VIRUS: LOS "HACKERS" DEL CÓDIGO UNIVERSAL
Vivimos tiempos extraños y complicados: la pandemia generada por la expansión del virus denominado COVID-19 está cambiando nuestra forma de actuar y de pensar, nuestra forma de relacionarnos, nuestra sanidad, nuestra economía, nuestro trabajo, nuestro ocio, nuestra educación, nuestros transportes... ¿Como es posible que una pequeñísima "bolsa de proteínas" miles de veces más pequeña que una bacteria que contiene un minúsculo trozo de ADN pueda producir una cosa así? Una de las claves que explica este hecho es el tipo especial de información contenida en ese minúsculo trozo de ADN; la otra clave hay que buscarla en factores sociológicos, psicológicos, políticos, periodísticos... pero ese es otro tema, que ya traté en otros artículos y vídeos, algunos censurados. Como esto es un blog de Ciencia, en este artículo solo hablaré de la primera de las claves.
En este artículo veremos a los virus desde una nueva perspectiva, una perspectiva sorprendente que relaciona virus, ADN y evolución con una rama de la Ciencia aparentemente diferente: la teoría de la información.
Entendiendo y aceptando lo que somos en realidad
Gran parte de lo que vemos en nuestro mundo macroscópico está determinado por un mundo microscópico invisible. Nosotros mismos, aunque macroscópicamente parezcamos un organismo compuesto de órganos indivisibles, en realidad estamos formados por billones de microorganismos; de hecho, somos el resultado de la acción organizada de una inmensa colonia de microorganismos (entender y aceptar este hecho no es nada fácil aunque es una de las cosas más asombrosas e increíbles que un ser humano puede aprender de la naturaleza). Se estima que estamos compuestos de, aproximadamente, unos 40 billones de microorganismos grandes (que llamamos células) y de unos 40-80 billones de microorganismos mucho más pequeños (bacterias y virus). La esencia de los seres vivos (multicelulares) reside en como se produce esa "acción organizada" de los microorganismos de los que estamos compuestos.
El programa que "dirige" el mundo
Imaginemos una gran caja de piezas de lego que contiene 20 tipos diferentes de piezas. Estos 20 tipos de piezas pueden encajarse de forma secuencial para formar piezas más grandes que contienen cientos de estas piezas más pequeñas. Estas piezas más grandes, una vez montadas, tienen propiedades extraordinarias: al dejarlas libres se pliegan formando una estructura tridimensional. La forma de esta estructura depende totalmente del orden en que se han unido las piezas más pequeñas. Esta forma tridimensional decidirá las características "mecánicas" de estas piezas: dureza, estabilidad, conductividad, movilidad, etc. Ahora imaginemos un nanorobot que tiene delante de sí miles de piezas pequeñas y que siguiendo un código muy sencillo: va ensamblando las piezas al estilo de una cadena de montaje. El código simplemente utiliza cuatro letras: A,G,C,T y sus "palabras" contienen únicamente tres de estas letras. Por tanto hay 64 posibles combinaciones: AAA, AAC, ACC, etc. Cada "palabra" de tres letras se corresponde con un tipo de pieza pequeña, por ejemplo, AAA=pieza pequeña 1, AAC=pieza pequeña 2, etc. (como hay 64 combinaciones y solo 20 tipos de piezas, el código es redundante: varios códigos se refieren a la misma pieza). Las piezas grandes pueden agruparse para formar tejidos elásticos, duros, huecos, etc. Aunque parezca increíble, combinando de la forma adecuada las piezas grandes podemos construir casi cualquier cosa: músculos, huesos, arterias, ojos o troncos de árboles. ¡Esta es otra de las cosas más asombrosas que alguien puede aprender sobre la naturaleza de los seres vivos!
Por si todavía no lo han adivinado, todos estos elementos que he descrito son reales y describen el funcionamiento fundamental de todo ser vivo: el "nanorobot" son los ribosomas de las células, las piezas pequeñas son los aminoácidos, las piezas grandes son las proteínas y, por supuesto, el código universal de cuatro letras es el ADN. La denominación de "código universal" no puede ser más adecuada: todos los seres vivos del planeta, desde las bacterias, las amebas o los hongos hasta los animales o las plantas utilizan el mismo código de cuatro letras. En el argot informático podríamos decir que todos utilizan el mismo sistema operativo.
