Un nuevo estudio liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), revela cómo los virus de ARN exploran en tiempo real su espacio genético mediante una estructura organizada de manera jerárquica y fractal. Los resultados, publicados en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), ofrecen una visión sin precedentes de la dinámica evolutiva de estos patógenos, conocidos por su extraordinaria capacidad de adaptación.
La investigación se centró en el bacteriófago Qβ, un virus que infecta bacterias como Escherichia coli. Su genoma de ARN, similar al de virus humanos y animales relevantes como el SARS-CoV-2, el de la polio o el de la fiebre aftosa, muta con gran rapidez. Analizando millones de secuencias obtenidas mediante secuenciación profunda, el equipo reconstruyó extensas redes de genotipos que permiten visualizar la diversidad viral con un detalle nunca antes alcanzado.
“En lugar de moverse por el espacio genético como un caminante que avanza paso a paso, los virus exploran simultáneamente una gran nube de variantes”, explica Susanna Manrubia, investigadora del Museo Nacional de Ciencias Naturales (MNCN) y el Centro Nacional de Biotecnología (CNB), ambos del CSIC. Esta exploración masiva se organiza de forma jerárquica: unas pocas secuencias muy abundantes actúan como núcleos centrales que generan, en cascada, una periferia extensa de mutantes cada vez más raros, formando estructuras fractales (autosimilares).
ATAJOS EVOLUTIVOS QUE ACELERAN LA ADAPTACIÓN
Una de las preguntas clave que aborda el estudio es cómo los virus pueden explorar tanta diversidad biológica de forma relativamente segura, cuando muchas mutaciones resultan dañinas. La hipótesis clásica sugería la acumulación gradual de mutaciones neutras que no alteran la estructura del virus. Sin embargo, los resultados muestran un mecanismo más eficiente: las poblaciones virales forman complejas redes de genotipos en las que las variantes abundantes generan mutantes cercanos de manera masiva, independientemente de su viabilidad inmediata.
“Los mutantes menos viables no afectan al conjunto de la población, pero sí funcionan como atajos, acelerando cambios que requerirían caminos evolutivos mucho más largos solo con mutaciones neutras”, destaca Luís F. Seoane, investigador del Instituto de Biología Evolutiva (IBE, CSIC-UPF) y del CNB.
Los experimentos, realizados en el Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA) bajo la dirección de Ester Lázaro, analizaron además el comportamiento de las poblaciones virales a diferentes temperaturas. Los resultados demuestran que los distintos ambientes impulsan la divergencia: las poblaciones comienzan a ocupar zonas diferentes de la red genética, favoreciendo una especialización ecológica incipiente.
“Esto sugiere que la especialización ecológica puede surgir de manera natural a medida que los virus exploran el espacio de mutaciones”, señala Lázaro.
Los virus de ARN destacan por su velocidad para adaptarse a nuevos ambientes, un rasgo que complica el control de enfermedades y el diseño de tratamientos antivirales. Este sistema experimental permite observar en tiempo real procesos evolutivos que en organismos superiores tardarían miles o millones de años.
“Al estudiar virus de ARN como el bacteriófago Qβ descubrimos cómo se adaptan sus poblaciones, desentrañando a la vez los principios que rigen la generación de innovación molecular”, concluye Ester Lázaro.
El trabajo no solo avanza en el conocimiento básico de la evolución viral, sino que podría tener implicaciones prácticas para predecir la aparición de nuevas variantes y mejorar estrategias contra virus emergentes. Los investigadores destacan que comprender estas redes genotípicas es clave para anticipar la capacidad de adaptación de los patógenos.
