100 coses que cal saber dels virus

12 / 100
ESCALES DE CARAGOL PER FER LA CÀPSIDA

L’icosaedre genera unes càpsides víriques ben mones i molt útils de cara a l’empaquetament del material genètic del virus. Però, malgrat que és molt habitual, no és l’única manera que s’han empescat els virus per recobrir-se de proteïnes que els protegeixin. Hi ha una altra manera, encara més senzilla, que han adoptat molts virus dels vegetals. Un sistema que permet guanyar en simplicitat a costa de sacrificar una mica l’optimització de l’espai. Si l’estructura en icosaedre seguia les normes d’un sòlid platònic, aquesta seria la versió vírica d’una escala de caragol. Són les anomenades càpsides en espiral.

Aquest sistema d’empaquetament el que fa és mantenir el genoma del virus, sigui DNA o RNA, ben estirat. Si ens parlen del DNA, de seguida recordem l’estructura en forma de doble hèlix. Això no és perquè la natura tingui una passió per les formes que permeten fer logos bonics a les empreses de biotecnologia, sinó perquè el DNA està fet per peces, anomenades nucleòtids, unides una a continuació de l’altra formant una llarguíssima cadena. El secret és que la manera com s’uneixen no és completament recta, sinó que ho fan en un cert angle, de manera que de mica a mica la cadena va girant sobre si mateixa.

En el cas del DNA és molt evident, ja que, si encarem dues cadenes, obtenim una doble hèlix relativament poc flexible. En el cas de l’RNA, es nota menys perquè és més flexible, però si l’estirem també notarem aquesta tendència a l’espiral.

Doncs la manera com el virus encapsida el genoma és, senzillament, enganxant-hi una proteïna en un punt determinat de la cadena. Una mica més endavant, tornarà a haver-hi el mateix punt, ja que la cadena és feta de nucleòtids units un rere l’altre; per tant, pot posar-hi un altre cop la mateixa proteïna. I, una mica més endavant, tornem-hi!

Si alguna vegada heu pujat per les escales de caragol de la Sagrada Família, o per les d’un castell antic, haureu notat que tots els esglaons estan fets amb pedres de la mateixa forma. Ampla per un costat i molt estreta per l’altre, de manera que les parts estretes s’encavalquen al centre i es forma l’escala. Doncs amb les càpsides helicoidals dels virus trobem la mateixa estructura. Al centre hi ha, estirada, la molècula de DNA o RNA, que té unides grapats de còpies d’una única proteïna que va embolcallant-la formant una espiral protectora que la recobreix.

El sistema és encara més senzill que les càpsides icosaèdriques, però el virus ha d’adoptar una forma rígida i allargada. Una estructura més vulnerable al trencament i més complicada de moure. De tota manera, tampoc no és gaire greu, ja que els virus només es mouen arrossegats pels fluids biològics i aquesta estructura és freqüent en vegetals, que són uns organismes amb uns moviments dels fluids interns més aviat lents.

13 / 100
COM DESPLAÇAR-TE SENSE MOURE’T

Una conseqüència de la simplicitat estructural dels virus és que no tenen sistema de locomoció. La majoria de microbis disposen d’algun mecanisme per generar moviment, sigui per estructures semblants a una cua, anomenades flagels, o per petits “pèls”, anomenats cilis, que bateguen rítmicament i els ajuden a desplaçar-se com si nedessin. Però els virus no tenen res de tot això, de manera que en general el seu desplaçament és passiu. És a dir, que van allà on els porti el corrent.

En el cas dels virus, el corrent pot ser l’aire, l’aigua, la sang, la limfa, el líquid intersticial dels teixits, els mocs, la femta, la saba de les plantes, la saliva o qualsevol substrat on estiguin.

De tota manera, amb el temps es va veure que una certa capacitat de moviment, essencialment per anar movent-se des d’una cèl·lula fins a la veïna, sí que poden tenir. No és un mecanisme per fer grans distàncies, però els permet anar escampant la infecció sense presses. Això és especialment important en els virus dels vegetals, ja que els moviments de fluids dins les plantes són molt més lents que els que tenen lloc en el cos dels animals. El virus pot ser arrossegat per la saba fins a les cèl·lules que infectarà, però han trobat la manera d’anar passant d’una cèl·lula a la veïna gràcies a unes “proteïnes de moviment”.

