Análisis de genómica comparativa: del virus SARS al SARS-CoV-2. Similitudes y diferencias

Discusión

La manifestación abrupta de la COVID-19 ha generado diversas hipótesis, entre las que sobresale una probable conspiración sobre la creación de un arma biológica, derivada de una “descabellada manipulación de la ingeniería genética”, situación que genera desconfianza en los científicos y su conocimiento en el campo de la biología molecular. Sin embargo, la biología molecular va más allá, pues si la combinamos con la nueva área de la genómica, abre campos para poder elucidar mecanismos ante este tipo de situaciones de índole mundial y regional.¹² Así, una manera de aplicación de los conocimientos y conceptos moleculares es la genómica comparativa, la cual se basa en la búsqueda de las semejanzas y diferencias entre genomas de diferentes organismos, e intenta de alguna manera dar una explicación ante un problema en este caso de salud.⁹

Distintas áreas de estudio se están enfocando en buscar soluciones para la COVID-19, como la fisiopatogenia, desde la que se busca explicar los desenlaces de la enfermedad, el pronóstico de esta, la búsqueda inmediata de medicamentos antivirales, la posibilidad de un producto vacunal, así como la determinación de los orígenes del virus.¹³ En este contexto, la idea es aportar evidencias que respalden el origen natural del virus mediante la genómica comparativa, gracias a la rápida aplicación de la secuencia masiva y a la liberación de los datos obtenidos.

Debido a las similitudes del SARS-CoV-2 con los SARS presentes en murciélagos y otros mamíferos, las cuales han sido propuestas por distintos investigadores^14,15 y descritas en el presente estudio, proyectamos dos hipótesis. La primera es que todos estos genomas derivaron de un mismo virus ancestral, pero debido a diversas mutaciones, cada uno evolucionó y se adaptó de acuerdo con las condiciones de los hospederos que han colonizado, lo que demuestra e implica que estos virus son altamente mutables; por lo tanto, es probable que el SARS-CoV-2 pudiera cambiar pronto y que algunas de estas mutaciones derivarán en virus más o menos agresivos.^16,17 Esto apoya parcialmente la información, ya reportada, que refiere que los virus cuyo material genético está compuesto por ARN son más susceptibles a mutaciones, o bien podrían estar involucrados en diversos mecanismos de recombinación molecular.^6,7 La segunda hipótesis es que todos estos son coronavirus similares, pero independientes y especie-específica;¹⁸ en tal situación, cada uno tiene su propio virus antecesor, sometido a mutaciones más lentas y controladas, en cuyo caso también llegaría un punto en que alguna mutación derive en cepas más o menos agresivas, como ocurriría con el SARS-CoV-2.

La segunda hipótesis tiene un gran reto, pues excluye la participación de otros hospederos y vagamente se podría argumentar con el grado de conservación observado en las cepas analizadas en el presente estudio de SARS-CoV-2, las cuales provienen de pacientes de distintos puntos geográficos. Adicionalmente, si revisamos los resultados derivados del estudio de más 326 genomas de pacientes, realizado en 2020 por Zhang et al., en el que sugieren que el genoma del virus conserva una gran estabilidad y que, si bien pueden existir variantes, este no guarda relación con el mercado húmedo de Wuhan, por lo que los genomas se pudieron haber desarrollado de manera independiente desde el surgimiento del brote.¹⁹ De alguna manera, ambos resultados podrían generar una legítima incógnita bajo la lupa de cualquier observador, pero la idea de otros mamíferos hospederos implicaría una cantidad de mutaciones que debieron suceder en las distintas cepas tipo SARS, lo cual representa un “esfuerzo”, por así llamarlo, de cuyas dimensiones no estamos conscientes,²⁰ desde la velocidad y temporalidad de ocurrencia de estas mutaciones, hasta la posibilidad de cambios y adaptación a una infinidad de hospederos, virus, e inclusive otros organismos presentes en los hospederos, con los cuales podría haber intercambio de material genético con mecanismos que aún no se describen para este tipo de virus y que necesariamente deben ser estudiados. Sin embargo, este acertijo no basta para desestimar la primera hipótesis, que contempla la participación de distintos hospederos mamíferos.

