Els virus

Els virus són estructures infeccioses acel·lulars que necessiten de la maquinària d'una cèl·lula per reproduir-se ja que no tenen metabolisme propi. Per això són paràsits intracel·lulars obligats. 

Es creu que els virus van aparèixer al mateix temps que les cèl·lules ja que sembla ser que el material genètic dels virus prové de les replicacions successives dels àcids nucleics. L'anàlisi d'algunes proteïnes que tenen l'embolcall d'alguns virus fa pensar que provenen de llinatges de cèl·lules extintes actualment.

Els virus a grans trets estan formats per tres elements principals:

• Embolcall extern complex: No es present a tots els virus i la seva funció és protegir el virió quan surt de la cèl·lula hoste. Està formada per una bicapa lipídica on s'insereixen les proteïnes d'embolcall específiques, és a dir, les proteïnes que permeten al virus adherir-se a la cèl·lula.
• Càpsida proteica: Es tracta d'un embolcall proteic construït per estructures més petites anomenades capsòmers que contenen enzims necessaris per la replicació dels àcids nucleics.
• Material genètic: Aquest material genètic pot ser DNA o RNA tant monocatenari com bicatenari.

La enorme varietat de virus fa molt complexa la seva classificació. S'utilitza un sistema taxonòmic, similar al que es fa servir en els éssers vius que es basa en el tipus de càpside, el tipus d'àcid nucleic, el tipus de proteïnes, com es repliquen, quins éssers vius colonitza i quin tipus de malaltia causa. Les families de virus no són monofilètiques, és a dir, no es poden classificar únicament en una família concreta ja que poden compartir característiques entre diverses families, per tant els virus són polifilètics fet que va fer sorgir diferents tipus de classificacions i moltes vàlides i integrables entre sí.

A grans trets podem classificar els virus segons el tipus material genètic en:

• DNA bicatenari: DNA amb una doble cadena.
• DNA monocatenari (-): DNA amb una sola cadena que no codifica proteïnes directament.
• DNA monocatenari (+): DNA amb una sola cadena que codifica proteïnes.
• RNA bicatenari: RNA amb una doble cadena.
• RNA monocatenari (-): RNA amb una sola cadena que no codifica proteïnes directament.
• RNA monocatenari (+): RNA amb una sola cadena que codifica proteïnes.

Segons la seva estructura podem trobar:

Polièdrics: la seva càpsida té forma polièdrica, com els icosaedres. Poden tenir una forma quasi esfèrica.

Helicoïdals: Els capsòmers es troben disposats en forma de hèlix.

Complexos o mixtes:  Estan formats per una càpsida icosaèdrica amb una cua de tipus helicoïdal. Molts virus bacteriòfags són així.

Els virus també es poden classificar segons si tenen o no l'embolcall lipídic i segons l'organisme que infecten: bacteris, protoctists, fongs, plantes, animals i fins hi tot altres virus.

Els virus són capaços de disseminar-se de moltes formes diferents i cada tipus de virus es transmet d'una forma concreta. Alguns necessiten la intervenció del que s'anomena vector de transmissió, és a dir, un ésser viu que actua disseminant el virus però al que no l'afecta la seva presencia. Aquests virus solen afectar a les plantes (fitòfags) o als animals (hematòfags). Recordem el cas del virus del Zika o el del virus del Nil que es transmet mitjançant els mosquits.

Altres virus no necessiten cap vector de transmissió ja que han desenvolupat estratègies per sobreviure un temps a l'ambient fora del cos hoste. Es el cas del virus de la grip (influenza), els virus dels constipats (rinovirus i coronavirus), el de la varicela o sarampió que es transmeten mitjançant els aerosols i les gotetes de saliva que expulsem al respirar. També es poden transmetre mitjançant la via ora-fecal (norovirus) o per contacte directe amb mans, aliments o aigües contaminades (rotavirus) que solen provocar gastroenteritis. Molts virus també es transmeten per contacte directe amb la sang o per via sexual. És el cas del VIH o el virus de l'hepatitis B o C.

