¿Qué limita el genoma viral (ARN)?

Es interesante que sugieras que las mutaciones conducirían a la letalidad, porque es difícil determinar si los virus están incluso “vivos” en primer lugar. Hay varias características impugnadas de la vida (como un ejemplo, Las 7 características de la vida) y los virus no necesariamente se ajustan a todas ellas (por ejemplo, estar compuesto de células, si esto se establece como un requisito). Como tal, el virus depende de otras cosas (hosts) que consideramos “vivos”, a fin de perpetuar su ciclo ambiguo, posiblemente, de la vida.

El tamaño de un genoma de ARN en un virus estaría teóricamente limitado tanto por los errores de replicación como por la portabilidad dentro del paquete viral. La cápside del virión maduro (capa de proteína o contenedor) está limitada, en sí misma, por dicho error. Entonces, la cuestión de la “integridad” realmente depende de la capacidad de la célula anfitriona para replicar y / o protegerse contra el virus. Si los componentes de ARN ya son suficientes para infectar una célula determinada y las células circundantes, los errores en la actividad de ARN polimerasa dependiente de ARN o ARN polimerasa si el genoma viral se ha incorporado al huésped mediante transcriptasa inversa serán relativamente intrascendentes, porque ya se seleccionarán las secuencias existentes para optimizar la virulencia continua. Los viriones nativos serán exponencialmente más abundantes si la variedad mutada no tiene “ventaja” sobre ellos.

Sin embargo, si las presiones ambientales de las células vecinas previenen una infección adicional, la siguiente mutación que ocurra en el genoma viral (por ejemplo, una mutación dentro de una región que codifica una proteína relacionada con la penetración, mediando endocitosis) posiblemente otorgará una ventaja a ese particular iteración del virus, que luego será capaz de infectar a las células vecinas. Por lo tanto, la integridad del genoma no se correlaciona de manera clara con la “aptitud” percibida de un virus. El solo hecho de que puedan mutar tan rápido y confundir las defensas de un organismo es la forma en que logran proliferar y nos causan tales problemas.

Creo que el problema más grande es que, aunque los virus de ADN en muchos casos usan maquinaria de replicación del anfitrión (polimerasas, homólogos de MutS y similares), los virus de ARN son incapaces de hacerlo. Esto significa que la mayoría de los virus de ADN tienen algún tipo de mecanismo de corrección de errores (aunque no estoy seguro acerca de, digamos, los poxvirus, que se replican por sus propios procesos en el citoplasma). Los virus de ARN, hasta donde yo sé, siempre usan una polimerasa viral que viene empaquetada en la partícula viral, y esta polimerasa no tiene un mecanismo de corrección de errores, lo que aumenta la tasa de mutación aparente en una cantidad bastante buena.

No sé si hay diferencias significativas en las tasas de errores de prerrecorrido de la replicación del ARN y el ADN, pero sí sé que la tasa de error endémico para el ADN es bastante alta, y esa es una de las razones principales por las cuales el genoma de ADN de organismos más grandes como nosotros es relativamente estable durante nuestra vida es porque hay múltiples enzimas que corrigen y reparan el genoma. Se podría suponer que sin estas enzimas, las mutaciones se acumularían rápidamente durante múltiples ciclos de replicación.

Esta es también la razón por la cual las reservas virales de virus de ARN generalmente no son viables después de unos pocos pasajes en volúmenes pequeños. Con cada ciclo de replicación, la población acumula más errores, hasta que la población original se vuelve mutada para ser viable.

Esto también explica por qué los genomas de ARN tienden a ser mucho más pequeños que los genomas de los virus de ADN. Dado que la tasa de mutación se calcula por base, cuanto más grande sea el genoma de ARN, más mutaciones tendrá en la replicación, y ninguna de esas mutaciones se corregirá. Esto es especialmente peligroso en un genoma viral, que generalmente tiene muchas menos regiones no codificadoras que un genoma eucariota o bacteriano. De hecho, muchos virus hacen cosas increíbles para ahorrar espacio en su genoma, ¡algunos de los cuales pueden permitir que las mutaciones afecten a múltiples proteínas! Fuera de mi cabeza, los flavivirus generalmente no codifican proteínas múltiples en las primeras etapas de su infección, sino más bien una única poliproteína grande que luego se unen en las polimerasas y necesitan replicar el genoma. Muchos virus también usan superposición de ORF, por lo que una mutación podría caer dentro de la secuencia de codificación de más de una proteína. Si una mutación cambia una proteína importante hasta el punto en que ya no puede funcionar para propagar el virus, entonces el virus se vuelve inviable.

Hasta donde sé, este mecanismo es cierto para los virus de ARN (+) y (-), aunque no estoy seguro de cómo se aplica al ARNds o a los retrovirus. Supongo que es relativamente similar, aunque no me sorprendería particularmente si los retrovirus tuvieran algún tipo de corrección de errores durante la transición de ADN a ARN.

La suposición para esta pregunta es incompleta. Sí, las tasas de mutación ejercen presión sobre el tamaño del genoma, pero esa no es la única razón por la cual los genomas de virus son pequeños.

Otra suposición errónea es que los virus, como grupo, son similares en las estrategias y la estructura del genoma. ¡Ellos no son! De hecho, son el grupo más diverso de organismos en términos de estrategias evolutivas que adoptan.

Pero con respecto a los subgrupos que probablemente mencione, esos virus se optimizan para un ritmo evolutivo rápido, porque se enfrentan a sistemas inmunes / mecanismos de defensa que también se adaptan rápidamente. Su solución a esto es una alta tasa de mutación, pero muchos de ellos también quieren alcanzar tamaños de población altos lo más rápido posible. De hecho, el gran tamaño de la población es lo que los salva de los peligros de las altas tasas de mutación, porque siempre hay variantes sin malas mutaciones.

Los virus con un genoma más corto y más compacto llegan a invadir las células diana más fácilmente y pueden obtener más copias producidas en la misma cantidad de tiempo, con los mismos recursos. Están bajo una inmensa presión para deshacerse de cualquier cosa en su genoma que no necesiten. Algunos virus incluso tienen genes superpuestos (por qué los genes se superponen en los virus).

El re-surtido al que proporciona un enlace en el artículo, es un proceso de semi-recombinación (también conocido como sexo viral). Se sabe desde hace tiempo que la recombinación proporciona un medio para evitar la acumulación de mutaciones (ver el trinquete de Muller).

Pero, de nuevo, la clave de su pregunta es, en mi opinión, el tamaño de la población. La población más pequeña que un virus puede mantener, mayor es el genoma que puede desarrollar, pero también tiene que abandonar la tasa de mutación.

No creo que el ARN genómico sea mucho más frágil que el ADN en este contexto. Hay varios virus de ARN que son muy estables en el medio ambiente (p. Ej., Norovirus). Entonces eso no confiere una desventaja.

Si tuviera que adivinar, una razón para usar ARN es que podría ofrecer un inicio de replicación más rápido, pero también sospecho que mucho de esto es contingencia. Al menos algunos virus de ARN probablemente se originaron como ARN celulares que se volvieron autónomos, y cambiar a ADN simplemente no es una vía evolutiva disponible para ellos.

Tiene razón en que las tasas de mutación son una limitación importante en el tamaño de los genomas de ARN, aunque la segmentación no ayudará con eso: la tasa de error es por base de genoma, y ​​es irrelevante si el genoma es contiguo o no. Como se indica en el enlace que incluyó, la segmentación permite la reasignación, lo que aumenta la variabilidad general y el potencial evolutivo.

Supongo que porque el ARN viral es importante para integrar el genoma del huésped para su multiplicación.