De modo que la primera hipótesis reúne más argumentos a favor, pues otros análisis han determinado al margen la posible presencia de tres variantes derivadas de procesos de mutaciones rápidas en SARS-CoV-2. La primera, extendida por América y Australia, posiblemente deriva de virus encontrados en otros mamíferos; la segunda deriva de la primera mediante dos mutaciones que se mantuvieron en Asia, y la tercera deriva de la segunda por una mutación que se esparció por Europa.²¹ De manera complementaria, diversos estudios apoyan la idea de que los virus tipos SARS de otros mamíferos se pueden considerar como sucesores del SARS-CoV-2 y son los pangolines y los murciélagos los hospederos intermediarios más probables, propuestos gracias al análisis filogenético de diferentes genes, como ORF1ab, pero principalmente por el estudio de secuencias del gen S.^22,23 En nuestro caso, al analizar todo el genoma no encontramos secuencias o genes del virus SARS-CoV-2, “nuevos/artificiales” o que no pudieran haber descendido evolutivamente (con el esfuerzo que implique) de los virus tipo SARS ya existentes o analizados. Con este virus en particular, estas características pudieran sugerir una capacidad de mutación rápida entre hospederos para su posible adaptación, creencia que puede ser apoyada con la capacidad de que el SARS-CoV-2 ha demostrado en laboratorio que se puede adecuar rápidamente a otros animales domésticos.²⁴ En este caso analizamos también los genomas de otros coronavirus humanos para ver si las secuencias eran “familiares de acuerdo con el hospedero humano”. Por lo que analizamos de 0C43, HKU, MERS, y SARS, los primeros distan demasiado del SARS-CoV-2; pero el SARS-CoV-1, al igual que los virus tipo SARS de los mamíferos, demostró gran identidad, aunque no completa, de modo que pudimos separarlos, de acuerdo con sus diferencias, en virus tipo SARS-CoV-1 y SARS-CoV-2. Es de resaltar que identificamos tres cambios importantes de nucleótidos. El primero, en el ORF1ab, que a pesar de ser evidente a nivel genoma, al momento de realizar la comparación de ambos fragmentos a nivel secuencia de aminoácidos, resulta en una proteína cuya identidad es concordante con la cepa recombinante FJ211859.1 y otros diversos coronavirus, prueba tal vez burda pero que refiere la capacidad de conservación de su naturaleza. El segundo hueco que denominaremos “cambio estrella”, por ser el sitio ideal en el que se esperarían cambios bajo la teoría de adecuación a un hospedero, lo encontramos en la proteína S, cuyos cambios son directamente importantes en el reconocimiento de los receptores en los probables hospederos.^15,24 El tercer cambio es el evidente entre estos dos virus y corresponde a la totalidad de la región ORF8, cuyo origen y función aún no están descritos, pues a nivel nucleotídico solo conserva identidad con cepas de coronavirus parecidos a SARS de murciélagos, y a nivel de aminoácidos posee una baja identidad con tres proteínas no virales, una proteína del lepidóptero, en distintas bacterias, y con un hongo; esto último llama la atención, pues en el caso de las RNasas H generalmente suelen estar involucradas en distintos procesos fundamentales en eucariotas, como replicación y reparación de ADN, recombinación homóloga y transposición o interferencia de ARN.^25,26 Sin embargo, por los porcentajes de identidad y cobertura, son datos que podrían caer en lo artificioso al querer encontrar el origen o función de la proteína; por lo tanto, solo se queda como un dato observado. Lo que sí se sabe de ORF8 es que su papel está relacionado con la patogenicidad de los virus tipo SARS, ya que distintas mutaciones realizadas en esta región durante la epidemia del virus SARS-CoV-1 derivaron en la atenuación de la cepa,²⁷ lo que nos lleva a las incógnitas de si esta diferencia podría ser importante en la eficiencia de la transmisión y la letalidad de SARS-CoV-2 sobre su contraparte, y si se realizarán mutaciones también en ORF8 de SARS-CoV-2.

