A evolución sempre segue o seu propio ritmo: ás veces, unha mutación ao azar pode ter consecuencias vitais para o futuro de toda unha especie. Porén, noutras ocasións, eses camiños evolutivos son lóxicos e, ata certo punto, poderían predicirse. É o caso de diversos virus, que presentan unha capacidade para mutar incriblemente alta, polo menos dende a escala temporal humana, aínda que non todas as mutacións conducen a virus funcionais. Ademais, outras mutacións non afectan a funcionalidade do virus. Para predicir a evolución non só é preciso fixarnos no presente: tamén son necesarios modelos baseados no pasado dese organismo e das súas propiedades moleculares.
Neste ámbito, o persoal investigador do grupo CME (Computacional Molecular Evolution) traballa a contrarreloxo. Dentro do CINBIO (Centro de Investigación en Nanomateriais e Biomedicina, cofinanciado con fondos FEDER), son unha rara avis: a súa investigación non emprega un laboratorio cheo de pipetas, cámaras frigoríficas ou placas petri. No seu caso, a ferramenta estrela son os ordenadores, nos cales deseñan e poñen a proba os chamados modelos de substitución de evolución molecular, que ao igual que os modelos meteorolóxicos poden ser empregados para prognosticar o que vai acontecer cunha certa marxe de erro. Segundo Miguel Arenas, investigador principal do grupo, a finalidade do seu traballo nesta liña é predicir posibles mutacións nas proteínas dos virus antes de que se produzan.
A natureza dos virus
Os virus adoitan pasar desapercibidos para a poboación, ata que algo fai que comecen a infectar a máis persoas, ou ata que aparece unha variante máis daniña que remata por converterse nun problema con nome propio para a saúde pública. Porén, e tendo en conta que para prosperar e replicarse precisan dun hóspede, provocar unha alta letalidade non semella unha vantaxe evolutiva para eles. No caso do SARS-CoV-2, o virus evolucionou dun xeito relativamente lento, e isto permitiu que se desenvolveran as vacinas nun tempo récord, marcando un fito na historia da ciencia e da medicina.
Agora, explica Arenas, a situación podería estar mudando parcialmente: “Ultimamente o virus está producindo unha maior diversidade a través dos procesos de mutación e recombinación xenética, e isto leva a que as vacinas que se puxo a meirande parte da poboación hai tempo fiquen xa un pouco desfasadas e non protexan tanto”. Precisamente por isto, conta, paga a pena seguir monitorizando a evolución do SARS-CoV-2, aínda que tamén subliña que sería moi estraño que aparecera e se establecera unha variante moi letal. A cantidade de información que existe sobre a cronoloxía deste virus é inimaxinable: coñécese á perfección a súa historia evolutiva, as mutacións que foron xurdindo e as súas variantes derivadas. Porén, o seu caso é máis a excepción que a regra en comparación con outros patóxenos moito máis esquecidos.
Velocidade punteira para mutar
A día de hoxe, non existe unha vacina efectiva para o virus da inmunodeficiencia humana, o VIH. Son moitos os avances que se fixeron para tratar os síntomas das persoas infectadas por este virus, e na actualidade poden levar a súa vida con relativa normalidade grazas ás terapias antirretrovirais. Porén, tal e como acontece con outros virus aínda queda camiño por percorrer, xa que a aparición de variantes resistentes a miúdo require cambios no tratamento. Escoller terapias que consideren as variantes que poderían aparecer cunha alta probabilidade no futuro podería mellorar a escolla de tratamentos durareiros. Por iso no CINBIO da UVigo, o grupo de científicas e científicos pertencentes ao CME traballa desenvolvendo modelos preditivos adaptados á natureza do VIH e baseados na evolución das proteínas deste virus.
Segundo conta Arenas, unha das estratexias que se tentou levar a cabo para loitar fronte á infección no pasado foi reconstruír as secuencias de proteínas ancestrais do VIH en grupos de pacientes. A idea era desenvolver unha vacina que fora capaz de cubrir as variantes descendentes do virus, mais non funcionou: “Temos que ter en conta que o VIH evoluciona moi rápido, especialmente comparado coa nosa escala temporal”.
