martes, 17 de abril de 2012

ROL DE LOS VIRUS EN LA EVOLUCIÓN HUMANA Linda M. Van Blerkom 2003

ROL DE LOS VIRUS EN LA EVOLUCIÓN HUMANA 
Linda M. Van Blerkom

(TRADUCCIÓN:  Christian Vergara vergaster@gmail.com )

ROLE OF VIRUSES IN HUMAN EVOLUTION
YEARBOOK OF PHYSICAL ANTHROPOLOGY 46:14 – 46 (2003)
© 2003 WILEY-LISS, INC.

Linda M. Van Blerkom
Department of Anthropology, Drew University, Madison, New Jersey 07940
KEY WORDS infectious disease; hominids; paleoepidemiology.

Resumen
El estudio de genética viral molecular ha producido una gama considerable de investigación en las secuencias y relaciones filogenéticas de virus humanos y animales. Una revisión de esta literatura sugiere que los humanos han sido afectados por virus a través de su historia evolutiva, aunque el  número y tipos han cambiado. Algunos virus muestran evidencia de una larga y emparentada relación y coespeciación con homínidos, mientras otros más recientes son adquiridos de otra especie, incluyendo monos africanos y simios mientras nuestra línea evolucionaba en aquel continente, por animales domesticados y roedores desde el Neolítico. La selección viral para polimorfismos de resistencia específicos es improbable, pero en conjunto con otros parásitos, los virus probablemente han contribuido a la presión de selección plural de mantenimiento del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC)  y a una fuerte respuesta inmune.
Ellos también pueden haber desempeñado un papel en la pérdida en nuestro linaje del ácido N-glicolilneuraminico (Neu5Gc), un receptor celular superficial para muchos agentes infecciosos. Los virus compartidos podrían haber afectado la diversidad de especies de homínidos tanto por promover la divergencia, como también por la erradicación de poblaciones hospederas menos resistentes, mientras los virus llevados por humanos y otros animales que emigran de África pudo haber contribuido a declinar en otras poblaciones. Inserciones endógenas retrovirales desde la divergencia entre humanos y chimpancés eran capaces de afectar directamente la evolución del homínido por cambios de la expresión y desarrollo de genes. Yrbk Phys Anthropol 46:14 - 46, 2003. © 2003 Wiley-Liss, In.

Glosario
Estrategia aguda vida: Una estrategia (similar a la selección-r) en el cual un virus incrementa su fitness aumentando su tasa reproductiva (crías producidas por generación paternal). A menudo asociado con enfermedades, es característico de los virus con altas tasas de mutación y la capacidad de infectar múltiples especies hospederas. La transmisión viral tiende a ser horizontal y es más dependiente de la estructura y densidad de población hospedera que los virus usan una estrategia de vida persistente (Villarreal et al., 2000).

