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VIRUS: LOS "HACKERS" DEL CÓDIGO UNIVERSAL

Vivimos tiempos extraños y complicados: la pandemia generada por la expansión del virus denominado COVID-19 está cambiando nuestra forma de actuar y de pensar, nuestra forma de relacionarnos, nuestra sanidad, nuestra economía, nuestro trabajo, nuestro ocio, nuestra educación, nuestros transportes... ¿Como es posible que una pequeñísima "bolsa de proteínas" miles de veces más pequeña que una bacteria que contiene un minúsculo trozo de ADN pueda producir una cosa así? Una de las claves que explica este hecho es el tipo especial de información contenida en ese minúsculo trozo de ADN, la otra clave hay que buscarla en factores sociológicos, psicológicos y periodísticos pero ese es otro tema y como esto es un blog de ciencia en este artículo solo hablaremos de la primera dejando la segunda para los expertos en comunicación y psicología.

En este artículo veremos a los virus desde una nueva perspectiva, una perspectiva sorprendente que relaciona virus, ADN y evolución con una rama de la ciencia aparentemente diferente: la teoría de la información.


Entendiendo y aceptando lo que somos en realidad


Gran parte de lo que vemos en nuestro mundo macroscópico está determinado por un mundo microscópico invisible. Nosotros mismos, aunque macroscópicamente parezcamos un organismo compuesto de órganos indivisibles en realidad estamos formados por billones de microorganismos, de hecho, somos el resultado de la acción organizada de una inmensa colonia de microorganismos (entender y aceptar este hecho no es nada fácil aunque es una de las cosas más asombrosas e increíbles que un ser humano puede aprender de la naturaleza). Se estima que estamos compuestos de unos 40 billones de microorganismos grandes (que llamamos células) y de unos 40-80 billones de microorganismos mucho más pequeños (bacterias y virus). La esencia de los seres vivos (multicelulares) reside en como se produce esa "acción organizada" de los microorganismos de los que estamos compuestos.


El programa que "dirige" el mundo


Imaginar una gran caja de piezas de lego que contiene 20 tipos diferentes de piezas. Estos 20 tipos de piezas pueden encajarse de forma secuencial para formar piezas más grandes que contienen cientos de estas piezas más pequeñas. Estas piezas más grandes una vez montadas tienen propiedades extraordinarias: al dejarlas libres se pliegan formando una estructura tridimensional. La forma de esta estructura depende totalmente del orden en que se han unido las piezas más pequeñas. Esta forma tridimensional decidirá las características "mecánicas" de estas piezas: dureza, estabilidad, conductividad, movilidad, etc. Ahora imaginar un nanorobot que tiene delante de si miles de piezas pequeñas y que siguiendo un código muy sencillo va ensamblando las piezas al estilo de una cadena de montaje. El código simplemente utiliza cuatro letras: A,G,C,T y sus "palabras" contienen únicamente tres de estas letras. Por tanto hay 64 posibles combinaciones: AAA, AAC, ACC, etc. Cada "palabra" de tres letras se corresponde con un tipo de pieza pequeña, por ejemplo, AAA=pieza pequeña 1, AAC=pieza pequeña 2, etc (como hay 64 combinaciones y solo 20 tipos de piezas el código es redundante: varios códigos se refieren a la misma pieza). Las piezas grandes pueden agruparse para formar tejidos elásticos, duros, huecos, etc. Aunque parezca increíble, combinando de la forma adecuada las piezas grandes podemos construir casi cualquier cosa: músculos, huesos, arterias, ojos o troncos de árboles. ¡Esta es otra de las cosas más asombrosas que alguien puede aprender sobre la naturaleza de los seres vivos! Por si todavía no lo han adivinado todos estos elementos que hemos descrito son reales y describen el funcionamiento fundamental de todo ser vivo: el "nanorobot" son los ribosomas de las células, las piezas pequeñas son los aminoácidos, las piezas grandes son las proteínas y, por supuesto, el código universal de cuatro letras es el ADN. La denominación de "código universal" no puede ser más adecuada: todos los seres vivos del planeta desde las bacterias, las amebas o los hongos hasta los animales o las plantas utilizan el mismo código de cuatro letras. En el argot informático podríamos decir que todos utilizan el mismo sistema operativo.

