¿Pueden los científicos predecir todas las formas en que evolucionará el coronavirus?

A fines del año pasado, se observaron tres variantes de coronavirus distintas y de rápida propagación en el Reino Unido, Sudáfrica y Brasil. Más recientemente, las variantes en India, EE. UU. Y otros lugares están causando alarma. ¿La aparición de estas variantes presagia una batalla prolongada con la pandemia, o el virus pronto se quedará sin espacio evolutivo para maniobrar y establecerse como un patógeno endémico más benigno?

Las predicciones sobre el curso evolutivo del virus, y específicamente los cambios en la virulencia, siempre estarán plagadas de incertidumbre. Los caprichos del ARN que muta aleatoriamente, los patrones caóticos de transmisión y expansión y las fuerzas de la selección natural parcialmente comprendidas presentan desafíos incluso para el adivino evolutivo más perspicaz. Sin embargo, los conceptos evolutivos establecidos, combinados con una gran cantidad de datos del virus en sí, pueden al menos proporcionar algunos indicadores.

El Sars-CoV-2, el virus que causa el Covid-19, saltó a los humanos desde un animal huésped no identificado y, al hacerlo, entró en un nuevo espacio evolutivo lleno de obstáculos, amenazas, callejones sin salida y, muy ocasionalmente, oportunidades. Este espacio es difícil de imaginar y medir. Es molestamente multidimensional y sus límites y topografías pueden verse desde muchos puntos de vista esotéricos.

Un punto de entrada poco sofisticado es considerar los límites superiores de la diversidad de secuencias del genoma o los límites del espacio mutacional. Suponga que el genoma del Sars-CoV-2 tiene una longitud de 30.000 sitios, cada uno de los cuales puede estar ocupado por una de cuatro bases (adenina, citosina, guanina y uracilo). De ello se deduce que hay más de un trillón (cuatro elevado a 30) posibles secuencias del genoma, aproximadamente equivalente al ancho de la Vía Láctea en metros.

Pero este límite matemático no tiene en cuenta la biología y, como tal, es completamente inútil. Casi ninguno de estos genomas hipotéticos codificaría un virus capaz de infectar y replicarse. Este requisito básico para mantener la maquinaria viral en óptimas condiciones de funcionamiento es una buena noticia. Las limitaciones evolutivas para mantener la función viral limitarán la rapidez y la eficacia con la que se adaptará el virus.

Hay más buenas noticias. Gran parte de los comentarios de los expertos sobre la amenaza de mutaciones en el genoma del Sars-CoV-2 ha sido relativamente optimista, un reflejo del hecho de que la gran mayoría de las mutaciones en el genoma tienen poca o ninguna consecuencia funcional. Si bien puede haber grandes extensiones de espacio mutacional que el virus podría explorar en teoría, casi todo este espacio estará fuera de los límites de un virus funcional. Y gran parte del resto tendrá poca relevancia sobre cómo se comporta el virus.

Pero si bien las mutaciones son en su mayoría inofensivas, permanecen ocultas en el espacio mutacional profundo, como puntos microscópicos en puntos microscópicos, cambios genómicos muy raros que permiten que el virus innove.

La secuenciación del genoma completo nos ha proporcionado un medio para presenciar la exploración del Sars-CoV-2 a través del espacio mutacional con exquisito detalle. Sabemos que el genoma adquiere una o dos mutaciones al mes en promedio, lo que, teniendo en cuenta el tamaño del genoma, es una tasa aproximadamente cuatro veces más lenta que la del virus de la gripe. Esto también se interpretó ampliamente como una buena noticia. La lógica aquí es que un genoma más estable brinda menos oportunidades para que el virus escape de las vacunas o realice algún otro truco genético.

La aparición de la “variante del Reino Unido” (también conocida como “variante de Kent”, B117 o 20I / 501Y.V1) fue notable y aleccionadora. Los datos de la secuencia del genoma revelaron que había detectado 23 mutaciones (el valor de un año entero) aparentemente de una sola vez. La mayoría de estas mutaciones tienen poca relevancia evolutiva, pero otras son responsables del aumento de la tasa de propagación de esta variante.

¿Por qué y cómo sucedió esto? El virus muta durante la replicación dentro de un huésped humano. Estas mutaciones pueden cambiar la forma en que el virus interactúa con las células humanas, incluido el sistema inmunológico. La variante del Reino Unido puede haber surgido durante el curso de una infección a largo plazo en un solo paciente inmunodeprimido. Durante muchas semanas, el tratamiento con plasma de convalecencia, que está cargado de anticuerpos, podría haber dado lugar a que la selección natural destacara esta variante.

Se han observado otros estallidos evolutivos similares. En Tanzania ha surgido una “variante de interés” que ha surgido recientemente y que tiene 34 mutaciones distintas. Y también se han observado ejemplos de recombinación, donde diferentes genomas de Sars-CoV-2 se combinan para formar un híbrido. Si bien estos eventos pueden ser raros, no se debe restar importancia a su potencial significado evolutivo. Una tasa de mutación promedio relativamente lenta no se corresponde automáticamente con una tasa de evolución lenta.

La chispa del surgimiento de la variante del Reino Unido probablemente fue la presión evolutiva para proteger al virus de los anticuerpos terapéuticos (plasma convaleciente). La consecuencia más obvia de esto fue una mayor propensión a diseminarse entre huéspedes. Esto muestra que las mismas mutaciones pueden proporcionar al virus múltiples ventajas simultáneamente, un fenómeno conocido como “pleiotropía”.

Si bien es posible que no comprendamos completamente los mecanismos biológicos, podemos identificar fácilmente las mutaciones candidatas a partir de los datos de la secuencia del genoma, porque han surgido una y otra vez durante el curso de la pandemia. Aunque la mutación en sí es un proceso ciego, la selección natural ha elegido repetidamente estas mismas mutaciones. Esto se conoce como “convergencia evolutiva”.

Esta docena de mutaciones, en varias combinaciones, son la característica definitoria de todas las variantes. Todos alteran la proteína de pico, la parte del virus que se une a las células humanas. A pesar del aumento del número de casos y la muerte que resultan de estas mutaciones, ¿podemos al menos consolarnos con el hecho de que el número total de tales mutaciones parece ser limitado?

Quizás. Pero las propiedades del virus probablemente no estén determinadas por mutaciones únicas aisladas, sino por la forma en que interactúan varias mutaciones. Esta perspectiva combinatoria abre repentinamente nuevas zonas de espacio mutacional potencialmente fructífero para el virus.

Apreciar cómo eventos únicos y raros pueden alterar la trayectoria de toda la pandemia nos alerta sobre los peligros de la propagación incontrolada. Así como las posibilidades de ganar la lotería aumentan con la compra de más boletos, la probabilidad de eventos evolutivos raros que conduzcan a nuevas variantes de preocupación aumentará a medida que un mayor número de personas se infecte.

Las nuevas variantes no respetan las fronteras nacionales y, independientemente de lo difícil que pueda ser predecir los cambios evolutivos, una cosa está clara: desde una perspectiva evolutiva, es imperativo mantener el número de casos globales lo más bajo posible.

* Profesor de Evolución Microbiana en The Milner Center for Evolution, Universidad de Bath