Ahora imaginemos que, por diversas causas, un trozo muy simple de código externo penetra en una célula y llega hasta el núcleo fusionándose con el ADN de la célula. Cuando el "nanorobot" de la célula (el ribosoma) lea el nuevo trozo de código externo, este ensamblará los siguientes aminoácidos en el orden que le indique el nuevo código y por tanto fabricará las proteínas que le indique este nuevo código, es decir, ¡fabricará las proteínas que forman el organismo que invadió la célula! Esto es precisamente lo que hacen los virus, su forma de actuar recuerda enormemente a la forma de actuar de los virus informáticos. Por eso estos organismos se pueden denominar ¡Los hackers del código Universal!
Trozos de "programa" egoísta
Cuando los científicos fueron capaces de analizar en profundidad el ADN de distintos seres vivos, encontraron algo muy extraño: gran parte del código estaba formado por fragmentos sin sentido, es decir, fragmentos de código que no sirve para construir proteínas. De hecho, solo el 1,2% del ADN humano se traduce para construir proteínas, el resto puede considerarse "ADN inservible". De nuevo la similitud con la informática es impresionante: esto significaba que el código Universal de los seres vivos estaba "infectado". ¿De donde procede esta enorme cantidad de código inservible? Después de leer el apartado anterior la respuesta parece fácil: son códigos pertenecientes a organismos externos (sobre todo virus) que penetraron en la célula y se fusionaron con su ADN. Esto ya de por sí es increíble, pero hay más: la mayoría de estos fragmentos externos están ya degradados y son inactivos, pero existen algunos que todavía están activos. Los fragmentos activos pueden, en un momento dado, "despegarse" del ADN y "saltar" a otro lugar distinto del ADN en el que residen. De nuevo ¡Similar a un virus informático!
Esto puede ser muy peligroso: si el lugar nuevo en el que se instalan contiene un gen importante, este puede verse dañado produciendo consecuencias muy graves: la leucosis aviar es un tipo de cáncer que afecta a diversas especies animales como los pollos y es provocada por un trozo de fragmento de ADN vírico que en un determinado momento "salta" de una zona a otra del ADN de la célula causando daños en genes que regulan el crecimiento celular y provocando cáncer. Estos fragmentos "saltarines" se denominan retrovirus endógenos y se encuentran en todas las especies que existen. Se estima que en los seres humanos existen hasta 100.000 trozos de ADN de retrovirus endógenos (el 8% del ADN). Afortunadamente en los humanos estos fragmentos parecen estar desactivados.
Llegados a este punto, ha llegado el momento de descifrar el "arma secreta" o el "código hacker" que utilizan los fragmentos de ADN egoísta como los virus para duplicarse: la capacidad de "copia-pega" que poseen estos fragmentos es debida a una proteína muy especial (una enzima) denominada polimerasa capaz de romper los enlaces moleculares del ADN, hacer una copia de un fragmento de ADN y volver a insertar el fragmento en otra zona distinta. La polimerasa se utiliza en las famosas pruebas PCR (Polymerase Chain Reaction) para hacer millones de copias de trozos de ADN minúsculos (ADN de virus por ejemplo) y poder así analizar la muestra. Como ya he manifestado en otras ocasiones, una PCR positiva no es igual a una infección por el virus actual, puede deberse a otros elementos microbianos.
Después de lo que hemos visto, es difícil considerar a un virus como un organismo vivo, de hecho, existe controversia en si es conveniente o no clasificar a los virus como seres vivos: ¿Un trozo de ADN es un ser vivo? La respuesta parece clara: NO. ¿Un trozo de ADN con una membrana y con capacidad para replicarse a expensas de otro organismo es un ser vivo? Un virus parece más un fragmento de ADN egoísta que actúa como parásito de organismos vivos complejos más que un ser vivo en sí mismo.