En realitat, el nom és una mica enganyós, ja que el que fan aquestes proteïnes no és moure el virus, sinó el seu material genètic. És més senzill entrar dins d’una cèl·lula i anar passant el DNA o l’RNA del virus fins a la cèl·lula veïna que no pas construir nous virus, sortir i esperar que la saba els porti fins a les cèl·lules del costat. Per fer-ho, el virus fa que la planta fabriqui unes proteïnes que envolten l’RNA i que s’enganxen a uns filaments que tenen les plantes per connectar cèl·lules entre elles a través d’uns porus. En realitat, el virus no es mou, sinó que es limita, una vegada més, a aprofitar el sistema de transport entre cèl·lules de la planta.

En el cas de virus d’animals, també s’ha detectat una altra estratègia per generar una mica de desplaçament per la superfície de les cèl·lules. Això s’ha vist, per exemple, en el virus de la grip. Aquest té dues proteïnes a la superfície: una anomenada N i l’altra, H, que s’uneixen a proteïnes de la superfície de la cèl·lula. En principi, són el sistema per adherir-se i finalment entrar a dins per començar a infectar, però també li permeten moure’s per damunt.

Per fer-ho, simplement s’uneix amb una de les dues proteïnes i tot seguit s’uneix amb la segona i es deixa anar de la primera. Com si fos una bola rodant per sobre d’un velcro, el virus pot anar rodant canviant la unió d’una proteïna a l’altra. No és un sistema gaire eficient ni presenta cap direcció determinada, però, si hi ha molts virus, a la llarga algun anirà a petar a la cèl·lula del costat.

En tot cas, aquesta mena de moviments són més aviat subtileses que només es poden considerar sistemes de locomoció, fent servir una interpretació molt àmplia de l’expressió. A la pràctica, els virus no es mouen per anar a infectar res. Es limiten a ser-hi, esperant que algun organisme es creui en el seu camí i s’hi puguin adherir.

14 / 100
ENTRAR DINS LA CÈL·LULA

Un dels principals problemes que ha de resoldre un virus és trobar la manera de ficar-se dins d’alguna cèl·lula. Un repte difícil per a un virus, que no disposa de cames ni cua ni cap sistema de propulsió. L’únic que té són algunes proteïnes a la superfície de la càpsida o de l’embolcall. Sembla poca cosa, però amb això ja en té prou.

En realitat, les proteïnes de la superfície li serveixen com a sistema d’ancoratge. La gràcia és que les cèl·lules tenen una quantitat enorme de proteïnes i estructures que sobresurten de la membrana cel·lular. N’hi ha que serveixen per unir-se a coses, per transportar nutrients, per facilitar reaccions químiques, per excretar productes, per detectar la presència d’altres molècules… Tota la interacció de la cèl·lula amb l’exterior es fa gràcies a proteïnes que estan situades a la membrana, de manera que n’hi ha de totes les mides i formes imaginables.

L’estratègia dels virus és anar deixant-se arrossegar pels moviments dels fluids del cos i així anar topant amb diferents cèl·lules fins que troba alguna proteïna que tingui una forma que encaixi amb alguna de les proteïnes de la superfície del virus. L’exemple habitual és que han d’encaixar com una clau i el seu pany, però en realitat és una mica més sofisticat. No ha de coincidir només la forma, sinó que també ho han de fer les càrregues elèctriques. Allò que les càrregues iguals s’allunyen i les oposades s’atrauen és determinant en aquest cas.

Com que els virus són tan poca cosa (ja ho hem dit, que són simples, oi?), només solen tenir un o dos tipus de proteïnes que actuïn com a elements d’ancoratge. En el cas del coronavirus, són les proteïnes de les espines. En el cas del virus de la grip, del xarampió i de molts altres, l’encarregada és una proteïna anomenada hemaglutinina.

Ens interessa molt conèixer com són les proteïnes d’unió dels virus, ja que una de les estratègies per lluitar contra aquests invasors és buscar molècules que les “tapin”. D’aquesta manera podríem impedir que s’uneixin a les cèl·lules i ja no podrien entrar ni infectar res.