I com actuen els virus? Doncs bé, a grans trets, els virus quan detecten, mitjançant les proteïnes que tenen a l'embolcall, una cèl·lula compatible s'acoblen i injecten el material genètic al seu interior (en el cas de bacteris) o s'introdueixen directament dins la cèl·lula fins arribar al nucli (en el cas de les cèl·lules eucariotes). Un cop el material genètic del virus arriba al material genètic de la cèl·lula hoste, aquest "reprograma" el material genètic de la cèl·lula hoste per a que fabriqui còpies del virus. És a dir, el material genètic del virus comença a replicar-se al mateix temps que la cèl·lula fabrica les càpsides de proteïnes que necessita el virus. Un cop esgota els recursos de la cèl·lula hoste, aquesta entra en apoptosis, és a dir, es trenca la membrana, mor i s'alliberen els virus en l'organisme per continuar infectant d'altres cèl·lules. 

Com reacciona el nostre cos?

Davant la infecció d'un virus, el nostre cos desencadena una resposta immunitària que implica tant una resposta innata (resposta no específica) com una resposta humoral (resposta adaptativa en la que estan implicats els anticossos). La resposta humoral sol ocasionar una immunitat permanent per a la majoria d'infeccions, ja que és una resposta específica.

Per evitar les infeccions víriques només tenim dos possibilitats:

• Prevenció:
• Vacunes: Es tracta de substàncies dissenyades per provocar la resposta humoral del cos i per tant obtenir una immunitat permanent. Poden fabricar-se mitjançant tres sistemes:
• Virus vius però inactivats de manera que no provoquen la malaltia. 
• Fragments de virus amb les proteïnes necessàries per activar el sistema immunitari.
• Virus innocus modificats genèticament per expressar les característiques del virus que ens interessa i així provocar l'activació del sistema immunitari.
• Mesures anti-contagi i/o de barrera: Depenent de com es transmet el virus només podem recorrer a mesures amb les que evitem el contacte amb el virus com 
• Ús de mosquiteres o repel·lents (evitem el contacte amb insectes hematòfags), 
• Desinfecció de fruites i verdures abans de consumir-les crues, 
• Cuinar correctament els aliments, 
• Sanejament d'aigües de consum humà, 
• Rentat de mans a consciència desprès d'anar al lavabo i de tocar substàncies que puguin contenir virus (com un canvi de bolquers).
• Rentat de mans a consciència desprès d'esternudar, tossir o  sonar-se el nas.
• Ús de mascaretes.
• Ús de preservatiu.

Si no hem pogut evitar la infecció només ens queda pal·liar els símptomes i esperar que el nostre cos superi la infecció. Depenent de la gravetat potser necessitem suport vital i medicaments anomenats antivirals. 

Els antivirals són medicaments específics que s'ha descobert actuen sobre alguns virus reduint la infecció i ajudant al sistema immunitari a lluitar contra el virus. Són medicaments poc comuns que no serveixen per a tots els virus i que tampoc es poden utilitzar en tots els casos. Per tant, la millor manera de lluitar actualment contra les infeccions víriques continuen sent la prevenció i les vacunes.

Els àcids nucleics: DNA i RNA

Moltes vegades heu sentit a parlar del material genètic, el DNA i últimament també de l'RNA. Però que és realment tot això? 

Els àcids nucleics o també anomenat material genètic, són les molècules que contenen la informació genètica de la cèl·lula, és a dir, és la molècula que conté tota la informació per fabricar totes aquelles substàncies químiques (proteïnes) necessàries per al funcionament de les cèl·lules i en última instància també tot l'organisme.

Es tracta de polímers, és a dir, molècules molt grans i molt llargues formades per altres molècules, els nucleòtids, encadenats entre sí com si es tractés d'un collaret de perles de manera que tenim una macromolècula que pot arribar a mesurar fins als 2m de longitud en els humans.

Els nucleòtids són les peces de les quals estan formats els àcids nucleics. Aquestes peces estan formades, així mateix, per tres molècules més: un grup fosfat, un sucre de 5 carbonis (pentosa), que pot ser una ribosa o una desoxiribosa, i una base nitrogenada (molècula rica en nitrogen), de les quals també hi han diferents tipus.

