Albert Altés (Barcelona, 1965). Fascinat des de petit per la ciència, va estudiar Medicina, es va especialitzar en Hematologia a l’Hospital de Sant Pau de Barcelona i va obtenir el doctorat amb premi extraordinari a la Universitat Autònoma de Barcelona. Sempre ha compaginat la pràctica clínica amb la recerca i amb l’activisme social; entre d’altres, ha creat una associació per combatre l’hemocromatosi, una malaltia rara. Actualment és cap del servei d’hematologia a la Fundació Althaia de Manresa i professor de Medicina a la Universitat de Vic – Universitat Central de Catalunya, on coordina un curs de postgrau sobre la teràpia genètica i cel·lular CART. Amb aquest llibre va guanyar el Premi d’Assaig Ricard Torrents Bertrana.

Són motors de l’evolució, creadors de nous gens i generadors de diversitat. Ens han permès parir i ens han dotat de memòria. Ens ajuden a curar el càncer i potser podran combatre les infeccions quan els antibiòtics no ho facin. Els virus formen part de la nostra biologia.

I la curiositat que ens va fer abandonar les cavernes, navegar pels oceans i per l’espai és la que ens ha ensenyat a convertir aquests microorganismes en aliats. Les ganes de saber van portar Lynn Margulis a descobrir l’endosimbiosi, Barbara McClintock a somiar els gens que saltaven pel genoma, Rosalind Franklin a explorar l’ADN amb raigs X, Emmanuelle Charpentier i Jennifer Doudna a desenvolupar un mètode per editar el genoma.

Albert Altés embarca els lectors en un viatge de milions d’anys, des dels orígens de la vida al nostre planeta fins als reptes de la recerca mèdica actual, i fa valer el llegat de les dones i els homes que han cregut en el coneixement i en l’emoció de compartir-lo.

Aquesta obra va rebre el 1r Premi d’Assaig Ricard Torrents Bertrana. El jurat estava format per Jordi Amat, Xavier Antich, Francesc Codina, Pilar Godayol, Cristina Pujades, Marina Subirats i Blanca Llum Vidal.

© 2021, Albert Altés

© d’aquesta edició:

Eumo Editorial. C. Dr. Junyent, 1. 08500 Vic

www.eumoeditorial.com — eumoeditorial@eumoeditorial.com

—Eumo és l’editorial de la UVic-UCC—

Primera edició: octubre de 2021

Disseny de la coberta: Enric Jardí

Maquetació: Grafime

Producció de l’ePub: booqlab

ISBN: 978-84-9766-756-2

Queda rigorosament prohibida sense autorització escrita de l’editor qualsevol forma de reproducció, distribució, comunicació pública o transformació d’aquesta obra, que serà sotmesa a les sancions establertes per la llei. Podeu adreçar-vos a Cedro (Centro Español de Derechos Reprográficos, www.cedro.org) si necessiteu fotocopiar o escanejar algun fragment d’aquesta obra (www.conlicencia.com; 91 702 19 70 / 93 272 04 47). Tots els drets reservats.

Índex

Introducció: viatge al món dels virus

1. Vius i no vius

2. Els virus i l’origen de la vida

3. Som espurnes de virus

4. Escala de color

5. Perduts en la immensa mar blava

6. Aprenents de bruixots

7. El llop domesticat

8. Un possible substitut dels antibiòtics

9. Existeixen els X-men?

10. Els més estranys sovint són els més interessants

11. El coneixement, la millor inversió

12. La quarta teràpia contra el càncer

13. L’elixir de l’eterna joventut

Epíleg: l’efecte tafaner

Bibliografia

Introducció: viatge al món dels virus

En el moment que escric aquestes línies vivim una situació difícil causada per un germen; una pandèmia, segons l’OMS. De sobte, un virus nou que hem anomenat SARS-CoV-2 ha sorgit des de la Xina per estendre la por i la mort per tot el món. No és una situació nova per a la humanitat, però sí que ho és per a nosaltres en particular. Les epidèmies existeixen des que existeixen les ciutats. És curiós pensar que aquest fenomen no es donava quan els humans vivien en petits col·lectius dispersos pel món. Perquè hi hagi una epidèmia ens cal un germen al qual els humans siguem susceptibles i cadenes de transmissió per estendre l’agent infecciós. Per tant, les epidèmies són una conseqüència directa de la prosperitat humana i de la tendència de la nostra espècie a agrupar-se en grans col·lectius. Les nostres ciutats superpoblades i el món globalitzat en què vivim, amb transports aeris ràpids i sense barreres, han fet la resta.

En general, per als humans, què són els virus? Doncs la majoria respondria que són uns minúsculs organismes infectius capaços de provocar malalties. No hi veiem res de positiu. En tenim una visió molt deformada. Ens hem assabentat de la seva existència enmig de la mort de milers o fins i tot de milions de persones. El virus de la verola ha estat el més mortífer en la història de la humanitat. Es calcula que ha causat més de 500 milions de morts en diverses epidèmies. Els espanyols van eliminar en bona part els maies en contagiar-los virus inexistents en aquelles contrades. Alguns investigadors defensen que, com a contrapartida, els nadius americans ens van transmetre la sífilis, una malaltia desconeguda fins llavors a Europa. Fa poc més de cent anys la grip espanyola va matar, en una sola epidèmia, de 50 a 100 milions de persones. Encara s’ha pogut revifar aquell virus mortífer a partir de les restes d’un soldat que va morir durant la Primera Guerra Mundial i que va ser trobat congelat en una glacera. Les mortaldats causades per virus no es poden comparar amb res, ni tan sols les guerres maten tanta gent. No resulta gens estrany que entre tots hàgim creat el concepte que els virus no són més que agents nocius, estranyes partícules petitíssimes que venen del no-res per fer-nos mal. Els veiem com uns éssers tan aliens a nosaltres que ens podem permetre odiar-los sense aturador, maleir-los i implorar que se’n tornin allà d’on sigui que hagin vingut. Aparentment, res no ens lliga als virus, no els entenem i no els podem veure sense l’ajuda del microscopi electrònic. Els diagnostiquem amb estranyes proves genètiques o serològiques que constitueixen l’única traça del seu pas entre nosaltres. En aquest llibre emprendrem un viatge de descoberta que ens demostrarà que estem totalment equivocats. La nostra existència està íntimament lligada als virus i podem dir que en som hereus. Veurem que la immensa majoria dels virus no ens causen cap mal i, de fet, no seríem aquí sense la seva gegantina i generosa contribució. Els virus formen part de nosaltres, de la nostra essència com a humans.