 Competencia aparente: El proceso por el cual compartir un enemigo común (un depredador o patógeno) puede conducir a consecuencias similares que aquellas interespecies más convencionales que compiten por recursos limitados. (Holt y Lawton, 1994).
Coevolución: Cambio recíproco evolutivo de especias interactuantes (p.ej., hospedero/parásito, depredador/presa, planta/herbívoro, o mutualismo), con cambios en las dos especie causada por presión mutua selectiva.
Coespeciacion: Especiación paralela de dos organismos con una asociación ecológica cercana (p.ej., hospedero y  parásito), tal que los cladogramas de ambos son congruentes.
Retrovirus endógenos: Secuencias de ADN, relacionadas con aquellos retrovirus infecciosos, que son integrados dentro del genoma del huésped y han perdido la capacidad de causar infección activa; se piensa que son los remanentes infectivas de células germen antiguas, ellas han proliferado y evolucionado por retrotransposición.
Umbral de catástrofe de error: El nivel fidedigno de copiado critico bajo el cual (p. ej., la tasa sobre substitución de base) la información viral genética no puede ser más mantenido y las secuencias de nucleótidos llegarían a ser aleatorias (Domingo and Holanda, 1994).
Captura génica: De Novo (una nueva) adquisición génica vía recombinación de un genoma viral  del hospedero u otro virus.
Evolución unida al huésped: Una forma de coespeciacion, en el cual virus bien adaptados viven en un solo hospedero, por medio de una asociación antigua entre ellos, han divergido y especializado con el tiempo con sus hospederos. El aislamiento de poblaciones de virus y la presión de selección ejercida por el huésped son factores importantes en este proceso, que causa una correlación entre el virus y la filogenia del hospedero (Chan et al., 1997).
Hiperenfermedad: Una enfermedad sumamente mortal introducida a una región por una especie transportadora que es relativamente inocua para esta; al mismo tiempo, es capaz de infectar una variedad de otras especie con altos índices de mortalidad y tiene el potencial de causar su extinción (MacPhee y Marx, 1997).
 Evolución modular: Adquisición de nuevos genes activos por una recombinación especifica de secuencias de ácidos nucleicos o dominios funcionales dentro de los genes; común en evolución viral, con recombinación que ocurre tanto entre como dentro de la taxonomía viral.
Competición parasito-mediada: Una forma de competición evidente, por la cual compartir un patógeno por dos especies puede causar la disminución de la población, incluso extinción, de uno de los hospederos, aún en ausencia del recurso de competición (Holt y Pickering, 1985).
Estrategia de vida persistente: Una estrategia en la cual un virus aumenta su fitness incrementando el tiempo de supervivencia de su descendiente, así mejorando la persistencia en un huésped individual y la probabilidad de transmitirla con el tiempo. La característica de los virus genéticamente estables que muestran coespeciacion con sus huéspedes, esta estrategia a menudo es asociada con transmisión vertical o sexual. Infección latente, con la capacidad de reactivar al virus, es un resultado frecuente (Villarreal et al., 2000).
Cuasiespecie: Una población de virus de estrecha relación pero de distintas variantes genéticas que son resultado de un proceso de réplica en posición errónea (típico de virus de ARN, en particular); una población autónoma de secuencias que se reproducen imperfectamente, pero bastante bien para conservar una identidad colectiva con el tiempo, pero que también contienen el potencial para producir cadenas más virulentas (Eigen, 1993).
Zoonosis: Una infección o enfermedad infecciosa transmisible en condiciones naturales por otros animales vertebrados a humanos; la mayoría de las zoonosis son infecciones sin salida con poca o nula transmisión entre hospederos humanos.
Introducción