Com podeu veure a la imatge, el grup fosfat està enllaçat amb el sucre i el sucre així mateix està enllaçat amb la base nitrogenada. Quan els nucleòtids s'enllacen entre sí ho fan alternant el grup fosfat i la pentosa formant com una cadena muntant que servirà de base per a situar la base nitrogenada i obligant a que la cadena només es pugui construir en un sentit concret. Així mateix, és important incidir en que aquest muntant és sempre el mateix, és a dir, en els àcids nucleics, ja sigui el DNA o l'RNA les característiques del muntant són constants, el que canvia és la seqüència de bases nitrogenades.

Les bases nitrogenades són molècules riques en nitrogen que constitueixen la base de la seqüència genètica. Existeixen cinc tipus que són complementàries entre sí, és a dir, que només es poden enllaçar amb la seva parella:

L'Adenina només es pot enllaçar amb la Timina o l'Uracil

La Citosina només es pot enllaçar amb la Guanina.

Un cop ja coneixem les característiques bàsiques dels àcids nucleics anem a diferenciar entre el DNA i l'RNA.

• El DNA té com a pentosa la desoxiribosa i com a bases nitrogenades l'adenina, la timina, la citosina i la guanina. És la molècula dipositària de la informació genètica en tots els éssers vius de la Terra. I com ho fa? doncs mitjançant una seqüència concreta de bases nitrogenades que a més a més és única per a cada individu de la Terra. Generalment compartim aquesta seqüència amb els altres membres de la nostra espècie en un percentatge superior al 99%, però sempre, cada individu té una seqüència única que podem escriure com a una seqüència de lletres que es correspon amb cada base nitrogenada:

... AAA ACG TGC ACC TTG GCG TTA...

Aquesta podria ser un fragment d'una seqüència de DNA qualsevol. Penseu que el DNA humà té de l'ordre de 3200 milions de lletres de longitud.

A nivell estructural la molècula està formada per dos cadenes, bicatenàries, que s'enllacen entre sí en funció de les bases nitrogenades (complementàries) i que es construeixen en sentit contrari (antiparal·leles). Per les característiques de la macromolècula el DNA s'enrotlla sobre sí mateix en una doble hèlix tal i com podem veure a la imatge:

La funció principal és el manteniment de la informació genètica de l'ésser viu i per fer-ho el DNA s'autoreplica, és a dir, fa còpies de sí mateix en un procés anomenat replicació cada cop que la cèl·lula s'ha de dividir.

• D'altra banda tenim l'RNA que té com a pentosa una ribosa i com a bases nitrogenades l'adenina, l'uracil, la citosina i la guanina. Es tracta d'una molècula accessòria en els éssers vius, imprescindible per a molts processos però que no és dipositaria de la informació genètica de l'ésser viu. 

A nivell estructural, en els éssers vius, és una molècula monocatenària, és a dir, una sola cadena que s'enrotlla sobre sí mateixa en una única hèlix sense cadena complementària tal i com podeu veure a la imatge anterior.

La funció de l'RNA és principalment la de traduir la informació continguda en el DNA per tal de poder fabricar proteïnes. Per poder fer aquest procediment que teniu descrit al post de transcripció i traducció són necessàries tres molècules d'RNA específiques:

Origen de la vida

L'origen de la vida ha estat un enigma que els éssers humans hem tractat de dilucidar al llarg del temps i del que encara ara existeixen múltiples models i explicacions que no acaben de donar una resposta concloent al com i quan va sorgir la vida al nostre planeta.

Antigament els nostres avantpassats tenien una concepció mística de l'origen de la vida. Així doncs, en totes les religions de la Terra podem trobar un relat sobre la creació del nostre món i dels éssers vius que l'habiten tenint tots un aspecte en comú: la vida va sorgir mitjançant la vehiculació divina a partir de matèria inert en la que el Deu creador va insuflar vida. Aquesta teoria anomenada Creacionisme és defensada per diversos sectors de la població d'alguns paisos en totes les seves variants que inclouen des d'un creacionisme clàssic que rebutja l'evolució i les evidències geològiques fins a creacionismes contemporanis que defensen la mediació de Deu en tots els fets històrics presentats per la ciència.