En aquest assaig discutiré el paper usualment assignat als éssers més petits de la Terra i trencaré una llança per ells. Al llarg de les pàgines següents comprovarem que l’ombra d’aquests minúsculs organismes és allargada i que afecta tots els àmbits de la vida, des del seu origen i evolució fins a la nostra pròpia existència. El coneixement adquirit ens permetrà reflexionar sobre algunes coses amb una perspectiva més àmplia. A més, descobrirem que en l’actualitat els virus ens ajuden a superar alguns dels reptes mèdics i biotecnològics més difícils als quals s’enfronta la humanitat. Mentre exposo aquests fets, faré valdre l’eina que ens ha permès comprendre la nostra estreta relació amb els virus: el mètode científic. Tot aprofitant aquest viatge, m’entretindré a fer una breu fotografia d’alguns dels milers d’investigadors que han fet possible aquest conjunt de coneixement cooperatiu, mundial i autocrític que cerca asimptòticament la veritat i que anomenem ciència.

1
Vius i no vius

Segurament va ser l’allunatge de l’Apollo 11 el fet que em va enlluernar i em va convidar a entrar al món de la ciència; però ben mirat llavors jo era massa petit, tot i que la fita va ressonar amb força durant els deu anys següents. A mi m’agrada pensar que la influència més poderosa la vaig rebre d’una sèrie de televisió anomenada Cosmos que es va emetre per un dels dos únics canals que existien a Espanya durant els anys setanta. El director i conductor d’aquell programa, Carl Sagan, era un astrofísic que va destacar com a divulgador científic. En aquells episodis vaig aprendre que els àtoms que formen el nostre cos es van sintetitzar fa milers de milions d’anys en reaccions de fusió nuclear dins el cor d’estrelles. De fet, tots els àtoms més pesants que el ferro es van formar dins de supernoves i estrelles de neutrons. A Sagan li agradava dir que «som literalment pols d’estels», una frase que em va fer comprendre el nostre origen còsmic i la interrelació estreta que tenen tots els fenòmens dins de l’univers. És aquesta mena d’interrelació la que he retrobat de nou en el món dels virus.

Moltes persones de la meva generació es van sentir motivades per aquella sèrie, i en general per Sagan, i de fet encara avui continua essent un personatge molt citat a Google. Sagan va descobrir l’efecte d’hivernacle estudiant l’atmosfera de Venus, un efecte que ara ens mata a poc a poc. També va ser un activista ferm contra la Guerra del Vietnam i l’armament nuclear. A més, va esdevenir un defensor ferotge del mètode científic, confrontant-lo amb la veritat revelada pròpia de les religions i amb formes de pensament «màgic» com l’astrologia o l’homeopatia. Però allò a què va dedicar més energia va ser a la cerca de vida a l’espai. En aquest sentit, va col·laborar en la creació d’una institució dedicada a la cerca de vida extraterrestre anomenada SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence). També va formar part de l’equip científic de la missió Viking, la primera que va cercar infructuosament vida a Mart. Per a la NASA era molt important definir clarament què és la vida per poder-la identificar en cas de trobar-la en un altre planeta o a l’espai remot. Però encara ara ens costa decidir si l’expressió més senzilla lligada a la vida, els virus, són organismes realment vius. La definició que la NASA va aplicar als virus va ser aquesta: «sistemes autoreplicants que contenen informació genètica i que poden evolucionar», la qual no deixa gaire clar si un virus és quelcom viu o mort. També cal dir que actualment no tothom estaria satisfet amb aquesta definició de virus.

Els virus són les entitats biològiques més abundants a la Terra, n’hi ha més que estels al cel. Es calcula que hi ha aproximadament 10³³ virus (un 1 seguit de 33 zeros), 10³¹ bacteris i 10²⁵ estels, i que aviat hi haurà 10¹⁰ humans. Dins el nostre cos, també guanyen la partida. Estem formats per 10¹³ cèl·lules, 10¹⁴ bacteris i aproximadament entre 10¹⁵ i 10¹⁶ virus. Hi ha 1,8 milions d’espècies de virus conegudes i es calcula que com a mínim n’hi ha deu vegades més de desconegudes. Per entendre millor què són i com funcionen els virus, hem de fer necessàriament un repàs a nocions elementals de bioquímica i de fisiologia cel·lular. Prego al lector que no estigui acostumat a aquesta mena de literatura que tingui coratge i, encara que li calgui una mica d’esforç, superi aquesta part. Com quan fem el camí feixuc que ens permetrà gaudir d’una bona vista dalt d’una muntanya.