Una vegada el virus s’ha unit a la cèl·lula, aprofita uns mecanismes que té la mateixa cèl·lula per transportar coses cap endins. Són sistemes amb lleugeres diferències, segons les quals es poden anomenar endocitosi o pinocitosi, però que tenen en comú que la membrana s’enfonsa per una part fins formar una vesícula que transporta cap endins el que s’havia quedat unit a la superfície. Si és un nutrient, a la cèl·lula li va molt bé, però, si és un virus, li va molt malament. Per desgràcia, la cèl·lula no té ulls per mirar. Només sap que alguna cosa s’ha unit a la proteïna de la superfície i l’arrossega cap endins.

Tot plegat resulta especialment important per decidir quina mena de malaltia pot causar el virus. Perquè això dependrà de quina cèl·lula sigui la que ha pogut infectar, cosa que depèn de quina sigui la proteïna que encaixi amb la del virus. Si és una cèl·lula dels budells, ens causarà gastroenteritis. Si és dels pulmons, serà una pneumònia, però si és del nas potser només serà un refredat. Altres virus s’uneixen a proteïnes de les neurones i causen malalties neuronals. I el virus de la sida s’uneix a una proteïna dels limfòcits. Per això matava aquestes cèl·lules i de resultes quedava desactivat tot el sistema immunitari.

15 / 100
LÍTIC O LISOGÈNIC?

A la vida sempre hi ha moments en què has de prendre decisions importants sobre el futur. A què et voldràs dedicar, amb qui voldràs compartir la vida o on aniràs a viure. És una mica estressant, ja que, depenent de la decisió que prenguis, el futur agafarà un camí o un altre, però així és la vida. Doncs una cosa similar els passa a molts virus tot just després d’infectar una cèl·lula. El seu futur passa per triar un estil d’infecció entre dos de possibles. Pot abraçar el que anomenem un cicle lític o un cicle lisogènic, i segons el que triï, les coses seran molt diferents per al virus i, no cal dir-ho, per a la cèl·lula infectada.

Els mecanismes moleculars són complexos i depenen molt del tipus de cèl·lula o bacteri que hagi infectat, però les dues opcions són fàcils d’entendre. La primera, el cicle lític, consisteix a fer tantes còpies del virus com sigui possible fins que la cèl·lula rebenti. Aquesta és una opció molt dolenta per a la cèl·lula, que morirà al cap de poques hores. Només viurà el temps que trigui el virus a saturar la capacitat cel·lular. En canvi, des del punt de vista del virus, és una manera ràpida i eficient de fer moltes còpies de si mateix. Aparentment és un sistema ideal (per al virus, és clar), ja que en poc temps hi haurà centenars o milers de nous virus anant a infectar les cèl·lules de la rodalia. Però en realitat no és el millor sistema. Amb una mica de paciència per part seva, les coses es podrien fer millor.

Per això hi ha la segona opció, el cicle lisogènic, que és més pausada i que consisteix a fer que el virus s’integri dins del genoma de la cèl·lula infectada i passi tan desapercebut com sigui possible. D’entrada no sembla una bona idea, ja que no apareixeran més virus escampant la infecció, però les coses cal mirar-les amb perspectiva. Quan la cèl·lula es divideixi, el virus ho farà amb ella, i quan les cèl·lules filles es tornin a dividir, el virus també ho farà. Sense cap esforç per part seva, el virus pot anar aconseguint estar present en un grapat de cèl·lules.

L’únic inconvenient és que amb el cicle lisogènic només hi haurà una o dues còpies del virus per cada cèl·lula, però això no és cap problema. De vegades, normalment en resposta a estímuls exteriors, el virus que estava en la fase lisogènica es pot activar i passar a la fase lítica. Aleshores recupera el primer camí i comença a fer còpies fins a matar la cèl·lula i alliberar grapats de nous virus. La gràcia és que ara no tenim una cèl·lula infectada, sinó centenars o milers de cèl·lules. Si totes es posen a fer el cicle lític alhora, no hi ha sistema immunitari que ho resisteixi. Això també pot passar en bacteris i els resultats són encara més espectaculars, ja que els bacteris es multipliquen molt de pressa i en poc temps tenim milers de milions de bacteris amb el virus dins esperant a ser activat.

Que triï un camí o altre depèn de moltes coses. Del tipus de virus, de la cèl·lula infectada o de les condicions ambientals i metabòliques. De la mateixa manera, l’activació d’un virus lisogènic a la fase lítica pot desencadenar-se per diferents motius. Cal dir que els virus lítics són més fàcils de controlar, ja que és evident quan hi ha la infecció. El problema amb els lisogènics és que poden passar desapercebuts, multiplicant-se silenciosament mentre es preparen per un assalt inesperat.