Fugint de les concepcions místiques, el poble en general creia, en el passat, que moltes bestioles com ratolins, gripaus, abelles, mosques, cucs i larves sorgien de la matèria inert o la matèria morta en descomposició. A aquest procés l'anomenaven Generació espontània i un dels grans defensors va ser Aristòtil (384 aC - 322 aC). Per al filòsof grec el llot del fons d'un riu, el sotabosc ple de fulles i branques en descomposició o un tros de carn putrefacte eren la matèria (principi passiu) a partir de la qual, si insuflaves forma i vitalitat (principi actiu o entelèquia) podien sorgir éssers vius. La teoria va ser tant àmpliament acceptada que fins hi tot segles desprès podies trobar texts com aquest:

Jan Baptiste van Helmont (1667) Font wikipedia

La singularitat de la teoria va fer que molts naturalistes al llarg del temps dubtessin de la seva validesa, fins al punt que alguns van atrevir-se a provar la seva refutació fent servir mètodes experimentals i no seguint una metodologia empírica:

Francesco Redi (1626 - 1697) va pensar que si no es deixava que les mosques arribessin a la carn resultaria impossible que d'aquesta en poguessin sorgir larves. Per tant va dissenyar un experiment en el que limitava l'accés dels insectes a la matèria orgànica:

Va disposar tres flascons amb carn: el primer obert, el segon tapat amb unes gases que permetien l'entrada d'aire i l'últim completament hermètic. Els resultats els podeu observar a la imatge.

John Needham (1730 - 1781) Va realitzar un experiment en el qual va fer bullir un brou de carn per eliminar els microorganismes preexistents i desprès va segellar els flascons. Dies desprès va obrir els flascons i va comprovar que s'havien format colònies de bacteris.

Lázaro Spallanzani (1721-1801) Va repetir els experiments de Needham incorporant algunes variacions: va esterilitzar els flascons abans d'omplir-los de brou, va fer bullir el brou i va segellar amb molta cura els flascons. Dies després els va obrir i no havien aparegut colònies de bacteris. Va deixar un dels flascons obert uns dies i va comprovar que en aquest, que estava obert, sí van aparèixer colònies de bacteris.

Louis Pasteur (1822 - 1895) Partint dels experiments d'Spallanzani Pasteur va afegir una modificació: va utilitzar flascons amb coll de cigne que va omplir de brou. En fer-los bullir, una part del vapor quedava atrapat en el coll proporcionant un tap estèril prou eficaç. En cap dels flascons el brou es va descompondre ni van aparèixer colònies bacterianes. Temps desprès, va obrir un dels flascons en el qual el brou va trigar poc temps en fer-se malbé, mentre que els altres continuaven en aparent bon estat.

A partir d'aquests experiments Pasteur va formular la seva teoria sobre la biogènesi: Tot ésser viu prové d'un altre ésser viu.

La idea de Pasteur implicava una premissa sorprenent: si tots els éssers vius provenen d'un altre ésser viu d'on va sorgir el primer? Des de llavors tots els estudis s'han orientat a trobar una resposta a aquesta pregunta:

• Panspèrmia: Aquesta teoria defensa que la vida no es va originar a la Terra si no que va ser sembrada per les pluges de meteorits que va sofrir durant els primers milers d'anys des de la seva formació. Aquesta premissa parteix de la idea que determinats protobacteris, biomolècules i espores podrien viatjar en els meteorits i asteroides i entrar a la Terra en forma de pols estel·lar o fins hi tot sobreviure a un impacte contra la superfície (normalment contra masses d'aigua). D'aquesta manera, en trobar unes condicions òptimes, aquests microorganismes es poden reactivar, reproduir i adaptar per desenvolupar la vida al nostre planeta. Aquesta teoria es veu recolzada per anàlisis experimentals en les que determinats microorganismes poden sobreviure a condicions extremes i la presència de biomolècules en diversos meteorits. Alguns investigadors, com el físic Stephen Hawking (1942 - 2018) van suggerir que aquesta seria una forma en la que la vida es pot estendre per l'Univers. 

• Síntesi abiòtica o abiogènesis: Aquesta teoria recupera, en certa manera, la idea de la generació espontània però amb la particularitat que en lloc de formar-se els éssers vius directament de la matèria en descomposició, el que es formarien són protobacteris a partir de compostos químics orgànics que es poden sintetitzar de forma natural en determinades condicions.