Tots els éssers vius són cèl·lules o estan formats per conjunts de cèl·lules. De cèl·lules n’hi ha de dues menes. Unes tenen un orgànul central gros i esfèric, el nucli, format per una membrana i a l’interior del qual hi ha una substància química coneguda per les sèries de crims, l’ADN (àcid desoxiribonucleic), i les proteïnes associades. Nosaltres estem compostos per aquestes cèl·lules, que anomenem eucariotes i que són força complexes i evolucionades. Les altres cèl·lules són més primitives i no tenen nucli. Per tant, tenen l’ADN escampat dins el líquid intracel·lular. Les anomenem procariotes i l’exemple més conegut d’aquest tipus de cèl·lules són els bacteris. No tenim cap dubte que tant les cèl·lules eucariotes com les procariotes estan vives, perquè tenen allò que anomenem metabolisme. El metabolisme és el conjunt de reaccions químiques que tenen lloc en un organisme per mantenir-lo viu. Aquests processos permeten que els organismes creixin i es reprodueixin, que mantinguin les estructures que els formen i que responguin al medi. El metabolisme està constituït per milers de processos bioquímics encadenats, en una majoria dirigits per unes proteïnes clau que faciliten les transformacions químiques i que anomenem enzims. Podem afirmar que els enzims són els que dirigeixen les rutes metabòliques i les fan possibles. Per tant, el tipus i la quantitat d’enzims existents i el moment en què es produeixen o es degraden són clau en el control del metabolisme.

Però, qui decideix quan es produeixen o es deixen de produir els enzims i en quina quantitat? O, dit d’una altra manera, qui governa, en última instància, el metabolisme cel·lular? Gregor Mendel va demostrar que els trets característics dels individus s’heretaven de pares a fills especificats amb unes unitats d’informació que va anomenar gens. El treball de diversos científics a principis del segle XX va permetre demostrar que els gens s’expressen en els organismes en forma d’enzims i que el seu substrat físic està situat en unes estructures del nucli cel·lular anomenades cromosomes constituïdes per dues substàncies diferents: l’ADN i les proteïnes.

En aquell temps es creia que la substància constitutiva dels cromosomes i responsable de l’emmagatzematge de la informació dels gens havia de ser per força una substància químicament molt complexa. Com que les proteïnes semblaven molt més complexes que l’ADN, els científics s’inclinaven a pensar que les proteïnes dels cromosomes eren el material genètic que cercaven. De fet, l’ADN, del qual es desconeixia la funció, no semblava res més que un avorrit polímer format per un conjunt repetitiu de quatre estructures químiques senzilles, anomenades nucleòtids, organitzades linealment l’una darrere de l’altra. La naturalesa del material genètic va interessar i dividir els biòlegs durant la primera meitat del segle XX, fins que finalment, el 1944, va quedar clar que l’ADN era la substància química de la qual estaven fets els gens de Mendel. La clau d’aquest descobriment històric la va proporcionar l’any 1928 el bacteriòleg britànic Frederick Griffith mentre investigava una vacuna per a la pneumònia més comuna, la que causava el bacteri Streptococcus pneumoniae. En els seus experiments, Griffith va fer servir dues soques de Streptococcus relacionades i conegudes com a soques R i S. Els estreptococs de la soca R quan es cultivaven en una placa de Petri formaven colònies d’aspecte rugós (d’aquí la R). Aquests estreptococs R no eren virulents, és a dir, en injectar-los a un ratolí no li causaven la malaltia. Per facilitar la comprensió els anomenarem estreptococs «inofensius». En canvi, els bacteris del grup S formaven colònies llises (S, per la paraula anglesa smooth). L’aparença llisa era deguda a un recobriment especial d’aquests bacteris que els protegia del sistema immunitari del ratolí, i per això resultaven estreptococs virulents que causaven la malaltia. Els anomenarem estreptococs «virulents». Com a part dels seus experiments, Griffith va injectar bacteris virulents morts per calor a ratolins, que, com era d’esperar, no van emmalaltir. Però després Griffith va mesclar bacteris inofensius vius amb bacteris virulents morts per calor i els va injectar junts a un ratolí, i va resultar que llavors el ratolí presentava infecció i moria, i el més sorprenent era que Griffith recuperava de la sang del ratolí mort bacteris del tipus virulent i, cosa més sorprenent encara, eren vius! La conclusió encertada de Griffith va ser que els bacteris inofensius havien pres dels bacteris virulents morts alguna mena de substància «transformadora» que els havia convertit en estreptococs virulents de tipus S vius i amb capacitat infectiva.

El 1944 tres investigadors, Avery, McCarty i MacLeod, es van proposar identificar la substància «transformadora» de Griffith. Per això van produir grans cultius de bacteris virulents morts per calor i, amb una llarga sèrie de passos bioquímics, van purificar progressivament la substància transformadora en rentar, separar i destruir la resta de components cel·lulars. La misteriosa «substància transformadora» no era altra cosa que ADN. Des de llavors sabem que l’ADN és l’autèntic director de la producció d’enzims i el que decideix la quantitat i el moment idoni de la seva producció. En definitiva, que l’ADN és el rector del metabolisme cel·lular.

El 1953 els investigadors britànics James Watson i Francis Crick van desvetllar l’estructura química de l’ADN, potser la troballa científica amb més ressò de la història. Avui sabem que aquell anunci amagava una enorme injustícia. Rosalind Franklin, una investigadora que treballava en el mateix departament, també va formar part d’aquest descobriment històric. Watson i Crick li van robar els resultats de la seva recerca, basada en la cristal·lografia de raigs X, que va resultar clau en la descoberta. Aquest fet va restar ocult durant molts anys per culpa d’una acadèmia i una societat patriarcals i masclistes. El fet és que finalment va quedar demostrat que l’ADN està format per una doble cadena d’uns compostos químics anomenats nucleòtids dels quals només n’hi ha de quatre tipus diferents: adenina (A), citosina (C), guanina (G) i timina (T).