El estudio de evolución humana se ha concentrado en los humanos y sus antepasados homínidos (1), sin tanta atención a otros organismos que también evolucionaron en el mismo medioambiente. Pero una población constantemente debe interactuar y adaptarse a estos otros organismos si debe sobrevivir y reproducirse. Especies alimentarias, depredadores, y agentes de enfermedades infecciosas han desempeñado un papel en la evolución humana, y entre los últimos, los virus fueron probablemente en particular importantes.
Como significantes causas de morbilidad y mortalidad, y en su capacidad para actuar como "parásitos moleculares genéticos " (Luria, 1959), los virus están en una posición fuerte para influenciar la evolución de sus hospederos (May, 1995; Villarreal, 1999; Balter, 2000). Mientras esto es bien reconocido en los estudios de la evolución de otro organismo (sobre todo plantas, p.ej., Thompson y Burdon, 1992; Simms, 1996), el impacto de enfermedad infecciosa sobre la evolución humana no ha recibido la atención que esto merece (Swedlund, 2000). Incluso parásitos virales probablemente han jugado un papel importante en la evolución humana (de Souza Leal y Zanotto, 2000). El objetivo de este paper es de repasar el reciente trabajo en la genética molecular de virus humanos y evaluar el grado el cual los virus eran parásitos importantes de antiguos homínidos (y así en una posición para haber afectado la evolución humana antes del Neolítico). Esto también especula sobre los roles que ellos pueden haber tenido.
Haldane (1949) estaba entre los primeros en sugerir que la lucha contra las enfermedades infecciosas fue un proceso evolutivo importante, y él describió algunos efectos posibles. Una enfermedad que mata o baja la fertilidad es un probable agente selectivo. Esto puede ser una ventaja o una desventaja para las especies en la competición con otros, aun contribuyendo a la extinción.
La mayor parte de las especies contienen una considerable diversidad genética en su resistencia contra enfermedades, y considerando la velocidad la cual nuevos patógenos evolucionan (en general mucho más rápido que el hospedero), está en lo mejor de los intereses del hospedero en ser genéticamente diverso y altamente mutable en los loci afectados con resistencia a las enfermedades. En la vista de Haldane (1949), la enfermedad aún puede favorecer la especiación, en acoplar esta diversidad y mutabilidad con aislamiento geográfico. Además, las exigencias de transmisión pueden haber contribuido al tamaño y estructura y comportamiento de la población de los hospederos, como la reacción negativa a olores fecales.
Como la comunidad científica se hizo más consciente de la "sorprendente diversidad bioquímica" (Haldane, 1949, p. 329) en prácticamente cada animal investigado, genetistas procuraron explicarlo. Estimaciones de la proporción de loci polimorfos en un rango entre 20 -  40 % en vertebrados y aproximadamente el 30 % en humanos (Selander et al., 1970). Unos sugirieron que las interacciones entre parásitos y hospederos jugaron un papel importante en mantener este grado de polimorfismo (Clarke, 1976). Hamilton et al. (1990) sugirió que la necesidad de diversidad genética en " una carrera armamentista parasito-hospedero" incluso contribuyó a la evolución de reproducción sexual. Ahora sabemos que este nivel de polimorfismo (el 30 %) es probablemente una subestimación, basado en el muestreo incompleto de extrañas mutaciones.
Dadas las frecuencias del polimorfismo del ADN (aproximadamente uno en cada 500 nucleótidos), casi todos los genes pueden ser polimorfos (Cavalli-Sforza et al., 1994). Se estima que el genoma humano ahora contiene entre dos y tres millones de polimorfos de  nucleótido simple (SNPs), e incluso cuando menos del 1 % es estimado en causante de la variación en proteínas, esto todavía deja bastante para implicar mucho más del 30 % de los 20,000 a 30,000 genes humanos estimados (International Human Genome Sequencing Consortium, 2003; Venter et al., 2003).
La presión inducida por enfermedad selectiva es ahora considerada una razón probable del asombroso grado  de polimorfismo del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC), que codifica para las membranas glicoproteicas [también conocidas como antígenos leucocitarios humanos (HLA) en personas] que juegan un papel importante en el sistema inmunológico por unir los fragmentos de origen infeccioso y presentándolos a Células T (Zinkernagel et al., 1985; Howard, 1991). La importancia de mantener esta primera línea de defensa contra la invasión patógena es acentuado por el descubrimiento de que algunos alelos en el sistema MHC precede la divergencia entre chimpancés y humanos, y han sido transmitido por especiación en forma de cuello de botella vía  “selección trans-especies” (Takahata, 1990).
---------------------------------------------
(1)Este paper usa la nomenclatura tradicional taxonómica, por la cual el término "homínido" se refiere a humanos y a sus parientes bípedos, mientras los simios y humanos son incluidos los hominoides.


                                                               TABLA 1. FAMILIA DE VIRUS ANIMALES
­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­          Familia                                                      Descripción                                              Evolución

Adenoviridae                Virus DNA de medio tamaño que causa infecciones                                                Evolucionado junto a animales de sangre                   
                                                 respiratorias y entéricas en aves y mamíferos; numerosos                caliente; subtipos divergieron durante la
                                                 subtipos en humanos y otros primates                                                     evolución de primates (Song et. al., 1996).

Arenaviridae                  Virus RNA, la mayoría zoonoticos y permanecen en roedores;                        Co-evolución a largo plazo con roedores
                                                 se diseminan vía contacto con secreciones de roedores            hospederos; improbable que se hayan
                                                 infectados, p.ej., fiebre Lassa y virus de coriomeningitis             encontrado antes de la agricultura y en casas
                                                 linfocítica.                                                                                                                      permanentes (Bowen et al., 1997).

Astroviridae                   Virus RNA con distribución mundial en humanos y otros                    No se sabe mucho de estos todavía.
                                                 animales; transportado en agua y alimento; causa importante
                                                 de enfermedades diarreicas en países en desarrollo.

