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CONOCIMIENTO A TU ALCANCE

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13 diciembre, 2021 Divulgación Científica
Generalidades

El 17 de enero del presente año, casi un año desde que su genoma fuera reportado, escribíamos una columna en este blog sobre las 13 mil mutaciones reportadas en los casi cien mil genomas de virus SARS-CoV-2, causante del Covid-19, secuenciados hasta la fecha.  Ahora, casi dos años después, con más evolución del virus, la cantidad de mutaciones se ha triplicado y la cantidad de genomas para validarlo supera los 5 millones.

Un esfuerzo jamás visto en la historia de la ciencia y un deseo casi aberrante por terminar las restricciones de la pandemia han acelerado desde el uso de herramientas moleculares , un entendimiento único y sin precedentes sobre tres aspectos importantes de la epidemiología: 1) las tasas de variabilidad molecular en el virus, 2) las relaciones epidemiológicas y patológicas desde un punto de vista molecular y 3) el desarrollo de vacunas, algunas con innovadores mecanismos como mRNA, para la neutralización del virus en tiempo récord.

Evolución Molecular.

En biología, se le conoce al proceso de cambio de las especies, causadas por cambios a nivel genético que van acumulándose y variando a través del tiempo como “evolución”.  En estos dos años de pandemia, hemos visto la evolución en tiempo real del virus, como han surgido nuevas variantes y como esas variantes además de llegar a tener dominancia pueden eventualmente desaparecer por otras.

Así quedó evidenciado cuando en mayo del 2020 en Suráfrica, la variante Beta, (PANGO:B.1.351; Nextstrain: 20H) después de ser causante del 100% de los casos paso a desaparecer por completo por la variante Delta (B.1.617; 21A) en solo 90 días. Y ahora, 4 meses después, la variante ómicron (B.1.1.529; 21K), que se reporto hace solo 2 meses, ya ocupa el 93% de las pruebas analizadas en ese país.

Variantes suráfrica
Cambio de las frecuencias de variantes de SARS-CoV-2 en Suráfrica en los últimos 12 meses (Fuente: Nextstrain + GISAID)

Hace un año los datos eran aun preliminares y parecía que la tasa de mutación del SARS-CoV-2 nos daría una ventaja para poder neutralizarlo. Hemos encontrado mas de 30mil mutaciones que han acumulado 5 variantes de preocupación (con evidencias en aumento de virulencia) y otras dos de interés que le han permitido al virus mantenerse activo sin poderse neutralizar aún.

La diversidad molecular que adquieren los virus se origina específicamente de dos fuentes: Una de ellas es la replicación viral y la otra es la mutación. La primera se refiere al error en la copia cada vez que un virus se copia a si mismo, aunque son también mutaciones, estas están ligadas al proceso natural de replicación.

El otro origen son las mutaciones: cambios estocásticos que tienen los ácidos nucleicos para cambiar por causas ambientales, químicas, físicas y quizás hasta cuánticas.  Estos cambios en su inmensa mayoría son más dañinos para el virus que para los humanos ya que desestabiliza la estructura viral y los hace inviables, sin embargo, algunas pocas mutaciones le pueden aumentar su virulencia.

Esas pocas mutaciones favorables para el virus (y dañinas para los humanos) son las que pueden hacer el virus como más infeccioso, transmisible (original < alfa < gamma < delta < ómicron) , contagioso, severo en síntomas, incurable, letal, resistente a vacunas o indetectable. O peor aún, varias o todas ellas al mismo tiempo.!

Variante Ómicron

La variante ómicron esta hasta ahora compuesta por dos sub-linajes, BA.1 y BA.2. Justo esta semana, fue reportada en Lancet y IFL Science que uno de los linajes (BA.2) carece de una porción significativa de la proteína pico que es usada para detectar la infección tanto por pruebas rápidas de antígenos como por pruebas de PCR (al carecer de la proteína es poque carece del ARN que codifica para esa proteína, así las pruebas resultan en un falso negativo).

Esto significa que los virus del linaje ómicron BA.2 no podrán ser detectados con las pruebas convencionales y es necesario secuenciar y desarrollar nuevas pruebas para este linaje. Afortunadamente las pruebas multiplex que evalúan varios genes virales al mismo tiempo son suficientes por ahora, pero en la genómica viral de SARS-CoV-2 esto podría cambiar nuevamente en cuestión de días.

Aún hay mucho por entender sobre este linaje ya que del tipo BA.2 solo hay hasta el momento 7 secuencias y en la medida que se vaya propagando y se pueda ir secuenciando su genoma en tiempo real se podrá ir entendiendo la relación de la porción de la proteína faltante con la virulencia del SARS-CoV-2 y la patología del Covid-19. Conjuntamente estos datos aportaran a entender si las vacunas aun son eficientes, si es necesario desarrollar nuevas o si no tienen impacto en el uso de las actuales vacunas.

Conclusión

Afortunadamente aun no se han encontrado en la población variantes de altas consecuencias que nos reinicien nuestro trabajo logrado hasta ahora para poder detectarlo, tratarlo, curarlo o prevenirlo.

En la medida que se disminuya la tasa de infección y se cumplan las medidas de bioseguridad (distanciamiento, uso correcto del tapabocas, lavado de manos) se limita significativamente la replicación viral y por ende las probabilidades de que surjan mas variaciones geneticas como las observadas en la variante ómicron asi como de cualquier otra variante que pueda surgir a partir de las ya existentes.

Variantes de virus por evolución
La variante ómicron (sub-linaje BA.2) por evolución carece de una porción de la proteina pico.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador en la Fundación InnovaGen.