L’ADN emmagatzema la informació genètica en la seqüència dels seus nucleòtids A-C-G-T. Aquesta seqüència, com si es tractés d’un missatge xifrat, conté tota la informació necessària per a la producció de proteïnes i enzims, així com per a la regulació de la seva producció. A més, les dues cadenes de les quals es compon són complementàries, de manera que els nucleòtids de cada una s’uneixen sempre segons el criteri de complementarietat de bases A-T i G-C. Això explica de quina manera es replica l’ADN. Si es separen les dues cadenes, es pot reconstruir amb fidelitat en cada una d’elles l’estructura doble original a partir del principi de complementarietat esmentat. Així és com una molècula tan «avorrida» pot contenir tota la informació necessària per mantenir i reproduir la vida. No obstant això, la informació de l’ADN no es converteix en proteïnes d’una forma directa. Abans cal que hi hagi la transcripció de la seqüència d’ADN a una de complementària d’un altre àcid nucleic d’una sola cadena: l’ARN. Aquest segon àcid nucleic és una substància molt similar a l’ADN, que conté igualment quatre nucleòtids complementaris però amb una composició química lleument diferent. Aquest ARN és el que conté en la seva seqüència la informació transferida des de l’ADN i el que la transporta fins al lloc on realment produeixen les proteïnes, on es descodifica la informació genètica.

Inicialment es creia que la informació genètica sempre fluïa en el mateix ordre, des de l’ADN fins a l’ARN i finalment a l’estructura proteica. D’això se’n va arribar a dir «dogma central de la biologia molecular». Com veurem més endavant, però, els virus van posar fi a aquesta creença.

Podríem dir que els virus són «entitats quàntiques»; no perquè siguin molt i molt petits (que en general ho són), sinó perquè, com el gat de Schrödinger, són vius i morts, si més no seqüencialment al llarg del que podem anomenar el seu cicle vital. En l’actualitat, tots els virus són paràsits obligats, tots necessiten un hoste (procariota, eucariota o fins i tot un altre virus) capaç de proporcionar-los el metabolisme a partir del qual puguin sustentar la seva pròpia replicació genètica i la síntesi proteica o, dit d’una altra manera, la seva vida. Abans d’infectar l’hoste, els virus són entitats que més aviat pertanyen al món químic inanimat que no pas al món biològic. Podríem dir que són una mena de cristalls inerts, compostos de material genètic i embolcallats de proteïnes, llestos per activar-se si troben l’hoste adient. El virus s’uneix a la superfície de la cèl·lula que infecta, on injecta el seu material genètic. És llavors quan el seu material genètic s’apodera de la maquinària metabòlica de la cèl·lula per passar a dirigir-la. Així creen els seus enzims i repliquen el seu material genètic per produir milions de còpies del mateix virus. Aquestes còpies rebenten la cèl·lula hoste per alliberar-se i dedicar-se a infectar altres cèl·lules.

Existeix un altre tipus d’infecció viral en què el material genètic del virus s’enganxa al material genètic de l’hoste sense dominar-lo, simplement passen a reproduir-se junts. Així, la seva «vida» queda lligada a la de la cèl·lula hoste. Quan aquesta segona mena d’infecció es produeix en animals o plantes superiors, si els gens del virus aconsegueixen inserir-se dins el material genètic de les cèl·lules reproductores de l’hoste, passaran de pares a fills, generació rere generació. D’aquesta manera, el virus bescanvia independència i llibertat per la «vida eterna».

2
Els virus i l’origen de la vida

Si pensem en l’aparició de vida a la Terra, el sentit comú ens diu que necessàriament aquesta es degué iniciar en la seva forma més simple i rudimentària, evolucionant fins a les cotes de complexitat astronòmica que veiem en els nostres dies. Seguint aquest raonament, les formes inicials de vida serien virus, tal com ja van postular el 1920 Félix d’Herelle i John Burdon Sanderson Haldane. De fet, existeixen estructures d’ARN molt més simples que els virus, anomenades ribozims i viroides, dels quals parlarem més endavant i que serien candidats òptims per a aquestes fases ancestrals de la vida. No obstant això, la comunitat científica va descartar inicialment que la vida tingués aquest inici per una raó òbvia: els virus, per estar «vius», sempre necessiten un hoste i no poden tenir mai una vida totalment independent. Però potser això no sempre ha estat així.

Lynn Margulis era una estudiant de biologia quan es va casar amb Carl Sagan l’any 1957. Tots dos eren molt joves: ella tenia dinou anys i ell vint-i-tres. La parella no va gaudir de l’estabilitat suficient i finalment es van divorciar. Ara m’adono que, de la parella Margulis-Sagan, Lynn va ser científicament més rellevant. Indirectament, va ser Margulis qui ens va assenyalar quin hauria pogut ser el paper real dels virus en l’origen de la vida, tot i que ella el que estudiava eren bacteris.

Margulis, el 1967, amb molt d’esforç va esquerdar l’encara ara preeminent teoria neodarwiniana de l’evolució. Segons aquesta teoria, existeix una variabilitat intrínseca en les diferents espècies produïda a partir de petits canvis en el seu ADN per mecanismes de mutació a l’atzar i també per recombinació genètica per mescla del material genètic. La selecció natural devia incidir sobre aquesta variabilitat afavorint l’evolució dels individus més adaptats al medi. Tot aquest procés es devia produir amb lentitud geològica. Però el registre fòssil entra en contradicció amb aquesta teoria, ja que sovint veiem canvis massa ràpids en el procés d’especiació per ser explicats per un procés tan lent. La proposta de Margulis afegia com un mecanisme evolutiu més la fusió sobtada d’uns individus, o de parts d’aquests individus, amb altres, amb la creació per simbiosi d’éssers nous que representarien la suma de gens i de capacitats funcionals dels individus fusionats. En concret, va postular que els cloroplasts, unes organel·les responsables de la fotosíntesi que observem en les plantes verdes, podien correspondre fa més de 2.000 milions d’anys a microorganismes independents de tipus cianobacteri, que es van fusionar i que van evolucionar juntament amb arqueobacteris formant un conjunt que constitueix les actuals cèl·lules vegetals eucariotes. De manera similar, altres bacteris capaços de produir energia per oxidació es van fusionar amb algun protist anaerobi i van perdre la seva independència per esdevenir els actuals mitocondris que tots tenim a dins de les nostres cèl·lules. Aquests dos exemples concrets han estat validats per la ciència per múltiples evidències. Aquest procés de fusió, Margulis el va anomenar endosimbiosi seriada, un mecanisme que pot explicar els salts evolutius ràpids i inesperats observats en el registre fòssil, impossibles d’assolir només amb processos de mutació espontània. Una característica de l’endosimbiosi és que l’organisme «engolit» sempre cedeix la major part dels seus gens a la cèl·lula que n’assumeix el control. Dit d’una altra manera, perd una gran part de la seva complexitat i autonomia per passar a desenvolupar una relació simbiòtica. Des d’aquesta perspectiva, potser els virus van ser en un inici sistemes autònoms amb capacitats biosintètiques i metabòliques que, en un moment de l’evolució, van renunciar a la seva autonomia per formar part d’altres éssers vius establint-hi una relació simbiòtica parasitària obligada. Hi ha moltes evidències que afavoreixen aquesta hipòtesi, entre d’altres l’existència de viroides i ribozims.