La acción de los virus en el mundo
Los virus surgieron en la Tierra miles de millones de años antes que cualquier planta o animal. Estos organismos se multiplican de forma vertiginosa y tienen gran capacidad para mutar y evolucionar. Debido a ello, estos seres (o más bien fragmentos de código) han colonizado cada milímetro cúbico de espacio de nuestro planeta: no existe lugar en nuestro mundo libre de virus (salvo quizás algunos laboratorios científicos altamente esterilizados). Este hecho tiene grandes consecuencias sobre la vida en la Tierra: cualquier forma de vida existente tiene que aprender a convivir con ellos (y a defenderse de los infecciosos). Además se cree que jugaron un papel muy importante en la evolución de los primeros seres vivos complejos ayudando en gran medida a su evolución.
Hay otro escenario donde la acción de los virus se manifiesta de forma espectacular: el océano marino. En los océanos se libra diariamente la que puede ser la mayor batalla del planeta: cada litro de agua marina contiene unos 100.000 millones de virus. Para hacerse una idea de lo descomunal de esta cifra, si juntáramos todos los virus de los océanos del mundo, su peso equivaldría al de 75 millones de ballenas azules (existen menos de 10.000 ballenas azules en el mundo). Esta inmensa cantidad de virus infecta y mata diariamente a entre el 15% y el 40% de todos los microorganismos marinos del planeta. Es difícil imaginar la magnitud global de este evento destructivo. Entre estos microorganismos destruidos se encuentran las bacterias fotosintéticas y los algas unicelulares que generan hasta el 50% del oxígeno del planeta y regulan la cantidad de CO2 emitida. Los virus permiten regular la cantidad de estos microorganismos para mantener las cantidades adecuadas de O2 y CO2 consiguiendo así regular la temperatura media del planeta.
Programas que construyen "envoltorios"
Imaginemos un programa que contenga la información para fabricar y ensamblar proteínas y células que formen una especie de cilindro protector, con dos pequeñas aberturas con células fotorreceptoras, un habitáculo interior con enzimas para digerir alimento y unas antenas con células "olfativas" para detectar fuentes de energía. Este es el programa (simplificado) de un ser vivo sencillo: una especie de gusano primigenio. Con el tiempo, debido a la acción de la selección natural, este programa simple fue evolucionando y se diversificó en innumerables programas mucho más complejos, programas capaces de construir sensores de humedad, de movimiento, camuflajes, patas, uñas para escarbar, emisores-receptores de ultrasonidos, alas, troncos, raíces... el programa básico inicial dio lugar a millones de programas más evolucionados con todo tipo de envoltorios y herramientas adaptadas al entorno en el que vive cada organismo.
Existen incluso programas que utilizan miles de "envoltorios" para construir enormes hormigueros con cavernas y conductos de ventilación, otros utilizan unos pocos "envoltorios" más grandes para construir pequeñas presas o telas de araña. Otros utilizan programas para fabricar venenos, gases paralizantes o ácidos mortales. Otros (como los parásitos) utilizan programas para cambiar de envoltorios si es necesario e introducirse dentro de otros organismos más grandes para vivir a expensas de ellos. Estos programas son capaces de construir casi cualquier cosa permitida por las leyes de la Química y la biología y adaptarse a la vida en los más recónditos lugares del planeta. Los distintos programas pueden también intercambiarse fragmentos de código que pueden resultar beneficiosos en entornos hostiles (esta práctica se llama transferencia horizontal de genes y es algo muy común entre virus y bacterias).
Conclusiones
Nosotros, los seres humanos, consideramos que somos los únicos capaces de construir aparatos tecnológicamente avanzados y no nos damos cuenta de que la naturaleza lleva haciendo esto durante millones de años: los murciélagos usan sofisticados emisores-receptores de ultrasonidos, los insectos detectan el alimento a decenas de kilómetros, las aves se orientan mediante sensores del campo magnético... Para que esto sea posible la información sobre cómo se construyen los seres vivos y sus "herramientas" debe guardarse y traspasarse de generación en generación mediante un "programa". Este es el programa de la vida: el programa Universal del ADN.