Ahora imaginar que por diversas causas, un trozo muy simple de código externo penetra en una célula y llega hasta el núcleo fusionándose con el ADN de la célula. Cuando el "nanorobot" de la célula (el ribosoma) lea el nuevo trozo de código externo este ensamblará los siguientes aminoácidos en el orden que le indique el nuevo código y por tanto fabricará las proteínas que le indique este nuevo código, es decir, ¡fabricará las proteínas que forman el organismo que invadió la célula! Esto es precisamente lo que hacen los virus (1), su forma de actuar recuerda enormemente a la forma de actuar de los virus informáticos por eso estos organismos se pueden denominar ¡Los hackers del código Universal!


Trozos de "programa" egoista


Cuando los científicos fueron capaces de analizar en profundidad el ADN de distintos seres vivos encontraron algo muy extraño: gran parte del código estaba formado por fragmentos sin sentido, es decir, fragmentos de código que no sirve para construir proteínas. De hecho, solo el 1,2% del ADN humano se traduce para construir proteínas, el resto puede considerarse "ADN inservible" (2). De nuevo la similitud con la informática es impresionante: esto significaba que el código Universal de los seres vivos estaba "infectado". ¿De donde procede esta enorme cantidad de código inservible? Después de leer el apartado anterior la respuesta parece fácil: son códigos pertenecientes a organismos externos (sobre todo virus) que penetraron en la célula y se fusionaron con su ADN. Esto ya de por si es increíble, pero hay más: la mayoría de estos fragmentos externos están ya degradados y son inactivos pero existen algunos que todavía están activos. Los fragmentos activos pueden, en un momento dado, "despegarse" del ADN y "saltar" a otro lugar distinto del ADN en el que residen. De nuevo ¡Similar a un virus informático! Esto puede ser muy peligroso: si el lugar nuevo en el que se instalan contiene un gen importante este puede verse dañado produciendo consecuencias muy graves: la leucosis aviar es un tipo de cáncer que afecta a diversas especies animales como los pollos y es provocada por un trozo de fragmento de ADN vírico que en un determinado momento "salta" de una zona a otra del ADN de la célula causando daños en genes que regulan el crecimiento celular y provocando cáncer. Estos fragmentos "saltarines" se denominan retrovirus endógenos y se encuentran en todas las especies que existen. Se estima que en los seres humanos existen hasta 100.000 trozos de ADN de retrovirus endógenos (el 8% del ADN), afortunadamente en los humanos estos fragmentos parecen estar desactivados.


Llegados a este punto, ha llegado el momento de descifrar el "arma secreta" o el "código hacker" que utilizan los fragmentos de ADN egoista como los virus para duplicarse: la capacidad de "copia-pega" que poseen estos fragmentos es debida a una proteína muy especial (una enzima) denominada polimerasa capaz de romper los enlaces moleculares del ADN, hacer una copia de un fragmento de ADN y volver a insertar el fragmento en otra zona distinta. La polimerasa se utiliza en las famosas pruebas PCR (Polymerase Chain Reaction) para hacer millones de copias de trozos de ADN minúsculos (ADN de virus por ejemplo) y poder así analizar la muestra.


Después de lo que hemos visto es difícil considerar a un virus como un organismo vivo, de hecho, existe controversia en si es conveniente o no clasificar a los virus como seres vivos: ¿Un trozo de ADN es un ser vivo? La respuesta parece clara: NO. ¿Un trozo de ADN con una membrana y con capacidad para replicarse a expensas de otro organismo es un ser vivo? Un virus parece más un fragmento de ADN egoista que actúa como parásito de organismos vivos complejos más que un ser vivo en si mismo.

La acción de los virus en el mundo


Los virus surgieron en la Tierra miles de millones de años antes que cualquier planta o animal. Estos organismos se multiplican de forma vertiginosa y tienen gran capacidad para mutar y evolucionar. Debido a ello, estos seres (o más bien fragmentos de código) han colonizado cada milímetro cúbico de espacio de nuestro planeta: no existe lugar en nuestro mundo libre de virus (salvo quizás algunos laboratorios científicos altamente esterilizados). Este hecho tiene grandes consecuencias sobre la vida en la Tierra: cualquier forma de vida existente tiene que aprender a convivir con ellos (y a defenderse de los infecciosos), además se cree que jugaron un papel muy importante en la evolución de los primeros seres vivos complejos ayudando en gran medida a su evolución. Hay otro escenario donde la acción de los virus se manifiesta de forma espectacular: el océano marino. En los océanos se libra diariamente la que puede ser la mayor batalla del planeta: cada litro de agua marina contiene unos 100.000 millones de virus, para hacerse una idea de lo descomunal de esta cifra, si juntáramos todos los virus de los océanos del mundo su peso equivaldría al de 75 millones de ballenas azules (existen menos de 10.000 ballenas azules en el mundo). Esta inmensa cantidad de virus infecta y mata diariamente a entre el 15% y el 40% de todos los microorganismos marinos del planeta. Es difícil imaginar la magnitud global de este evento destructivo. Entre estos microorganismos destruidos se encuentran las bacterias fotosintéticas y los algas unicelulares que generan hasta el 50% del oxígeno del planeta y regulan la cantidad de CO2 emitida. Los virus permiten regular la cantidad de estos microorganismos para mantener las cantidades adecuadas de O2 y CO2 consiguiendo así regular la temperatura media del planeta.