Els viroides són molècules d’ARN nu de cadena única, circular o en forma de pal, amb capacitat infectiva a plantes i que no disposen d’embolcall proteic o lipídic. La mida dels viroides oscil·la entre 246 i 467 nucleòtids, molt més petits que els virus. Potser el més sorprenent d’aquests elements és que malgrat que contenen informació que transmeten a la descendència (són capaços de replicar-se, encara no sabem com, en ambients citoplasmàtics adequats), aquesta no està continguda en la seqüència de nucleòtids del seu àcid nucleic. És a dir, tenen zero gens. Per entendre quina mena d’informació transporten, podem imaginar que ens posem la mà a la butxaca i n’extraiem una clau. La clau conté informació, l’única que obrirà el pany. Però no es tracta d’informació emmagatzemada en algun codi complicat, sinó que simplement és informació estructural. Només una clau amb l’estructura geomètrica adequada obrirà el pany correcte. Així de senzill. La informació del viroide està continguda en la conformació tridimensional que adopta el seu ARN; dit senzillament: en la seva forma. Els ribozims encara són més petits i aparentment més insignificants. Es tracta de petites molècules d’ARN que, com en el cas dels viroides, tampoc no contenen informació genètica i sí informació estructural. S’ha demostrat que presenten activitat enzimàtica, tot i no ser proteïnes, i que poden trencar i empalmar altres molècules d’ARN així com modificar la seva pròpia cadena nucleotídica.

Alguns científics creuen que en una primera fase de la vida va existir un món d’ARN. Petites cadenes d’ARN sintetitzades per processos inorgànics que van formar finalment ribozims. Aquests van crear i modificar cadenes d’ARN a l’atzar, fins que algunes amb capacitat per autoreplicar-se i adaptar-se al medi químic imperant es van fer més nombroses i van continuar evolucionant. En algun moment un ribozim es va unir a un component proteic i va formar el primer complex capaç d’iniciar la síntesi proteica. Potser alguna petita bombolla lipídica va proporcionar protecció al conjunt, creant així el primer sistema que podríem anomenar viu. A poc a poc la complexitat va augmentar, es va sintetitzar un enzim capaç de transcriure ADN a partir d’ARN (com veurem en el capítol següent) sobre el qual va poder evolucionar el codi genètic. Finalment va esdevenir la primera cèl·lula. Amb el temps, aquells virus d’ARN primordials van passar per processos d’endosimbiosi i van quedar per sempre lligats a cèl·lules més grosses. Tot el procés pot semblar enrevessat, però és més plausible que suposar que la vida es va formar per l’agrupació a l’atzar de substàncies químiques generades inorgànicament fins que, a còpia de moltes combinacions, es formés per casualitat la primera cèl·lula. Una cèl·lula sembla massa complexa per haver aparegut de cop i per atzar. Si la hipòtesi del món d’ARN és certa, la Terra deu als virus ni més ni menys que el naixement de la vida.

3
Som espurnes de virus

Molts virus tenen com a material genètic l’ADN. D’altres, anomenats retrovirus, estan constituïts d’ARN i només es transcriuen a ADN quan infecten una cèl·lula. Aquests últims virus tenen un embolcall que protegeix l’ARN viral unit a un conjunt de proteïnes, entre d’altres un enzim quasi exclusiu dels retrovirus, la transcriptasa inversa. Aquest enzim és clau, perquè és capaç de sintetitzar una cadena d’ADN a partir del motlle d’ARN víric i a partir d’aquí l’ADN produït pot seguir els dos camins que hem descrit prèviament. O bé es pot transcriure de nou en ARN per reproduir l’ARN víric original i les proteïnes que l’acompanyen donant lloc a la reproducció del virus, o bé es pot integrar dins el genoma de la cèl·lula com a endovirus. El descobriment dels virus d’ARN i de la transcriptasa inversa va resultar una sorpresa entre els biòlegs, perquè suposava el trencament del dogma central de la biologia molecular. La informació no passava només de l’ADN a l’ARN, sinó que també podia fluir en el sentit invers. Els retrovirus no són pas una raresa. De fet, són abundantíssims. Només als oceans la transcriptasa inversa constitueix el 13,5 % de totes les proteïnes aïllades en el plàncton marí, de manera que és la proteïna que hi preval.

Sabem des dels anys vuitanta que el nostre ADN conté algunes seqüències que pertanyen a endovirus inserits en anteriors generacions. Al principi aquesta troballa va causar sorpresa, però va ser assumida ja que, com hem explicat, els retrovirus es poden copiar a l’ADN i inserir-se al genoma. Que finalment hagin passat als gàmetes sexuals i d’aquí a la progènie no hauria d’estranyar ningú. L’escàndol va sorgir quan l’any 2001 es van publicar els resultats del projecte de recerca en genètica més ambiciós del segle XX: el projecte genoma humà. Aquest projecte multinacional i multimilionari finalment va aconseguir seqüenciar tot el genoma d’una persona, i els resultats no van desmerèixer l’expectació que s’hi havia dipositat. Només el 2,5 % de tots els gens, uns 22.000, van resultar ser codificants, és a dir, que es tradueixen en proteïnes que ens configuren totalment com el que som. Això no ens fa sentir gaire orgullosos ja que, per exemple, les bananes tenen 32.000 gens. Queda clar que més gens no vol dir necessàriament més complexitat, però aquesta és una altra qüestió. La pregunta immediata va ser: quina és la funció de la resta del genoma? Inicialment, tota aquesta massa de gens amb funció desconeguda es va interpretar com a ADN escombraries. Amb els anys i amb el desenvolupament d’un projecte multinacional no menys ambiciós, ENCODE, s’han esbrinat moltes coses.