Esta imagen de seres vivos como "envoltorios" o "máquinas con herramientas" fabricadas por un programa especializado puede sonar extraña y perturbadora; sin embargo, representa una descripción increíble del poder de la naturaleza. Todos sabemos que los hijos se parecen a los padres, que los animales tienen instintos innatos, que todos los seres vivos complejos nacen a partir de una sola célula fecundada. ¿Que otra cosa puede lograr tal proeza sino un programa con información codificada? En el interior de todos los seres vivos se ejecuta un programa realizado en un "sistema operativo" Universal. La información es la clave de todo: permite a los seres vivos existir, desarrollarse, alimentarse, reproducirse y evolucionar.
¿No es esta una imagen increíble de la naturaleza?
Algo sobre bacterias
¿Cuántas bacterias tenemos en nuestro cuerpo? ¿Es verdad que tenemos 10 veces más bacterias que células? Desde hace años se viene diciendo que el 90% de nuestras células son bacterias, que tenemos 10 veces más bacterias en nuestro cuerpo que células humanas, que hasta 2 Kg de la masa de un ser humano son bacterias y que somos más bacteria de lo que pensamos. ¿Pero es eso cierto?
Para calcular estos datos, lo primero que tenemos que saber es cuántas células tiene un ser humano. Pero claro, los seres humanos somos muy distintos entre nosotros. Por eso, los científicos han consensuado lo que podemos definir como un humano “de referencia”. Cuando hablamos de un humano, la Ciencia se refiere a “un varón de entre 20-30 años de edad, de 70 kg de masa y 170 cm de altura”. La mayoría de las fuentes citan que la cantidad de células en este humano es entre 1013 y 1014. Y respecto al número de bacterias, la “tradición popular” siempre ha mantenido que eran entre 1014 y 1015. De ahí que tenemos 10 veces más bacterias que células humanas. Y esto se ha repetido repetido tantas veces que ya nadie lo pone en duda.
Comenzamos a dudar de que el número de bacterias en nuestro cuerpo sea 10 veces el de células humanas
Pero, ¿es eso cierto? ¿De dónde viene que tenemos unas 1014 bacterias en nuestro cuerpo? Lo primero que tenemos que tener en cuenta es que tenemos bacterias repartidas por casi todo el cuerpo: en la boca, saliva, estómago, intestino delgado, intestino grueso (colon), piel y vagina. Pero la inmensa mayoría de nuestros microbios están en el intestino, concretamente en el colon. En el resto de sitios la cantidad de bacterias es varios órdenes de magnitud menor: por eso lo que realmente cuenta para el cálculo total son los microbios del colon. Se distribuyen de la siguiente manera:
Órgano
Número total de bacterias
Colon
1014
Placa dental
1012
Saliva
1011
Intestino delgado
1011
Piel
1011
Estómago
107
Parece ser que la primera publicación en la que se cita que tenemos 1014 bacterias en nuestro cuerpo es de 1972. Dice más o menos así: “Un hombre adulto tiene 1014 microbios en su tracto intestinal. Este dato se basa en el contenido de 1011 microbios/gramo del tracto alimentario y que su capacidad es de aproximadamente 1 litro”. Y este dato (1014) es el que se ha ido “arrastrando” y citando hasta nuestros días.
Recientemente, otros investigadores han revisado y vuelto a calcular el número de bacterias y de células humanas en nuestro cuerpo. En el pionero trabajo de 1972 asumen que el intestino tiene una capacidad de 1 litro, lo cual parece ser cierto. Pero los microbios no están repartidos por igual en todo el intestino, sino que la cantidad significativa para nuestro cálculo está en el colon, como he dicho. Estos autores tienen en cuenta que un adulto produce entre 100-200 gramos de heces al día, y considerando la dinámica del tránsito fecal, calculan que el colon tiene un volumen medio de unos 410 ml. Luego han revisado todos los estudios sobre las medidas de la cantidad de bacterias en heces, y concluyen que el dato más correcto es de 0,92 x 1011 bacterias por gramo de hez. De esta forma, calculan que la cantidad de bacterias en el colon de nuestro hombre “de referencia” es de aproximadamente 3,8 x 1013 (el resto de bacterias en otros órganos es menor de 1012, por lo que no influyen en el cálculo total).