Bunyaviridae                 Entre los RNA virus más grandes, son zoonoticos y emergentes;      Originado en insectos y coevolucionó con ellos;
                                                 la mayoría son transportados por artrópodos (p.ej., fiebre del                      la filogenia del hantavirus muestra coevolución
                                                 Valle del Rift, encefalitis de California, fiebre hemorrágica de                     con roedores y cambios de hospederos (Zhao                                 Crimea-Congo), exceptuando el hantavirus.                                      y Hay, 1997; Vapalahti et al., 1999).     

Caliciviridae                   Virus RNA con distribución mundial en humanos y otros           Secuencias muestran similitudes geográficas
                                               vertebrados;  causa común de diarrea en niños, transmitido        que transcienden relaciones con el hospedero;
                                               por agua o alimentos contaminados o mariscos no cocidos.         fácilmente movilizado entre barreras de especies;
estas pasaron atrás y adelante entre humanos y animales domésticos. (van der Poel et al., 2000).

Coronavirus                    Virus RNA más grandes, infectando humanos, ganado, cerdos,        El flujo antigénico y recombinación produce
                                           roedores, gatos, perros, y pollos; causa común de resfriado en               constantemente nuevas cadenas; esparcimiento
                                               humanos y una variedad de condiciones en otros animales,            entre interespecies conlleva a evoluciones
                                               primariamente entérico y respiratorio; partículas de CV se    episódicas (Lai, 1995).
                                               encuentran en fecas de chimpancés adultos, macacos, babuinos,
                                               y monos tití.                                                                                                                                                                                                                                    
Filoviridae                                              Virus RNA que infecta solo vertebrados, contiene dos especies                     Dos especies estimadas en haber divergido                                 (Ebola y Marburg) que causa enfermedad aguda fatal en              7-8 kya, y subtipos de Ebola diversificados 1-2
humanos y otros primates; se desconocen los reservorios.        Kya (Suzuki y Gojobori, 1997)

Flaviridae                       Virus RNA, incluyendo numerosos arbovirus (ej.: fiebre              Virus llevados por mosquitos originados en
                                               amarilla, dengue, West Nile, encefalitis por garrapatas, diarrea     África, han afectado primates por mucho tiempo  
                                               bovina, cólera del cerdo y virus tipo hepatitis C (HCV, GBV-A                        también como la presencia de HCV, solo infecta
 y C); virus GB ampliamente distribuido en simios.                                                humanos; virus GB muestra coespeciacion con
                                                                                                                                             primates; virus GB-V tienen una antigua
                                                                                                                                             asociación con humanos (Gaunt et al., 2001;
                                                                                                                                             Robertson, 2001)

Hepadnaviridae           Virus de hepatitis B se encuentran en primates, roedores       Puede tener coespeciacion con primates
                                               del nuevo mundo, y aves, entre los virus más pequeños;          cadenas humanas resultan de antiguas
                                               contiene ADN doble hebra circular replicado vía ARN                                         transmisiones entre interespecies en África;
                                               intermediario y transcriptasa reversa.                                                      ahora se encuentra aislado en poblaciones
                                                                                                                                                                                            humanas en ambos hemisferios (Simmonds,
                                                                                                                                                                                            2001).

Herpesviridae               Gran virus ADN, la mayoría de las especies vertebradas              Antigua divergencia de subfamilias con
                                               tienen al menos uno. Tres subfamilias alfa (herpes simplex,    especificidad de tejidos fue adquirida
                                               varicela) beta (citomegalovirus) y gammaherpesvirinae              tempranamente, por lo menos 200 millones
                                               (Eipstein-Barr, sarcoma de Kaposi). Todos contienen muchas  de años, han desde entonces  coevolucionado
                                               cadenas encontradas en otros animales, incluyendo primates.                     en cercana asociación con los hospederos
                                                                                                                                                                                            (McGeoch et al., 2000; McGeoch, 2001)



­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­______________________________________________________________________________________________________________
­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­          Familia                                                      Descripción                                              Evolución

Orthomixoviridae      Subtipos influenza A, B y C, virus RNA con genomas                                              Subtipo A pareciera ser un antiguo parasito
                                               segmentados que rápidamente se reclasifican, produciendo  de aves acuáticas, cadenas de virus aviares están
                                               influenza pandémica A; cadenas A silvestres, mantenidos en  en “estasis evolutiva”, explosión evolutiva
                                               aves hospederas, también infecta cerdos, caballos, y otros      reciente en cerdos y humanos (Webster. 1997)
                                               mamíferos, subtipos B y C solo infecta humanos.