16 / 100
VIRUS PERTOT ARREU

De virus n’hi ha molts i de molts tipus, però exactament quants? Doncs la veritat és que encara no ho sabem amb certesa, però la resposta més aproximada a la realitat seria… “molts més dels que et puguis arribar a imaginar”. Per sort, hem de recordar que la immensa majoria no afecten els humans.

La realitat és que encara ho ignorem gairebé tot sobre la majoria de virus. Com és natural, els esforços s’han centrat en l’estudi dels que causen malalties als humans o a espècies d’animals o vegetals que ens interessen. De la resta, sabem que existeixen, intentem classificar-los i poca cosa més. Però no deixem de descobrir nous virus, i en quantitats enormes.

Per exemple, cada litre d’aigua de mar conté al voltant de deu mil milions de virus, de manera que cada vegada que fem una glopada mentre ens banyem ens en cruspim un bon grapat. No passa res, ja que a nosaltres no ens afecten de cap manera. Són virus que infecten algues, peixos i sobretot bacteris, però que no tenen capacitat per infectar les nostres cèl·lules. També el terra i qualsevol superfície imaginable està plena a vessar de virus. Fins i tot n’hi ha a l’aire. No és que hi visquin, però, igual que la pols, sempre n’hi ha que són arrossegats pel vent, de manera que cada dia es dipositen 800 milions de virus sobre cada metre quadrat de terreny.

I quants tipus diferents hi ha? De nou, la resposta és que no ho sabem. Fa uns anys, l’expedició oceanogràfica Tara va recórrer els mars recollint mostres d’aigua i analitzant el que hi trobava. El que van descobrir van ser 200.000 tipus de virus diferents. Pràcticament tots desconeguts fins aleshores. I, pel que fa a terra ferma, un estudi fet l’any 2016, prenent mostres de milers de localitzacions d’arreu del planeta, va descobrir 85.000 noves espècies de virus.

Una cosa important que cal tenir en compte és que la majoria dels que hem descobert són virus que afecten només els bacteris. Això tampoc resulta estrany si pensem que el planeta també està ple a vessar de bacteris. Els virus infecten allò que tenen més a l’abast i resulta que per cada cèl·lula animal o vegetal hi ha milions de bacteris. Al capdavall, al món microscòpic imperen les mateixes regles de predació que al món macroscòpic. Hi ha depredadors i preses, paràsits i simbionts, espècies dominants i rareses evolutives.

En tot cas, la percepció que tenim és que, si continuem buscant, continuarem descobrint milers de nous tipus de virus. I, per això, la conclusió és que encara som lluny de tenir el perfil complet del “viroma” del planeta.

17 / 100
CLASSIFICAR VIRUS

Classificar animals o plantes resulta complicat, però entenedor. Podem mirar si fa fotosíntesi o no per decidir si el fiquem a la categoria d’animals o de plantes. Si és un animal, podem fixar-nos si té el cos dividit en dues meitats més o menys simètriques o si presenta estructura en forma radial, com les meduses. Tindrem en compte si pon ous o si els embrions maduren dins el cos de la mare. Ens fixarem si s’alimenta de vegetals o d’altres animals. Si és una planta que fa flors o que no en fa.

El cas dels bacteris ja resulta més complicat, però podem fixar-nos en coses com la forma i com l’estructura de la paret bacteriana. També és molt rellevant el metabolisme. Si necessita oxigen o no per sobreviure, si pot degradar diferents compostos o no pot fer-ho. Finalment, es pot mirar l’ambient on viuen. Si resisteix temperatures molt altes o salinitats extremes…

En el cas dels virus, també es fan servir sistemes basats en característiques que els defineixen. El problema és que unes entitats tan simples presenten poques característiques, de manera que el que es fa servir són sobretot dues coses. El tipus de material genètic que tenen i la forma de la càpsula que els envolta.

Segons el material genètic, tenim virus DNA i virus RNA. I, filant més prim, trobem els DNA de doble cadena i els de cadena senzilla. També en els RNA n’hi ha de cadena doble i de cadena senzilla. En realitat, és una mica més complicat, ja que, a causa d’uns detalls tècnics en què ara no cal entrar, hi ha uns quants grups més. Això és perquè els RNA de cadena senzilla poden ser positius o negatius i, a més, també hi ha els que es “retrotranscriuen”.