Tal e como explica o científico, o talento dos virus para evolucionar dun xeito rápido depende de distintos factores: “Dunha banda temos a capacidade replicativa do virus, xa que a algúns patóxenos benefícialles diversificarse moito para fuxir dos sistemas inmunes, mentras que outros virus prefiren ir con máis coidado e diversifican pouco debido á posible perda de capacidades funcionais”. O segundo factor, conta, é derivado dos propios hóspedes e do seu sistema inmune, xa que o mesmo virus pode desenvolverse de xeitos moi distintos dependendo da persoa á que infecte.
O factor do cambio climático
Nun mundo que muda rápido, os virus poden atopar rapidamente novos camiños potenciados por novos escenarios: é o caso do cambio climático, que está a facilitar que vectores e virus hai tempo considerados tropicais poidan prosperar en rexións máis ao norte, como é o caso de España.
De feito, no grupo de Arenas están comezando a estudar a evolución do virus da febre hemorráxica de Crimea-Congo, enfermidade transmitida pola carracha Hyalomma marginatum: neste verán de 2024, un estudo da Rede Galega de Vixilancia de Vectores (ReGaViVec) xa advirtiu que, en Galicia, o virus saltara por primeira vez a 13 animais de granxa. No futuro, o investigador admite que non sería estraño incluír nos seus estudos outros novos patóxenos que se están a expandir e para os cales, na actualidade, non existe vacina.
Outra maneira de facer ciencia
No laboratorio liderado por Arenas a ausencia de experimentación revela o selo orixinal da súa ciencia: o equipo traballa no eido da bioinformática, unha rama recente pero vital para manexar grandes cantidades de datos: “O noso traballo consiste en desenvolver ferramentas para analizar as macromoléculas evolutivas dos organismos, como o ADN e as proteínas, e aplicalas a casos de utilidade biomédica”.
Os nucleótidos, parte esencial da información xenética, son esas pequenas moléculas representadas por letras — A, G, T, C no caso do ADN — que conforman o libro de instrucións de calquera organismo. Con todo, subliña o investigador, a secuencia de nucleótidos pode ser moi longa e non achegar moita información a priori: “Aquí precisamos dunha análise moi profunda, que require de ordenadores potentes, xa que estamos a falar dunha tarefa que non se pode facer a man”, engade.
Grazas á bioinformática, as científicas e científicos do grupo poden reconstruír a orixe das proteínas dun virus, estudar como foi a súa evolución no pasado e tentar calcular a probabilidade de posibles camiños que poderían seguir no futuro.
Chegar antes
Aínda que a investigación que se leva a cabo no CME é básica, o seu traballo pretende acadar un obxectivo a longo prazo encamiñado ao ámbito sanitario e aos tratamentos. Tal e como explica Arenas, a súa intención é desenvolver modelos de substitución que sexan capaces de predicir variantes moleculares de virus que poderían mostrar resistencia fronte aos actuais tratamentos: “Se somos capaces de predicir esas variantes con antelación poderíamos empregar unha terapia apropiada para as mesmas e que o paciente se atope protexido de antemán”.
Como exemplo, o científico fala dun proceso chamado compartimentalización, no que o virus é capaz de expandirse e asentarse en distintas partes do hóspede, chegando a rexións do corpo de difícil acceso para as terapias, como é o caso do cerebro, protexido por unha barreira que impide que certas moléculas poidan acceder: “O noso obxectivo non é mellorar as terapias actuais senón decidir que terapias conveñen tendo en conta cal será a evolución probable das proteínas dos virus”.
Sobre o futuro do grupo, o investigador destaca que a súa motivación é seguir traballando no eido da evolución dos virus, moitas veces esquecidos ata que aparecen: “Temos feito un esforzo moi grande para desenvolver estes modelos, e agora o que toca é aplicar todo ese coñecemento alí onde podemos contribuír dun maior xeito”.
Referencia: Substitution Models of Protein Evolution with Selection on Enzymatic Activity (Publicado en Molecular Biology and Evolution)