Aleksandr Oparin (1894 - 1980) va ser un biòleg i bioquímic soviètic que va formular una de les primeres hipòtesis sobre l'origen de la vida. Es va adonar que determinats compostos químics com el Metà (CH4) o l'amoníac (NH3) eren presents en abundància en altres cossos estel·lars. Així mateix, l'oxigen es podia extreure de l'aigua (H2O) i que aquesta es força present en les abundants erupcions volcàniques (constitueix un 10% del magma que expulsa un volcà en qualsevol erupció). Aquests compostos químics són precisament la base de la vida. Oparin va postular que en condicions adequades on l'aigua fos líquida, estigués a suficient temperatura i sota l'acció dels raigs UV i les descàrregues elèctriques de les tempestes es podrien haver produït reaccions químiques que permetessin l'aparició d'aminoàcids i altres biomolècules. Hem de tenir present que abans de la teoria d'Oparin, molts altres investigadors havien provat experimentalment la síntesi de determinades biomolècules amb èxit. Aquestes biomolècules, sotmeses a l'acció de la pluja, les altes temperatures i les radiacions solars, es devien combinar unes amb les altres fins a formar proteïnes i altres compostos més complexos enriquint els mars i oceans en el que va anomenar "brou primordial". En aquest context les proteïnes, dissoltes en aigua, formen col·loides que interaccionant entre ells poden formar protobionts: els precursors de les cèl·lules. 

Així doncs, aquests protobionts podrien haver adquirit la capacitat d'autoreplicar-se i de consumir la matèria orgànica en abundància que hi havia al brou primordial.

Stanley Miller (1930 - 2007) i Harold Urey (1893 - 1981) van ser uns investigadors estatunidencs que familiaritzats amb els postulats d'Oparin es van proposar provar experimentalment la hipòtesis. Van dissenyar una estructura de vidre esterilitzat que contenia els gasos altament redutors que es pensa abundaven en l'atmosfera primitiva: metà, amoníac, nitrogen i aigua. Van fer passar aquests gasos per un circuit on eren sotmesos a l'acció de radiacions, altes temperatures i a descàrregues elèctriques tot simulant el que serien les condicions de l'atmosfera primitiva. Passat un temps, van analitzar el resultats i van trobar diversos compostos orgànics entre ells múltiples aminoàcids diferents (fins a 20) i diversos sucres, però el que no explicava aquest experiment era la formació dels àcids nucleics.

Altres investigadors han proposat hipòtesis de la formació de biomolècules complexes i protocèl·lules basant-se en les condicions inicials que devien haver al principi de la formació de la Terra. En aquest sentit s'han estudiat escenaris amb condicions extremes com les fonts hidrotermals submarines, llacunes volcàniques amb alt contingut en sulfurs i ferro o les sorres de platges radioactives degudes a l'alta concentració de minerals d'urani. 

• Teoria de la gènesi mineral: En aquesta teoria els investigadors defensen que l'agregat molecular no podia succeir a l'aigua ja que les molècules estarien massa disperses entre sí, per tant postulen que probablement la mediació de determinades als minerals podien afavorir les reaccions químiques necessàries. Així doncs, la formació dels protobionts s'hauria d'haver donat en zones argiloses.
• Teoria de les fonts hidrotermals: Les condicions que es donen en les fonts hidrotermals submarines es creu que són similars a les que devien haver a la Terra al principi de la seva formació: alta temperatura per la proximitat als volcans, alta concentració en ferro, sulfurs, metà, amoníac i diòxid de carboni, falta d'oxigen i falta de llum. En aquestes condicions es formen de forma natural molècules orgàniques que podrien acumular-se al costat de les xemeneies submarines i formar-se els agregats moleculars necessaris per formar els protobionts.

Tot i les múltiples teories en cap cas han aconseguit encara replicar experimentalment els àcids nucleics tot i que sí han pogut sintetitzar biomolècules complexes. Es pensa, no obstant, que a partir d'aquestes biomolècules es van formar primer els àcids nucleics, potser primer l'RNA, per desprès saltar a estructures acel·lulars autoreplicants, on entrarien els virus, per posteriorment formar els primers protobacteris i més tard els diferents tipus de cèl·lules eucariotes.

Hi ha moltes teories i models que s'han proposat i que es continuen investigant sense resultats encara concloents. L'origen primigeni de la vida continua sent encara un misteri per resoldre.