Pot semblar que els investigadors tenen una certa obsessió amb el material genètic, però és que, per un organisme que l’únic que fa és copiar el seu genoma, el fet que aquest sigui DNA o RNA i de cadena doble o simple és, probablement, el fet que condiciona més marcadament el que pot fer. Recordem que un virus és, essencialment, una mica de material genètic envoltat de proteïna.

D’altra banda, també es classifiquen depenent de la càpsida, la “capsa” de proteïnes que envolta el material genètic. Depenent de com sigui, tenim virus amb càpsida icosaèdrica, helicoide o complexa. Aquesta última és, simplement, una combinació de les dues anteriors.

Finalment, hi ha virus nus, que només tenen el material genètic ficat dins una càpsida, i virus envolts, en els quals, a més, hi ha una membrana que ho envolta tot.

I, finalment, s’agafa la seqüència genètica, es comparen les unes amb les altres i es poden establir classificacions per proximitat evolutiva. Això permet comparar molt fàcilment, però dificulta catalogar, ja que tenen tantes variacions, mutacions i canvis que al final el que hi ha és un grapat de diferents versions de la mateixa seqüència i no sempre és fàcil decidir on posar límits entre espècies, varietats i soques. No ho és en els organismes grossos, però aquesta dificultat és molt més gran en els virus.

18 / 100
VIRUS DNA

Els més senzills, per entendre com s’ho fan per multiplicar-se, són els virus que fan servir DNA com a material genètic. Més que res perquè és el mateix que tenen les nostres cèl·lules, de manera que l’únic que han de fer és ficar-se dins la cèl·lula i deixar que la maquinària de copiar DNA que tenim els faci la feina.

Sembla senzill, oi?

Doncs no ho és tant. Amb els virus tot són detalls amagats. El problema que tenen és que, quan un virus entra dins d’una cèl·lula, es troba al citoplasma, però la maquinària per copiar el DNA està situada junt amb el DNA, dins el nucli de la cèl·lula. De manera que el virus se les ha d’empescar per viatjar fins al nucli. Això ho fan a través d’uns porus que hi ha a la membrana que forma el nucli, com sempre, aprofitant els sistemes de transport de la mateixa cèl·lula.

Quan arriba dins el nucli, la càpsida ja es pot desmuntar i el DNA començarà a multiplicar-se una vegada i una altra, fent servir uns enzims de la cèl·lula, anomenats DNA-polimerases. En realitat, per copiar el DNA calen moltes proteïnes i el procés és molt complex, però a la cèl·lula li és igual quin DNA tingui al davant. Ella fa còpies i prou.

Hi ha alguns virus que no tenen les dues cadenes del DNA. Amb una de sola ja en tenen prou. Això, però, no és cap problema, ja que quan entren dins la cèl·lula, aquesta fabrica la cadena complementària per reconstruir la doble hèlix i ja pot començar a fer còpies de la manera normal.

D’altra banda, a part del DNA, al virus també li cal que es fabriquin les seves proteïnes. Les de la càpsida, algunes que té a dins per empaquetar el DNA, ocasionalment algunes que actuen inhibint les defenses de les cèl·lules i sovint n’hi ha algunes que encara no sabem quina funció tenen. El virus necessita que es fabriquin totes i en grans quantitats.

Però tampoc no hi ha cap problema. La maquinària cel·lular encarregada de fer RNA i de fabricar proteïnes a partir de l’RNA es posa a disposició del virus i li fa la feina. Amb el temps, la cèl·lula s’anirà omplint de proteïnes i de DNA del virus, de manera que al final només caldrà que s’empaquetin convenientment totes les còpies del virus que es puguin construir. Hi ha un munt de detalls sobre com es mouen les proteïnes per la cèl·lula, com s’inhibeixen enzims que podrien degradar-les o com surt del DNA víric del nucli que són objecte d’investigació, ja que serien punts on es podria actuar amb algun fàrmac per tallar la producció de més virus i aturar la progressió de la malaltia.

Però de moment encara no tenim manera de frenar-lo i, quan ja hi ha molts virus, comencen a anar sortint de la cèl·lula per encaminar-se cap a altres cèl·lules on aniran repetint el procés sense aturador.