Papoviridae                    Numerosos virus con un pequeño ADN circular y con gran       Las especies de papiloma y tipo de diversidad
                                               distribución, incluye papilomavirus que causa lesiones              sugiere un parasito bien adaptado íntimamente
                                               cutáneas o genitales (ej., verrugas, papiloma genital) y                                      asociado con hospederos por un buen tiempo y
                                               polyomavirus (virus JC y BK, virus simio-40) que infecta             coespeció con ellos; también coevolucionó con
                                               células renales, altamente especie-especifico; todos los           humanos; puede ser usado para rastrear
                                               mamíferos, aves y reptiles bien estudiados llevan VP                                      migraciones (Ong et al., 1993; Van Ranst et al.,
                                           especie-especifico, mayoritariamente infectados por                                1995). Virus JC es un patógeno humano ubicuo                          varios tipos, HPV y JC encontrados en casi toda la población                 cuyos genotipos divergieron cuando se
humana.                                                                                                                         Formaron poblaciones humanas. (Hatwell
                                                                                                                                             y Sharp, 2000).

Paramyxoviridae       Virus RNA que incluye parainfluenza, paperas, morbillivirus    La filogenia del morbillivirus animal concuerda
                                               (ej., sarampión, distemper, peste cristal), y muchos otros virus                   con las especies hospederas, pero los virus
                                               de humanos y otros animales; incluye virus emergentes Nipah                   humanos probablemente resultaron de
                                               y Hendra; transmisión primariamente por  vía área.                                             transmisión interespecie de animales
                                                                                                                                                                                            domésticos (Norrby et al., 1992)

Parvoviridae                  Entre los más pequeños  y simples virus conocidos, con            Muy especie-especifico, evolución viral
                                               genomas de DNA de cadena simple, distribuido en muchos    estrechamente unida con la del hospedero
                                               hospederos  vertebrados e invertebrados; tiende a infectar   (Shadan y Villarreal, 1993), pero sin mucho
                                               rápidamente tejidos en división (generalmente fetal,                                        conocimiento sobre el parvovirus humano.                
                                               epitelio intestinal y medula espinal).

Picornaviridae              Varios géneros  de virus RNA: Aftovirus (fiebre aftosa),                                        Diversos y numerosos virus de simios son todos
                                               Cardiovirus (encefalomiocarditis), Enterovirus (coxsackie,         del Viejo Mundo y son los más parientes 
                                               echo, polio), Hepatovirus (hepatitis A).                                                   cercanos más conocidos de enterovirus                                                                                                                                                                                               humanos; algunos picornavirus pueden estar                                                                                                                                                                                  asociados hace mucho tiempo con humanos                                                                                                                                                                                   (Gromeier et al., 1999).

Poxviridae                                              Genoma DNA, son los virus más grandes y complejos                                          Orígenes de la viruela no son claros, puede ser
                                               Conocidos; subfamilia de vertebrados incluye un gran                                       un antiguo virus homínido (como el molluscum
                                               Numero de poxivirus infectando varios animales (ej., viruela,                       contagiosum) que recientemente llego a ser                                     vaccinia, viruela bovina, viruela del mono, viruela del camello,                más virulento, o tal vez mas evolucionado
                                               Viruela de aves, viruela de cabra y oveja, viruela del cerdo)   recientemente de un virus roedor africano
                                               Mas el virus Molluscum Contagiosum de humanos. Muchos (ej.,     (Fenner et al., 1988; Tucker, 2001).
                                               Viruela bovina, viruela del mono) son mantenidos en
                                               roedores.