Una gran part dels gens no codificants formen part de seqüències reguladores de l’expressió genètica. Es tracta d’informació que determina quan i en quina mesura s’expressen els gens i com es coordina tot plegat. Potser això era esperable. L’enorme sorpresa va ser descobrir que aproximadament el 45 % de tot el genoma humà està constituït per seqüències genètiques d’origen víric, i un 8-10 % per genomes vírics pràcticament complets (uns 40.000 aproximadament) integrats dins el nostre genoma des de fa milions d’anys. Són els anomenats retrovirus endògens humans (HERV per les sigles en anglès) o endovirus. Des d’aquesta descoberta queda clar que els nostres gens no són genuïnament humans; més aviat són una col·lecció de gens d’altres organismes. A banda dels ja comentats que corresponen a retrovirus, en tenim un 10-20 % que corresponen a gens bacterians i un 5 % que corresponen a fongs. La resta de participacions no està quantificada.

Com pot ser que genomes retrovirals pràcticament complets i en part funcionals ocupin dins el nostre genoma tres o quatre vegades més d’espai que tots els nostres gens estructurals? Com pot ser que pràcticament en un 50 % el nostre genoma sigui d’origen víric? Ens agradi o no, comprovem amb aquestes dades incontrovertibles que, tant si van participar en l’origen de la vida com si no, els virus són una part molt important de la nostra evolució com a espècie.

En l’escena final de la pel·lícula El planeta dels simis el coronel George Taylor, interpretat per Charlton Heston, s’adona que aquell estrany indret, on tots els papers estan invertits, és el mateix planeta Terra des d’on anys enrere va sortir propulsat per una nau espacial. L’estàtua de la Llibertat esdevé, al final de la pel·lícula, el testimoni de la derrota del personatge, que s’adona en qüestió de segons que la destrucció de la seva llar ha estat originada pels seus propis congèneres. Llavors, empès per la ràbia i aixecant el puny, crida: «Humans, jo us maleeixo!», en una imatge que ha esdevingut una icona del setè art. Portem bé això de reaccionar contra un enemic, de lluitar contra alguna cosa externa que ens amenaça o que ens fa mal. Hem evolucionat sobrevivint dia a dia als perills que ens envoltaven i és un invent recent del nostre món opulent el fet de no patir sovint per la nostra vida. Com a espècie, posseïm recursos ancestrals que ens permeten encaixar situacions catastròfiques. Portem molt pitjor les situacions confuses, en què no podem categoritzar exactament l’enemic com a «dolent», en què el pretès enemic pot ser el nostre germà. Per això preferim «demonitzar» els enemics, els atribuïm característiques animals i els despersonalitzem per poder-los atacar millor. Quan Taylor s’adona que és precisament l’home el causant del desastre, cau de genolls i plora, perquè resulta molt difícil odiar-se a un mateix. Com li va passar al coronel Taylor, veiem de cop l’estàtua de la llibertat dins els nostres gens. Els virus, aquells assassins cruels, aquella maleïda pesta, sempre han format part de nosaltres, configurant-nos tal com som. Estem íntimament lligats als virus. Com diria Sagan, a més de pols d’estels també som espurnes de virus.

4
Escala de color

En alguna ocasió tots hem hagut de canviar alguna aixeta a casa. Si ara canviés una aixeta per primer cop, segurament cercaria un tutorial al YouTube per tal d’aprendre els detalls de l’operació. Però fa molts anys que vaig començar a canviar aixetes, i llavors no existia internet (si m’esteu llegint alguns lectors joves, no us estranyeu: internet no fa pas tant que existeix). Quan vaig haver de col·locar la meva primera aixeta, no vaig preguntar a ningú com es feia (tothom sap que els homes mai no preguntem com es va a un lloc…). Vaig aconseguir treure l’aixeta vella i posar la nova, però vaig patir de debò per afluixar i per collar els cargols respectius de les dues aixetes. La femella de fixació quedava tremendament enfonsada i era quasi impossible accedir-hi amb cap de les meves eines. Em preguntava com algú havia pogut dissenyar un sistema tan complicat per a una operació tan i tan senzilla. Un dia, badant per una ferreteria, vaig llegir un cartell en què s’anunciava una clau especial per collar aixetes. En vaig comprar una immediatament. Des d’aquell dia friso perquè una aixeta no funcioni i l’hagi de canviar, perquè quasi gaudeixo de la tasca. Tot és tan fàcil, quan disposes de l’eina adequada…

Els retrovirus tenen el costum d’inserir-se en el genoma de la cèl·lula que infecten. Poden estar-s’hi força temps, però en algun moment el virus es pot activar i es pot iniciar la producció d’ARN i de proteïnes víriques per tal d’iniciar un nou cicle infecciós. Sovint, en marxar els virus s’enduen fragments del genoma de l’hoste, és a dir, gens de l’hoste propers a les seqüències on s’havia inserit el virus, com a gens propis. Quan això passa, el virus transporta en el seu viatge gens de la cèl·lula que havia infectat, gens que integrarà dins la nova cèl·lula que infecti, gens que transferirà d’una cèl·lula a una altra o entre individus, en un procés que anomenem transferència horitzontal. Aquelles persones que critiquen les tècniques de manipulació genètica perquè suposen transferir gens d’una espècie a una altra, que sàpiguen que els virus fan aquest tipus de procediment de manera natural des de fa milions d’anys. D’infecció a infecció, els virus van traslladant gens entre individus i, fins i tot, de vegades entre espècies. Cada gen que transporten és una nova capacitat, una nova eina que permet fer coses noves. De vegades pot representar la diferència entre evolucionar sota la pressió de la selecció natural i l’extinció, de la mateixa manera que disposar de la clau adequada per collar aixetes pot ser la diferència entre un lampista que prospera en el mercat i un que s’arruïna. Els virus reparteixen cartes noves en una partida de pòquer en què tots ens hi juguem la supervivència. Els virus són un dels principals motors de l’evolució, la seva contribució és majúscula. Només als oceans hi ha 10³⁰ virus i allí s’hi produeixen de l’ordre de 10²³ infeccions virals per segon, que generen una transferència genètica horitzontal astronòmica.

