félix d’Herelle publicó sus observaciones sobre un agente que mataba a la bacteria que producía la disentería, presentes en muestras de pacientes recuperados de la enfermedad, pero no en muestras de pacientes en estado agudo de disentería. Denominó a este microbio invisible “bacteriófago”, que significa come bacterias.

1940. El grupo de los fagos (bacteriófagos) revolucionan el conocimiento científico

Alfred D. Hershey, Max Delbrück y Salvador Luria formaron una red de eminentes investigadores centrados en descubrir la molécula responsable de la herencia utilizando a los bacteriófagos como modelo.

1940. Inicio de la microscopía de los virus

Las primeras imágenes de bacteriófagos de la familia T y las bacterias infectadas fueron publicadas en 1940 por H. Ruska, E. Pfankuch y G. A. Kausche, con el primer microscopio electrónico de transmisión que logró un aumento de 14,000 veces.

1952. Se identifica el material genético de los virus

Alfred Hershey y su asistente Martha Chase demostraron que el material que permite la reproducción de los bacteriófagos estaba constituido de ADN mientras que Heinz Fraenkel-Conrat y Robley Williams demostraron que el genoma del virus del mosaico del tabaco estaba constituido por ARN.

1975. Auge de la secuenciación de ácidos nucleicos

De 1965 a 1975, el distinguido bioquímico británico Frederick Sanger y sus colaboradores perfeccionaron de manera paulatina las técnicas existentes, logrando secuenciar genomas más grandes cada vez. Con estas técnicas obtuvieron la secuencia completa del genoma del bacteriófago phi X174, constituido por una sola cadena de ADN de 5,375 nucleótidos. Posteriormente reportaron la secuencia completa de dos genomas de doble cadena de ADN el del fago lambda y del fago T7 de 48,502 y 38,936 nucleótidos respectivamente.

Los coronavirus y las Ciencias Genómicas

El desarrollo de una ciencia de vanguardia con alto impacto social como la Genómica, es el resultado de muchos años de investigación de diferentes áreas del conocimiento, aparentemente sin ninguna relación, qué al encontrar momentos de convergencia, aceleran la generación del conocimiento necesario para impulsar el desarrollo tecnológico y encontrar soluciones a los problemas que aquejan a la humanidad. 

1965. Descubrimiento del primer coronavirus humano

En la primera unidad de investigación de enfermedades respiratorias creada por el gobierno británico para disminuir complicaciones fatales de infecciones respiratorias, el virólogo David Tyrrel analizó los lavados nasales de pacientes con resfriado común. De manera inexplicable, en algunas muestras de pacientes enfermos, el agente causal no era alguno de los virus descritos a la fecha. El nuevo virus era sensible a éter, indicativo de la presencia de una cubierta de lípidos.

1967. Primera micrografía electrónica de un coronavirus humano

La viróloga escocesa June Almeida obtuvo la primera imagen por microscopía electrónica de estos misteriosos virus, en la cual se aprecia que de la superficie viral emergen numerosos filamentos que dan la apariencia de una corona.

2002. Primer brote epidémico por coronavirus en China

En la provincia de Guangdong, en China, inició un brote de SARS que produjo neumonía en los trabajadores de un restorán de comida exótica que manejaban mamíferos silvestres. Científicos chinos se dedicaron a investigar la presencia del coronavirus SARS-CoV en los mercados de animales silvestres en diferentes provincias chinas. Los datos obtenidos sugerían la transmisión del coronavirus entre especies silvestres y el humano.

Año 2005. Se propone a los murciélagos como reservorio natural del SARS-CoV

Por estudios previos, se sabe que los murciélagos albergan una gran diversidad de virus. Gracias a los avances en las tecnologías de secuenciación masiva de ácidos nucleicos y el desarrollo de pruebas de identificación de virus basadas en la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), un grupo de científicos encontró el virus SARS-CoV en poblaciones de murciélagos que habitan numerosas provincias de China y ciudades del sudeste asiático, África y Europa.

2020. Se publica el genoma del virus SARS-CoV-2

La secuencia completa del genoma del coronavirus SARS-CoV-2, que dio origen a la pandemia de COVID-19, se obtuvo 15 días después de ser tomada la muestra de un paciente con neumonía atípica en Wuhan.

Está constituido por una sola molécula de RNA de 29,903 nucleótidos que codifica para 50 proteínas de tres categorías funcionales: no estructurales, estructurales y de función accesoria.

La proteína estructural S, denominada espícula, conecta el virus con el receptor de las células humanas de pulmón, intestino, corazón y riñones.

La secuencia completa del genoma del virus SARS-CoV-2 facilitó tanto el diseño de pruebas basadas en la tecnología de PCR para la detección temprana de personas infectadas, como el diseño de las diferentes vacunas.

La vigilancia genómica del SARS-CoV-2 también resulta crucial en la identificación de mutaciones que den origen a variantes o cepas más agresivas.

Literatura consultada

Cui, J., Li, F., & Shi, Z. L. (2019). Origin and evolution of pathogenic coronaviruses. In Nature Reviews Microbiology (Vol. 17, Issue 3, pp. 181–192). Nature Publishing Group. https://doi.org/10.1038/s41579-018-0118-9

COVID-19 Dashboard by the Center for Systems Science and Engineering (CSSE) at Johns Hopkins University (JHU) Coronavirus COVID-19 (2019-nCoV) (arcgis.com)

Hatfull, G. F. (2008). Bacteriophage genomics. In Current Opinion in Microbiology (Vol. 11, Issue 5, pp. 447–453). https://doi.org/10.1016/j.mib.2008.09.004

Chen, Y., Liu, Q., & Guo, D. (2020). Emerging coronaviruses: Genome structure, replication, and pathogenesis. In Journal of Medical Virology (Vol. 92, Issue 4, pp. 418–423). John Wiley and Sons Inc. https://doi.org/10.1002/jmv.25681

Pané, G. H. Grandes pandemias de la historia. Historia National Geographic. Mayo 2020. https://historia.nationalgeographic.com.es/a/grandes-pandemias-historia_15178

Oldstone, M. B. A. (2019). History of virology. In Encyclopedia of Microbiology (pp. 608–612). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.00078-7

---------

*Doctor en Investigación Biomédica Básica. Posdoctorado en Microbiología en la Universidad de Calgary en Canadá. Especialista en Genética, Genómica y Fisiología Bacteriana. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores nivel I

¡Publica con nosotros!

Tus ideas en línea es un espacio de Ciencia UNAM abierto a la participación de estudiantes, investigadores, profesores y profesionales creativos interesados en compartir sus productos para la divulgación de la ciencia.