Cabe aclarar que no se realizó un análisis filogenético del gen S, como en otros estudios,^22,23 razón por la cual no sería factible contrastar nuestros datos. Sin embargo, al analizar el inserto (683-688 aa) de S2 en las cepas tipo SARS de murciélago y pangolín, y utilizarlo de manera didáctica como evento evolutivo, bajo la regla de cambios menores a mayores^26,28 que pudieran haber llevado a la adecuación de la proteína S de SARS-CoV-2 al receptor ACE humano, sería lógico pensar que tanto el murciélago RatG y el pangolín pudieran ser de los últimos hospederos, y que probablemente otros animales pudieran estar involucrados, pues la inserción de cuatro aminoácidos involucraría la inserción de al menos 12 nucleótidos a nivel genómico. Al tratar de buscar el origen del cuarto inserto mediante el alineamiento con otros coronavirus de mamíferos, no se encontró ninguna similitud. Esto pudiera deberse a que es posible que aún no se haya muestreado al animal o a los animales involucrados. Este inserto llamó nuestra atención, debido a que en la fecha de corte de nuestros análisis no se encuentra representado en las estructuras cristalográficas disponibles en las bases de datos como PDB.²⁹ Por esta razón, de momento no es posible inferir si tiene participación en la interacción del virus con el receptor, para lo cual se tendrían que modelar las proteínas, incluido el inserto y estudios adicionales de dinámica, para inferir si tiene una función importante de extensión o conferir alguna otra característica fisicoquímica importante o no para la interacción con el receptor, además de que debe probarse a nivel experimental.³⁰

Otro dato reciente indica que la región genómica entre las bases 21600-22350 bp, que involucra a las regiones ORF1ab y S, es completamente nueva, lo cual sugiere una secuencia “extranjera” a la secuencia de la familia de los coronavirus.³¹ Para ello, Perez³² construyó un genoma hipotético que contenía esta secuencia de nucleótidos y demostró que, tal como sucede en la naturaleza, los eventos biológicos siguen distribuciones tipo ondas de Fibonacci 5 8 13 21 y ahora 34 bp, así como regiones estructurales tipo fractal. Algo por demás interesante es que este tipo de nivel de organización matemática es similar a la secuencia del cromosoma 4 de los humanos, y el mismo autor cuestiona si esta similitud pudiera sugerir también que, debido a la afinidad natural, algún sitio de este cromosoma sería punto de integración para este tipo de virus y, de esta manera, permanece como una infección latente. Mayor cantidad de estudios deben ser realizados para dar respuesta a esta posibilidad.

Respecto a los eventos de recombinación molecular, es importante mencionar que presentan una gran adaptabilidad en diversos hospederos, entre ellos muy cerca de los murciélagos del género Rhinolophus (reservorio mamífero); así, no es difícil pensar en esta recombinación genómica, pero lo más complicado es que un nuevo virus sea capaz de infectar a nuevas especies, es decir, para que ocurra la recombinación, los virus divergentes tienen que infectar al mismo organismo simultáneamente y lo más drástico es que, debido a la velocidad de replicación, la recombinación es un evento frecuente que sucede a diario en lugares donde conviven o cohabitan diversos géneros y especies.³³

Con el análisis genómico realizado y con los reportes previos, podemos sugerir que se descarta la presencia de secuencias que pudieran haber sido introducidas en el laboratorio experimental, y con el análisis realizado se corrobora la presencia y la similitud entre diversos virus de ARN de SARS, como resultado de eventos de evolución natural en más de un solo hospedero.