Ejercicio resuelto de Virus · Biología · Cataluña · 2021

Los elementos hsERV (retrovirus endógenos humanos) son secuencias de nucleótidos del genoma humano que provienen de retrovirus.

1. Se calcula que entre el 5 % y el 8 % de nuestro genoma está formado por hsERV, fragmentos de antiguos retrovirus que se integraron en el DNA de una célula y que después sufrieron mutaciones que les hicieron perder la capacidad de activarse de nuevo. [1 punto]
a) Explique el proceso que hace un retrovirus con envoltura para infectar una célula e integrar su material genético en el genoma de la célula.
b) Hay diversas mutaciones que pueden hacer que un retrovirus pierda la capacidad de activarse de nuevo, las cuales pueden interrumpir diferentes procesos de su ciclo. De las cuatro opciones para completar la frase siguiente, una es incorrecta, atendiendo al ciclo de un retrovirus. Indique cuál es y justifique por qué es incorrecta.
«La mutación que puede hacer que un retrovirus pierda la capacidad de activarse puede afectar a los genes que codifican…
A. …algunos de los enzimas del retrovirus encargados de llevar a cabo la salida de nuevos viriones.»
B. …algunos de los enzimas encargados de replicar el DNA del retrovirus.»
C. …algunos de los enzimas encargados de montar las cápsides del retrovirus.»
D. …alguna de las proteínas de la cápside.»

La opción incorrecta es: Justificación:

2. En 2013, un equipo formado por veinte científicos de centros de investigación de Moscú y Boston comparó los hsERV presentes en el genoma humano y en el de los chimpancés. El estudio mostró que la mayoría de hsERV están presentes en la misma localización tanto en nuestro genoma como en el de los chimpancés.
Hay, sin embargo, algunos hsERV que están situados en lugares diferentes en nuestro genoma y en el genoma de los chimpancés. En los humanos hay un hsERV situado justo delante del gen PRODH. Este hsERV se llama hsERV_PRODH. El gen PRODH está presente en todos los mamíferos y se expresa en las neuronas. La presencia de hsERV_PRODH en humanos hace que el gen PRODH funcione con más intensidad en nuestra especie que en los chimpancés. Parece que este es uno de los factores que contribuyen a nuestra inteligencia.
A partir de esta información, complete la tabla siguiente: [1 punto]

¿Cómo explica el hecho de que la mayoría de hsERV estén presentes en la misma localización tanto en nuestro genoma como en el de los chimpancés? En el árbol evolutivo siguiente, las inserciones de diferentes hsERV en nuestro linaje se indican con un círculo. Indique con una flecha cuál correspondería a la inserción de hsERV_PRODH: ¿Se puede considerar que la inserción de hsERV_PRODH en nuestro genoma es una mutación? Justifique la respuesta. ¿En qué tipo de célula se debió producir la inserción de hsERV_PRODH? Justifique la respuesta.

$\mathbf{\text{1.}}\mathbf{\text{Se}}\mathbf{\text{calcula}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{entre}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{5}}\mathbf{\text{\%}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{8}}\mathbf{\text{\%}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{nuestro}}\mathbf{\text{genoma}}\mathbf{\text{est}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{formado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{hsERV,}}\mathbf{\text{fragmentos}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{antiguos}}\mathbf{\text{retrovirus.}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{Explique}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{que}}\mathbf{\text{hace}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{retrovirus}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{envoltura}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{infectar}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{integrar}}\mathbf{\text{su}}\mathbf{\text{material}}\mathbf{\text{gen}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{tico}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{genoma}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula.}}$

El proceso se desarrolla en cinco pasos.

El primero es la fijación. Las glucoproteínas que sobresalen de la envoltura del virus reconocen y se unen específicamente a un receptor de la membrana de la célula. Esa complementariedad entre la glucoproteína y el receptor es la que determina qué células puede infectar el virus y cuáles no.

El segundo es la entrada. Al tratarse de un virus con envoltura, esta se fusiona con la membrana plasmática de la célula, de manera que la cápside con el material genético y los enzimas queda liberada directamente en el citoplasma. Después la cápside se desensambla y libera su contenido.

El tercero es la retrotranscripción, y es el paso que define a un retrovirus. Su material genético es RNA, pero para poder integrarse en el genoma de la célula tiene que estar en forma de DNA. La transcriptasa inversa, un enzima que el propio virión lleva dentro, sintetiza una cadena de DNA tomando el RNA vírico como molde y la completa después hasta obtener DNA de doble cadena.

El cuarto es la integración. Ese DNA vírico entra en el núcleo y la integrasa, otro enzima del virus, lo inserta dentro del DNA cromosómico de la célula. A partir de ese momento se llama provirus y forma parte del genoma de la célula: se replica con él cada vez que la célula se divide y puede permanecer latente durante años.