Reoviridae                                              Los virus “respiratorio entérico huérfano”, con genoma            Rápida evolución, miembro de varios géneros
                                               RNA de doble cadena, ubicuos en la naturaleza, implicando   la mayoría virus RNA evolucionariamente
                                               amplio tropismo celular, receptores ubicuos infecta                                           divergentes (Duncan, 1999); transmisión
                                               vertebrados (mamíferos, aves, reptiles, peces), invertebrados                      interespecies frecuente y reclasificación de
                                               (insectos, moluscos) y plantas; encontrado en todos los            de genomas segmentados dan diferentes
                                               excepto ballenas; variedades humanas incluye rotavirus,          árboles para diferentes genes y cercana relación
                                               causa común de diarrea severa en todo el mundo; mayor        entre rotavirus humanos y no humanos (Cunliffe
                                               causa de muerte de jóvenes de muchas especies; incluye       et al., 1997).
                                               muchos virus emergentes que causan fiebre hemorrágica,      Gran antigüedad, retrovirus y elementos
                                               encefalitis, fiebre del Colorado por garrapata.                               retroides se encuentran en todos los                                                                                                                                                                                                                    eucariontes;retrovirus infecciosos se encuentran                                                                                                                                                                         solo en vertebrados y pudieron haber                                                                                                                                                                                                  evolucionado de retrotransposones; altas tasas
de mutación, pero también pueden ser muy estables (ej., como un provirus integrado): SIVs
                                                                                                                                                                                            muestran evidencias de coespeciacion con
                                                                                                                                                                                            hospederos, mientras otros son el resultado
                                                                                                                                                                                            de recientes transmisión interespecie (HIV-1
a SIVcpz y HIV-2 a SIVsm); HTLV-I y II de la misma manera con STLVs de macacos asiáticos
y bonobos, respectivamente (Holmes, 2001;
Salemi et al., 2000)

Rhabdoviridae              Virus RNA que incluye el género Lyssavirus (rabia)                         Familia muy antigua, contiene miembros que
                                               y virus de estomatitis vesicular; no hay rhabdovirus                                             infectan animales y otros que infectan plantas,
                                               específicamente humanos, pero la rabia es una de                                               la rabia parece derivar de lyssavirus de
                                               de las zoonosis más peligrosas.                                                                                              murciélagos africanos (Amengual et al., 1997).

Togaviridae                     Virus RNA, la mayoría acarreados por mosquitos y en                                          Evolucionaron de insectos; contienen segmentos
                                               el género Alphavirus, incluyendo un numero de virus                                       de virus de plantas vía recombinación en
                                               zoonoticos mantenidos en roedores y aves reservorios                                      insectos hospederos (Lai, 1995). El origen de
                                               (ej., encefalitis equina del Este y Oeste, virus del Bosque         la rubeola no es conocido.
                                               Semliki); también el género Rubivirus (rubeola), el cual
                                               no es llevado por vector e infecta solo humanos.



Mientras tal selección positiva todavía, como se cree, ha mantenido muchos linajes de MHC alélicos, el compartir polimorfismos MHC por órdenes de mamíferos diferentes incluso algunos de los primates (ej., entre humanos y monos del Nuevo Mundo) puede ser el resultado de evolución convergente (Yeager y Hughes, 1999; Kriener et al., 2000).

Zoologistas ahora reconocen que las enfermedades infecciosas puede mediar una “aparente competición” entre especies y un aumento del peligro de extinción (Hudson y Greenman, 1998; Daszak et al., 2000).
Algunos han sugerido un escenario de “hiperenfermedad”, involucrando infecciones traídas por humanos migrantes o sus perros, para explicar las extinciones megafaunales del Pleistoceno (MacPhee y Marx, 1997).
Aun otra forma en la cual los patógenos pueden afectar la evolución de sus hospederos es a través de interacción directa con el DNA del hospedero. Por virtud de su simplicidad y su necesidad de usar la replicación de las células del hospedero y maquinear la transcripción, los virus actúan como “parásitos genéticos celulares” (Luria, 1959) y puede alterar el genoma del hospedero por medio de mecanismos como la recombinación, retransposición y conversión génica.

No hay comentarios:

Publicar un comentario en la entrada