Val a dir que la integració d’un virus en un genoma també pot ser molt perillosa. És possible que si cau en un mal lloc, en inserir-se dins de l’ADN, malmeti un gen o una zona reguladora important i destrueixi funcions primordials per a la cèl·lula, però això no resulta rellevant perquè de cèl·lules se’n moren milions cada dia. És més perillós si la inserció es dona en una zona reguladora d’algun gen la funció del qual és impedir el càncer, o una proteïna reguladora del creixement i la diferenciació cel·lular. Aquí, el perill per a l’individu ja és més gran, perquè pot representar l’inici d’un tumor maligne. Però en algunes circumstàncies el risc de provocar un càncer lligat a aquest mecanisme encara pot ser més alt.

Dins el nostre genoma disposem de gens molt especials que controlen el creixement i la diferenciació cel·lular, el procés pel qual d’una cèl·lula primordial indiferenciada obtenim una cèl·lula plenament funcional integrada dins un teixit particular. L’expressió d’aquesta mena de gens és màxima durant el desenvolupament embrionari, quan a partir del zigot producte de la unió dels gàmetes masculí i femení s’han de desenvolupar tots els teixits especialitzats que al final conformen el nostre organisme. La funció d’aquests gens és primordial, com també és primordial que només s’expressin quan cal, en el moment i en el lloc oportuns. Un d’aquests gens mal regulat pot causar un desastre, perquè activaria el creixement i la diferenciació cel·lular allí on no toca, provocant un tumor. Un virus inserit al genoma pot arrencar un d’aquests gens i inserir-lo a l’atzar a dins del genoma d’un altre individu tot provocant un càncer. D’això en diem un oncogen víric. Inicialment es van descobrir els oncogens a partir de l’acció oncogènica d’alguns virus. La sorpresa va venir més tard, quan es van descobrir gens molt similars en cèl·lules humanes no canceroses. A aquesta mena de gens amb capacitat de produir tumors se’ls va anomenar c-onc quan es trobaven en genomes cel·lulars i v-onc quan es trobaven en virus. Existeixen diferències entre uns i altres, i de fet els v-onc solen ser més eficients en la provocació del càncer que els c-onc. Aquestes diferències es deuen a mutacions sobrevingudes durant l’evolució del mateix virus. Si un virus que transporta un oncogen s’integra en la zona adequada del genoma, el càncer és segur.

Els retrovirus són proclius a cometre errors quan repliquen el seu material genètic. En cada replicació d’un retrovirus amb 10.000 nucleòtids es produeixen aproximadament deu mutacions. És a dir, els virus no només transporten gens d’un hoste a un altre, sinó que a més els «tunegen» i els incorporen canvis, per bé o per mal. Amb aquest comportament incrementen encara més la font de diversitat genètica i per tant acceleren l’evolució. Els virus muten, recombinen, insereixen, trenquen i mesclen gens. Ara sabem que els virus globalment disposen del repertori genètic més gran i divers d’entre tots els organismes, amb molts gens que no s’identifiquen en cap altre ésser viu. Representen un big-bang de creativitat. Molts d’aquests gens encara estan «per estrenar». Els virus són inventors i subministradors d’innovació genètica. Construeixen els nostres genomes. Els virus aporten nous gens als hostes que infecten, tot incrementant-ne exponencialment la variabilitat, amb el cost que suposa que ocasionalment l’experiment surti malament per al receptor i mori. Però tinguem en compte que, en biologia, la mort d’un individu no té cap importància. El que té valor és l’adaptació de l’espècie als nous reptes. A l’espècie li convé, per sobre de tot, continuar rebent noves cartes per jugar millor al pòquer. I de vegades passa que un d’aquests repartiments de cartes, per pur atzar, esdevé una autèntica escala de color. Vegem tres exemples rotunds d’això que estem dient.

Els humans formem part del grup majoritari de mamífers, els anomenats placentaris. El motiu és que tenim la capacitat única dins el regne animal de criar el nostre fetus dins de la matriu materna gràcies a un òrgan especial, la placenta, que actua com a barrera intel·ligent entre mare i embrió. Gràcies a la placenta, la sang del fetus pot bescanviar amb la sang materna oxigen, aliments i productes de rebuig. Per altra banda, la placenta aconsegueix un fet miraculós i fins ara poc entès: que l’embrió o el fetus no siguin rebutjats pel sistema immunitari de la mare com ho seria un òrgan trasplantat. Encara que mare i fill ens puguin semblar molt propers, genèticament no ho són gens. El 50 % dels gens del nadó pertanyen al pare i seran, per tant, molt diferents dels de la mare. El complex major d’histocompatibilitat, un sistema de proteïnes que governen la idoneïtat dels trasplantaments, és diferent en un 50 %. Si trasplantem qualsevol òrgan d’un individu a l’organisme de la mare, l’òrgan de ben segur que serà rebutjat. Per què no és rebutjat l’embrió, en una gestant? Com aconsegueix el teixit placentari, que és un òrgan del fetus, ocupar la matriu materna sense ser rebutjat? Doncs l’explicació es troba en els virus.