El quinto es la expresión y la salida. Cuando el provirus se activa, la RNA polimerasa de la propia célula lo transcribe y sus ribosomas traducen los mRNA resultantes, de modo que el virus fabrica sus proteínas usando la maquinaria del hospedador. Las cápsides se ensamblan con el nuevo RNA vírico y los viriones salen por gemación, envolviéndose al hacerlo en un fragmento de la membrana de la célula, que es de donde procede su envoltura.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{De}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{cuatro}}\mathbf{\text{opciones}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{completar}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{frase}}\mathbf{\text{siguiente,}}\mathbf{\text{una}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{incorrecta,}}\mathbf{\text{atendiendo}}\mathbf{\text{al}}\mathbf{\text{ciclo}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{retrovirus.}}\mathbf{\text{Indique}}\mathbf{\text{cu}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{l}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{justifique}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{incorrecta.}}$

Cuestión	Respuesta La opción incorrecta es	La C. Justificación	Porque no existen enzimas encargados de montar las cápsides. El ensamblaje de la cápside no es una reacción catalizada: los capsómeros son proteínas que, una vez sintetizadas, se unen entre sí espontáneamente por autoensamblaje, guiadas por la complementariedad de sus propias superficies y sin gasto de energía ni intervención de ningún enzima. Una mutación puede, eso sí, afectar a las proteínas que forman la cápside, y esa es justamente la opción D, que sí es correcta. Las otras dos también lo son: la A se refiere a enzimas como la proteasa vírica, que corta las poliproteínas y sin la cual los viriones que salen por gemación no maduran ni son infecciosos; y la B, a la transcriptasa inversa, que es la que replica el material genético del retrovirus pasándolo a DNA, y sin la cual el ciclo se detiene antes de la integración.

$\mathbf{\text{2.}}\mathbf{\text{A}}\mathbf{\text{partir}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{esta}}\mathbf{\text{informaci}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{n,}}\mathbf{\text{complete}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{tabla}}\mathbf{\text{siguiente:}}\mathbf{\text{(1}}\mathbf{\text{punto)}}$

Cuestión	Respuesta ¿Cómo explica el hecho de que la mayoría de hsERV estén presentes en la misma localización tanto en nuestro genoma como en el de los chimpancés?	Porque esas inserciones son anteriores a la separación de los dos linajes. Un retrovirus se integró en el genoma de un antepasado común de humanos y chimpancés, en un punto concreto del cromosoma, y desde entonces esa secuencia se ha heredado como una parte más del genoma. Cuando las dos líneas se separaron, ambas se llevaron consigo el hsERV en la misma posición. Que la coincidencia se dé en la localización exacta, y no solo en la secuencia, es lo que descarta el azar: la probabilidad de que dos integraciones independientes cayeran justo en el mismo punto es despreciable. Estos elementos funcionan, por tanto, como marcadores de parentesco y son una de las pruebas moleculares más sólidas de la ascendencia común. En el árbol evolutivo siguiente, las inserciones de diferentes hsERV en nuestro linaje se indican con un círculo. Indique con una flecha cuál correspondería a la inserción de hsERV_PRODH:	El círculo situado más a la derecha del árbol, el que queda por encima del punto en el que la rama de los humanos se separa de la de los chimpancés y los bonobos. Es el único posterior a esa bifurcación, y por tanto el único que puede estar en nuestro genoma y no en el del chimpancé. Los demás círculos son anteriores a separaciones más antiguas y corresponden a inserciones que compartimos también con los chimpancés, e incluso con los demás primates o con el resto de mamíferos. ¿Se puede considerar que la inserción de hsERV_PRODH en nuestro genoma es una mutación? Justifique la respuesta.	Sí. Una mutación es cualquier cambio heredable en el material genético, y la inserción de una secuencia de DNA ajena en un cromosoma lo es: se trata de una mutación génica por inserción o adición, dentro del grupo de las que provoca un elemento transponible. Cumple además los dos requisitos que se le piden a una mutación evolutivamente relevante: es heredable, puesto que se transmite a la descendencia y hoy la llevamos todos los humanos, y tiene consecuencias fenotípicas, ya que al situarse justo delante del gen PRODH actúa como una secuencia reguladora y hace que ese gen se exprese con más intensidad en nuestras neuronas. Es un buen ejemplo de que una mutación no tiene por qué cambiar una proteína para tener efecto: aquí lo que cambia es cuánto se fabrica. ¿En qué tipo de célula se debió producir la inserción de hsERV_PRODH? Justifique la respuesta.	En una célula germinal, es decir, en una célula de la línea que da lugar a los gametos, o bien en el propio cigoto. La razón es que hoy ese hsERV está presente en todas las células de todos los humanos, y eso solo es posible si el individuo en el que se produjo la integración lo transmitió a su descendencia. Una mutación que ocurre en una célula somática se queda en ese individuo y desaparece con él: se transmite a las células hijas por mitosis, pero no pasa a los hijos y no puede propagarse por la población ni tener ninguna consecuencia evolutiva. Solo las mutaciones que afectan a la línea germinal entran en el juego de la herencia y de la selección natural.