Programas que construyen "envoltorios"


Imaginar un programa que contenga la información para fabricar y ensamblar proteínas y células que formen una especie de cilindro protector, con dos pequeñas aberturas con células fotoreceptoras, un habitáculo interior con enzimas para digerir alimento y unas antenas con células "olfativas" para detectar fuentes de energía. Este es el programa (simplificado) de un ser vivo sencillo: una especie de gusano primigenio. Con el tiempo, debido a la acción de la selección natural este programa simple fue evolucionando y se diversificó en innumerables programas mucho más complejos, programas capaces de construir sensores de humedad, de movimiento, camuflajes, patas, uñas para escarbar, emisores-receptores de ultrasonidos, alas, troncos, raíces... ¡ El programa básico inicial dio lugar a millones de programas más evolucionados con todo tipo de envoltorios y herramientas adaptadas al entorno en el que vive cada organismo. Existen incluso programas que utilizan miles de "envoltorios" para construir enormes hormigueros con cavernas y conductos de ventilación, otros utilizan unos pocos "envoltorios" más grandes para construir pequeñas presas o telas de araña. Otros utilizan programas para fabricar venenos, gases paralizantes o ácidos mortales. Otros (como los parásitos) utilizan programas para cambiar de envoltorios si es necesario e introducirse dentro de otros organismos más grandes para vivir a expensas de ellos. Estos programas son capaces de construir casi cualquier cosa permitida por las leyes de la química y la biología y adaptarse a la vida en los más recónditos lugares del planeta. Los distintos programas pueden también intercambiarse fragmentos de código que pueden resultar beneficiosos en entornos hostiles (esta práctica se llama transferencia horizontal de genes y es algo muy común entre virus y bacterias).


Conclusiones


Nosotros los seres humanos consideramos que somos los únicos capaces de construir aparatos tecnológicamente avanzados y no nos damos cuenta de que la naturaleza lleva haciendo esto durante millones de años: los murciélagos usan sofisticados emisores-receptores de ultrasonidos, los insectos detectan el alimento a decenas de kilómetros, las aves se orientan mediante sensores del campo magnético... Para que esto sea posible la información sobre como se construyen los seres vivos y sus "herramientas" debe guardarse y traspasarse de generación en generación mediante un "programa". Este es el programa de la vida: el programa Universal del ADN.


Esta imagen de seres vivos como "envoltorios" o "máquinas con herramientas" fabricadas por un programa especializado puede sonar extraña y perturbadora, sin embargo, representa una descripción increíble del poder de la naturaleza. Todos sabemos que los hijos se parecen a los padres, que los animales tienen instintos innatos, que todos los seres vivos complejos nacen a partir de una sola célula fecundada. ¿Que otra cosa puede lograr tal proeza sino un programa con información codificada? En el interior de todos los seres vivos se ejecuta un programa realizado en un "sistema operativo" Universal. La información es la clave de todo: permite a los seres vivos existir, desarrollarse, alimentarse, reproducirse y evolucionar. ¿No es esta una imagen increíble de la naturaleza?


Notas

(1) No todos los virus se fusionan con el ADN de la célula. Muchos están compuestos de ARN en lugar de ADN y utilizan moldes de ARN para "engañar" a la célula y conseguir que transcriba su información.

(2) Aún no está claro el porcentaje exacto de "ADN inservible", algunos fragmentos tienen funciones importantes aunque no se transcriban directamente en proteinas. De todas formas, está demostrado que el porcentaje de este ADN es muy superior al del ADN codificante.


Fuentes:

Un planeta de virus, Carl Zimmer