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Ingeniería genética natural: mega-virus han modificado hasta el 10% del genoma de algas comunes

Volvox, un género polifilético de algas verdes clorofíticas o fitoplancton.

Con el descubrimiento de virus grandes que se pueden ver con un microscopio estándar, otro estudio muestra que estos enormes parásitos inyectan una variedad de sus genes en el genoma de su anfitrión, como algas comunes según un nuevo estudio. Dos algas incluso tenían los genomas completos de dos virus gigantes en su ADN; en un caso, representaban el 10% del recuento total de genes de las algas.

Science / 18 de noviembre, 2020.- En 2003, los científicos descubrieron algo enorme, literalmente, en el mundo de los virus: virus tan grandes que podían verse con un microscopio estándar. Estos parásitos masivos se consideraban raros en ese momento, pero desde entonces han demostrado ser más comunes de lo que nadie esperaba. Ahora, los investigadores han encontrado genomas completos de virus gigantes incrustados en los genomas de varias algas comunes. El hallazgo sugiere que este extraño grupo viral es incluso más prolífico y potencialmente influyente de lo que pensaban los científicos.

«La gran cantidad de ADN y la diversidad de genes que aportan estos virus a sus huéspedes es asombrosa», dice Cedric Feschotte, biólogo genómico de la Universidad de Cornell que no participó en el trabajo. Esta «gran inyección de material genético» podría influir en todo, desde el metabolismo del huésped hasta su propia supervivencia.

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Los virus típicos no tienen suficientes genes para vivir por sí mismos. En cambio, deben depender de la maquinaria de sus anfitriones, ya sean bacterias, células humanas u otros organismos. Los virus se reproducen haciendo que el anfitrión replique su material genético y produzca las proteínas necesarias para las copias de sí mismos. Así que fue sorprendente a principios de este año cuando los investigadores descubrieron que los virus gigantes contienen genes que no parecen necesitar, es decir, tramos de ADN importantes para el metabolismo celular, pero no viral.

En el Instituto Politécnico y la Universidad Estatal de Virginia, el microbiólogo Frank Aylward y su postdoctorado Mohammad Moniruzzaman dieron seguimiento a este misterio haciendo coincidir los genes encontrados en el ADN del virus gigante con los documentados previamente en otros genomas. Las coincidencias virales “seguían apareciendo en los genomas de las algas”, recuerda Aylward. Así que el dúo y sus colegas examinaron sistemáticamente los genomas que representan todo el ADN secuenciado del grupo de algas llamadas clorofitas. Un virus gigante completo estaba genéticamente presente en el ADN de una docena de estas especies, informa el equipo hoy en Nature.

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En total, los virus agregaron entre 78 y 1782 genes a las algas. Dos algas incluso tenían los genomas completos de dos virus gigantes en su ADN; en un caso, representaban el 10% del recuento total de genes de las algas.

No está claro por qué estos virus introducen su ADN en el genoma de su anfitrión, en lugar de simplemente replicarse dentro de la célula. Puede ser una forma de que el virus se asegure de que su material genético se transmita de generación en generación. El VIH y otros virus también integran sus genes en el ADN humano, una de las razones por las que son difíciles de eliminar por el sistema inmunológico o los medicamentos.

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Algunos de estos virus gigantes probablemente han sido parte de las algas durante mucho tiempo, encontraron los investigadores, quizás millones de años. De hecho, parte del ADN viral ha adquirido ADN no codificante llamado intrones dentro de sus genes. Y algunos de sus genes ahora están duplicados o faltan, cambios que es poco probable que ocurran en virus que simplemente flotan dentro de las células de las algas.

“Presentan un caso sólido de que las secuencias virales que identificaron son, con toda probabilidad, parte de los genomas de sus huéspedes”, dice Matthias Fischer, virólogo ambiental del Instituto Max Planck de Investigación Médica.

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«Me sorprende que un virus tan gigante [su incorporación] pueda ocurrir y esté muy extendido», agrega Chuan Ku, microbiólogo del Instituto de Biología Vegetal y Microbiana. Ku, quien ha desentrañado el ciclo de vida de un virus gigante que infecta una pequeña alga llamada Emiliania huxleyi, dice: «Sería interesante investigar si tal [incorporación] tiene efectos duraderos en la evolución del genoma [del huésped]».

El ADN viral presente en las algas puede incluso incluir genes secuestrados de otras algas. Por lo tanto, los virus gigantes pueden ser una forma de transferir genes entre especies, dice Andrew Roger, biólogo evolutivo de la Universidad de Dalhousie. Todo este nuevo ADN puede permitir que el genoma huésped asuma nuevas funciones que mejoren la capacidad del alga para sobrevivir y puede haber dado forma a la diversidad y distribución del grupo, dice.

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“Estas interacciones se han producido desde los orígenes de la vida”, añade Fischer. «Y continúan desempeñando un papel importante en la evolución celular».

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