Un virus que es va integrar en el nostre genoma fa milions d’anys, anomenat HERV-W, explica el miracle. Concretament és la seva proteïna Env, la seva proteïna original amb funció d’embolcall, la que fa possible el miracle de la placenta. S’expressa amb especial intensitat en un teixit placentari anomenat sincicitrofoblast. Es tracta d’un teixit especial perquè allí es fusionen cèl·lules de l’embrió i es crea un magma multinuclear que és l’encarregat d’infiltrar la matriu i d’anar creant el teixit placentari. Diferents tipus de virus són capaços en clínica humana de provocar aquesta mena d’efecte en cèl·lules humanes; creen sincicis, magmes de teixit multinuclear. Però la cosa no s’acaba aquí. El virus HERV-W era un retrovirus molt proper en alguns aspectes al de la SIDA. Igual que aquest temible virus, era capaç de causar immunosupressió, és a dir, d’inhibir el sistema immunitari humà. La diferència és que aquest gen ho fa de manera local, protegint només la placenta i sense immunodeprimir el cos sencer de la mare o del nadó. En definitiva, ens aprofitem de capacitats d’un virus cavernícola per crear sincicis i immunosupressió i aconseguir un dels trets que més ens defineix com a espècie: ser vivípars.

En tenim un altre exemple amb la proteïna Arc. Els estímuls ambientals influeixen en els patrons de comunicació entre neurones, les cèl·lules que formen el sistema nerviós, modelant circuits neuronals que resulten funcionals i adaptatius. Com es produeix aquest modelatge és un focus principal de recerca en neurobiologia. El 1995 es va demostrar que la proteïna Arc intervé en la remodelació d’estructures neuronals crucials en el mecanisme de la memòria. L’any 2018 dos grups de recerca independents van publicar a la prestigiosa revista Cell el resultat de les seves investigacions sobre la participació del mateix gen en la formació de les sinapsis neuromusculars (unions estretes entre neurones que transporten els impulsos motors i els músculs que activen). Sorprenentment van descobrir simultàniament que el gen Arc codifica proteïnes que s’organitzen com a càpsides virals en la motoneurona, embolcallant petites molècules d’ARN que transporten a través de l’espai entre motoneurona i placa muscular. Aquestes partícules «infecten» la placa neuromuscular i transmeten el seu contingut genètic, que modifica la transcripció genètica de la cèl·lula muscular. Si aquest trànsit s’impedeix, les sinapsis es debiliten. La proteïna Arc no fa altra cosa que el que ja feia com a embolcall d’un virus ancestral, constituir la càpsida de transport de l’ARN viral. L’estructura del gen Arc delata el seu origen retroviral. Nosaltres simplement hem substituït l’ARN que cal transportar. Els professors Nicholas F. Parrish i Keizo Tomonaga van escriure un editorial al mateix número de la revista en què deien: «Arc s’uneix al conjunt creixent de gens animals d’origen viral que ostenten funcions crítiques en la fisiologia dels organismes dins dels quals un dia es van endogenitzar». Aquesta proteïna es va integrar dins el nostre genoma fa entre 350 i 400 milions d’anys, de la mà d’un retrovirus. Sapigueu doncs que deveu a un retrovirus la capacitat que teniu de moviment i també la de recordar això que ara llegiu.

Finalment, sembla prou versemblant que els virus estiguin implicats en la formació del nostre sistema immunitari adaptatiu. Explicaré més endavant en què consisteix aquest sistema, però per ara és suficient dir que constitueix el mecanisme biològic pel qual el nostre organisme «aprèn» d’infeccions passades i construeix respostes immunològiques específiques i d’alta precisió. Quan ens vacunem, estimulem el sistema immunitari adaptatiu per tal que pugui respondre selectivament i eficaçment contra allò de què ens hem vacunat, tot adquirint memòria immunològica. Un sistema així, capaç de respondre selectivament a una quantitat pràcticament il·limitada d’agents infecciosos, implica una capacitat d’adaptació també quasi infinita, una generació astronòmica de diversitat en la resposta.

El sistema de resposta immunitari adaptatiu apareix del no-res durant el desenvolupament evolutiu dels peixos amb mandíbula. Aquesta afirmació ens sembla estranya perquè avui en dia pràcticament tots els peixos tenen mandíbula, però això no sempre va ser així. En èpoques pretèrites existien peixos similars a les actuals llamprees, que no tenien mandíbula. Doncs els animals que van aparèixer abans que els peixos amb mandíbules no disposen d’un sistema immunitari adaptatiu. Sense passos intermedis, de cop ens trobem que tots els animals evolucionats a partir d’aquests peixos passen a tenir els elements bàsics d’un sistema tan sofisticat com aquest. Si ens fixem en els animals que existeixen actualment, descobrim aquesta mena de sistema immunitari a partir dels peixos cartilaginosos, taurons, rajades, etc. Alguna cosa va passar entre els animals previs i els posteriors a l’aparició d’una característica tan sofisticada, i no sembla que fos únicament una mutació puntual. Resulta que, de manera concomitant a l’aparició d’aquest sistema, també es detecta una massiva integració d’endovirus en regions genèticament relacionades amb el sistema immunitari adaptatiu. Aquesta evidència, unida al fet que alguns dels components d’aquest sistema comparteixen característiques que indueixen a pensar en un origen víric, fa que alguns autors hagin postulat l’origen viral, mitjançant la integració de gens retrovirals, dels components fonamentals del sistema immunitari adaptatiu.

La nostra espècie no hauria arribat on som si no pogués gestar, moure’s i recordar i si, a més, no disposés d’un sistema de defensa contra les infeccions realment sofisticat. Totes aquestes capacitats ens les han transferit virus, i amb tota seguretat moltes altres que anirem descobrint en els propers anys. Ningú no pot dubtar que, malgrat el dany que ens puguin causar en una primera instància, els virus ens han configurat com som i ens han cedit moltes de les nostres capacitats més excepcionals.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.