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Viendo hace pocos días un video de jirafas donde una de ellas paria a su crio, me volví a aterrar, como muchas otras personas, de lo fácil y práctico que se ve el evento de nacer en otras especies. De igual forma, lo asombroso que los recién nacidos de muchos animales (inclusive mamíferos grandes) salen casi listos al mundo, tal como lo vi en la nueva jirafa que podía caminar en unos pocos minutos.

¿Por qué entonces los nacimientos humanos son tan complicados, dolorosos y poco prácticos en comparación? Por qué la evolución no nos ha dado una mano a los humanos con nuestra forma de nacer?

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Una jirafa y su cria de horas de nacida. (Foto: Periódico El Siglo de Durango, México)

El Dificil Nacimiento Humano

Gracias a la medicina moderna, hay una variedad de formas para que un humano venga al mundo, desde un apretón apretado hasta un viaje fuera del techo corredizo a través de una cesárea. Las experiencias de los padres pueden variar de fluidas a tensas, y aquellos que han pasado por un parto traumático pueden tener dificultades para aceptarlo aún mucho después.

Dado que puede tener consecuencias fatales tanto para los padres como para el bebé, podríamos haber tenido una evolución a favor de una forma más segura y fácil de dar a luz. Desafortunadamente, según un estudio reciente publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), el proceso tal como se da, es por lo visto el mejor posible.

Ingenieria para Estudiar la Evolución.

Una colaboración entre ingenieros de la Universidad de Texas en Austin y la Universidad de Viena examinaron de cerca los fundamentos anatómicos del parto, el cual reveló una serie de compensaciones evolutivas que nos han mantenido con el sistema actual.

Una de las mayores complicaciones del parto humano es el canal de parto significativamente estrecho en comparación con el tamaño de la cabeza de los bebés. Al parecer, esta dificultad se ha mantenido debido a la protección que brinda a los otros órganos de los padres.

El desafío entre ofrecer una salida fácil del bebé y mantener la seguridad de los órganos vitales de la madre es aparentemente lo que impide que el canal de parto se convierta en un paseo más suave y espacioso para los involucrados. Al competir por dos propósitos opuestos para preservar la vida, los dos imperativos biológicos en competencia perseveran frente a la evolución.

«Aunque esta medida ha hecho que el parto sea más difícil, hemos evolucionado hasta un punto en el que el suelo pélvico y el canal pueden equilibrar los órganos internos de soporte al mismo tiempo que facilitan el parto y lo hacen lo más fácil posible», dijo el investigador principal Krishna Kumar en una declaración.

Repaso de Anatomía Humana

Como repaso rápido en anatomía humana, el piso pélvico es un grupo de músculos (que no debe confundirse con la placenta) que estabiliza la columna y sostiene el útero, los intestinos y la vejiga.

Para establecer su papel en el parto y comprender mejor cómo cambiaría su influencia según el tamaño o el grosor, los investigadores llevaron a cabo múltiples análisis y simulaciones de elementos finitos  (técnica usada en ingeniería civil para probar los diseños y estructuras a altas presiones) utilizando modelos computarizados del piso pélvico.

Evolución: El piso Pelvico humano
Figura 1. Vista de la pelvis humana y los musculos que comprenden el piso pelvico. a) vista frontal. b) Vista laterlal con corte sagital. Se muestra en azul el tejido oseo, en rojo (1) el tejido muscular que funciona como apoyo y en blanco (2) el piso pélvico que soporta los organos de la madre (vejiga, útero e intestinos).

Sus resultados mostraron que, si bien un aumento en el tamaño del piso pélvico podría facilitar el parto, sin las estructuras óseas que lo sostienen, otros órganos se desploman y esto por supuesto no es nada bueno.

Para compensar este problema, una opción factible sería un aumento del grosor del suelo pélvico, pero en realidad el engrosamiento aumenta la presión necesaria para empujar al bebé hacia afuera (inclusive a niveles por fuera de las capacidades humanas). Algo que haría el parto más fácil para el bebe, pero mucho más doloroso, de mayor esfuerzo y en algunos casos imposible para la madre.

«Descubrimos que los pisos pélvicos más gruesos requerirían presiones intraabdominales mucho más altas que las que los humanos son capaces de generar para estirarse durante el parto», dijo Nicole Grunstra, de la Unidad de Biología Teórica de la Universidad de Viena, en un comunicado.

«No poder empujar al bebé a través de un suelo pélvico resistente complicaría igualmente el parto, a pesar del espacio adicional disponible en el canal de parto, por lo que el grosor del suelo pélvico parece ser otro ‘compromiso’ evolutivo, además del tamaño del canal de parto. »

Le Evolución en Evidencia

Otra razón anatomica en comparación con otros mamiferos es que los humanos (y algunos primates) por caminar en las dos extremidades inferiores nacemos hacia la parte anterior del cuerpo (ventral) mientras la mayoria de mamiferos nacen por el lado posterior (dorsal) donde ya tienen una estructura osea ajustada y las piernas para soportar los organos.

Esta configuración hace que nuestros organos concentren su peso en un área de menor tamaño generando mas presión sobre el piso pélvico y asi un desplome de los organos a una edad mas temprana para la madre.

Siendo esta investigación la primera en la que se usan Análisis de Elementos Finitos (FEA por sus siglas en ingles) para explorar cuestiones evolutivas, ha evidenciado que los miles de millones de años de evolución han hecho lo mejor posible en este aspecto.

Pablo A. Ortíz P. es doctor en Biología Molecular, postdoctor en Bioinformática e Investigador en la Fundación InnovaGen.
Texto basado en el reporte de la Universidad de Texas: Link Aqui.


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