El número de bacterias en nuestro cuerpo es de 3,8 x 1013
¿Y eso cuánto pesa? Pues bastante menos que los 2 o 3 kilos que hemos dicho muchas veces. Según estos autores la mitad del peso del colon son bacterias y como el peso medio del colon es 0,4 kilos, se supone que nuestras bacterias pesan unos 0,2 kilos. Tus bacterias pesan unos 200 gramos.
¿Y cuál es el número de células humanas en ese hombre adulto “estándar”? Los trabajos anteriores dan valores entre 1012 y 1014, y un estudio reciente basado en tipos celulares precisa más: el cuerpo humano tiene 3,7 x 1013 células. Sin embargo, estos autores han recalculado también este dato. Para ello, han tenido en cuenta que el 84% de nuestras células son glóbulos rojos. Las células musculares y las de grasa (adipocitos) aunque suponen un 75% de la masa celular (son células muy grandes) sólo contribuyen con menos de un 0,2% al número total de células humanas. Por tanto, lo que realmente contribuye a nuestro número total de células son los glóbulos rojos, que son unos 2,5 x 1013, mientras que el resto de células humanas son “solo” unas 0,5 x 1013.
Tipo celular
Número total de células
Glóbulos rojos
2,5 x 1013
Células endoteliales
6 x 1011
Células de la glía
8,5 x 1010
Fibroblastos
2,6 x 1010
Distribución del número y la masa de los diferentes tipos de células en el cuerpo humano
El número de células humanas en un hombre “estándar” es de 3 x 1013 Por tanto, lo que realmente importa para calcular la relación bacterias/células son las bacterias del colon y los glóbulos rojos. Mientras que tradicionalmente hemos estimado que la proporción entre bacterias (1014) y células humanas (1013) es de 10/1, la revisión actual calcula esa relación de 1/1 aproximadamente. Una bacteria por cada célula humana. Tenemos la misma cantidad de bacterias que de células humanas. Todos estos cálculos se refieren al humano “estándar”, pero ¿cómo influye si los calculamos en una mujer “estándar”? Pues podríamos esperar que en mujeres la relación fuera mayor, tienen en proporción el doble o triple de bacterias que un hombre. En realidad lo que tienen es menos células humanas. El volumen del colon en la mujer es prácticamente igual al del hombre, pero la mujer tiene un 10% menos de glóbulos rojos y hasta un 20-30% menos de volumen sanguíneo. Por eso, podríamos esperar que la relación bacteria/células aumentara dos o tres veces en mujeres.
¿Y con la edad?, ¿cambia esa proporción con la edad? Pues en parte sí. La densidad de bacterias en el colon es relativamente constante desde la infancia hasta el adulto. Pero el volumen del colon (menor en niños) o el de sangre (mayor en niños y menor en ancianos) puede causar pequeños cambios en la proporción bacteria/células con la edad. ¿Y con la obesidad?, ¿aumenta la proporción bacterias/células si eres gordo? Ya hemos visto que los adipocitos (células de grasa), aunque se hipertrofien, no afectan significativamente al número total de células humanas. Pero las personas obesas pueden tener un volumen de colon mayor. Aunque tengan un colon mayor (más bacterias), también aumenta el volumen de sangre (más glóbulos rojos), por lo que la proporción bacterias /células se suele mantener similar a la de un hombre “estándar”.
Si lo que más influye en nuestro cálculo de bacterias totales son las que hay en el colon, la relación bacterias/células también varía si disminuye el número de bacterias intestinales. Esto ocurre cada día, en que se puede llegar a expulsar hasta un tercio de nuestras bacterias. Así, es de esperar pequeños cambios en la proporción 1/1 a favor de las células humanas respecto a las bacterias.
No somos 90% bacterias, pero somos mitad humanos, mitad bacterias. Hemos llegado a leer que tenemos 10, e incluso 100 veces más bacterias que células. Si ahora resulta que la proporción es 1/1, ¿qué ocurre, que nuestras bacterias no son tan importantes como pensábamos? Por supuesto que son importantes, todo esto no afecta para nada al importante papel biológico que nuestras bacterias juegan en nuestra salud. Ahora resulta que no son tantas como pensábamos, pero siguen siendo la mitad de nosotros: por cada célula tenemos una bacteria, ¡mitad humanos, mitad bacterias!
© 2020 Javier De Lucas