¿Cómo un virus antiguo hizo que nuestro cerebro fuera tan complejo?

Una antigua infección viral puede haber dado a los animales las herramientas para volverse rápidos, coordinados e inteligentes, según un estudio.

Según un artículo publicado el jueves en la revista Cell, los sistemas nerviosos complejos surgieron en un pasado lejano después de que los virus insertaran fragmentos de código en los genomas de los vertebrados: animales con médula espinal, desde humanos hasta ranas y salmones.

Esta «invasión» en sí misma es ordinaria; Insertar dicho código es el principal método utilizado por los virus, que no tienen la capacidad de reproducirse sin el apoyo de una célula protegida, para obligar a las células a ejecutar sus órdenes.

Pero en este caso, las células transformaron el nuevo código para lograr sus propios objetivos, una dinámica que los científicos también han encontrado en las raíces de actividades animales básicas como la fertilización y el embarazo.

«Las células enfermaron y pensaron: 'Podemos usar esta secuencia para nuestro propio propósito'», dijo el coautor Tanay Ghosh del Instituto de Ciencias de Cambridge.

Las nuevas piezas de código inyectadas ayudaron a dirigir la maquinaria celular para producir mielina, una funda protectora alrededor de las células nerviosas que ayuda a acelerar la transmisión de señales eléctricas que alimentan nuestro sistema nervioso.

La mielina de nuestro sistema nervioso funciona de forma muy parecida al aislamiento plástico que cubre un cable de fibra óptica: al bloquear la capacidad de una señal de escapar a través de las paredes del cable (o fibra nerviosa), permite que esa señal se transmita más rápido y con menos tiempo. errores.

Evolutivamente, esta propiedad permite otros efectos poderosos.

Debido a que la mielina permite que los nervios viajen más rápidamente, también permite nuevas formas de comunicación simultánea. Esto ha permitido la evolución de redes neuronales complejas caracterizadas por más conexiones y más interacciones dentro de un espacio determinado. (Aunque no todas las neuronas tienen vainas de mielina, las células que las tienen, particularmente en la materia blanca del cerebro y la médula espinal, se encuentran en áreas donde la velocidad y la densidad de las conexiones son críticas).

Sin estas señales más rápidas, «todos los mecanismos depredador-presa -toda esta enorme diversidad- no habrían evolucionado», dijo Ghosh.

La investigación del equipo encontró que la infección de ancestros vertebrados con virus que codifican mielina probablemente ocurrió varias veces, ya que la familia de virus estrechamente relacionada modificó los genomas de los ancestros de los peces, anfibios y mamíferos actuales, cada uno de los cuales reutilizó nuevas líneas de código. Para construir complejidad.

Esto requiere una danza evolutiva compleja. La infección viral no codificaba la producción de mielina, pero sí otra mutación. En cambio, ayudó a que las proteínas que leen e interpretan el genoma se unieran a la región específica donde se podían encontrar las instrucciones de mielina.

Los científicos lo saben porque algunos vertebrados simples, como las lampreas marinas, tienen la mutación de la mielina pero no tienen esta parte adicional del genoma viral. El sistema nervioso relativamente simple de la lamprea marina tampoco contiene mielina. Ghosh compara este sistema nervioso primitivo con una orquesta esperando a empezar a tocar. “Todos los instrumentos estaban ahí, pero necesitaban un detonador: violines o virus.

Ghosh enfatizó que estos virus antiguos no tenían la intención de cambiar la estructura de sus huéspedes. Más bien, la forma en que tuvo lugar esta ceremonia evolutiva muestra algo acerca de las células que la gente común y corriente suele pasar por alto.

«Las células son inteligentes», dijo. «Tienen muchos mecanismos que no entendemos, no sabemos cómo hacen todo. A veces decimos que son demasiado inteligentes para nosotros.

En un sentido muy real, la palabra «célula» (derivada del descubrimiento en el siglo XVII de que los tejidos vegetales y animales estaban hechos de lo que parecían pequeñas cajas) no capta realmente la complejidad de cómo las células interpretan e interactúan con cada aspecto. De sus entornos. Una caja de pequeñas moléculas y órganos metidos en una capa microscópica de grasa no es suficiente para formar una célula, afirmó Ghosh. «Debes tener muchas otras cosas».

Esta complejidad es evidente en una amplia gama de áreas: en los medios altamente eficientes con los que las células crean y mantienen los sistemas que suministran energía a nuestros cuerpos, y en su preciso autoajuste para encontrar y corregir errores en su código. Todo esto apunta a la idea de que las células no retienen los desechos, afirmó Ghosh. “Si hay algo que no necesitan, lo tiran”.

Esta idea tiene graves implicaciones para el genoma humano en su conjunto. Alrededor del 8 por ciento Los cuales consisten en cadenas de este antiguo código viral que se inyectan, según las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Gran parte de este código también puede ser funcional o ser reutilizado por animales para hacer cosas nuevas, muchas de ellas sorprendentemente íntimas. Por ejemplo, ADN derivado de un virus. Ayudando en la formación de la placenta.que lleva el feto en la mayoría de los mamíferos, así como A Estructura similar en marsupiales.Y otro En una especie de lagarto Que nazca para que los jóvenes puedan vivir.

Los humanos y otros primates también utilizan ADN viral reutilizado para ayudar con la regulación hormonal Que controla el momento del nacimiento.. En el otro extremo del proceso del embarazo, el ADN viral parece controlar el cambio crucial mediante el cual las células recién fertilizadas del feto pasan de ser capaces de formar cualquier estructura (incluidas aquellas externas al cuerpo del feto, como la propia placenta) a convertirse en Diseñado para la construcción del propio feto.. (Esta etapa ocurre unos días después de la fertilización, una vez que el nuevo embrión unicelular se divide repetidamente para formar un blastocisto de varios cientos de células).

Para que estos cambios lleguen hasta nosotros, no pueden ocurrir únicamente en los cuerpos de animales individuales. De alguna manera tenían que llegar a la «línea germinal»: una Progreso potencialmente inmortal Los espermatozoides y los óvulos codifican (y transportan) las células que forman el cuerpo de los individuos.

Ghosh señaló que este proceso de infección, reutilización y transformación no se limita a la historia antigua de nuestra especie, sino que aún continúa y se desconocen sus consecuencias futuras. «En el futuro, podrían pasarle más cosas a nuestro ADN; no lo sabemos», dijo Ghosh.

«La evolución es larga», dijo. «Es un proceso dinámico, no estático».