Implicaciones evolutivas de la transmisión colectiva de virus

Resumen

Es habitual asumir en virología que las partículas virales dispersan de forma libre e independiente durante su transmisión entre células, tejidos, órganos y hospedadores. Sin embargo, esta visión ha sido cuestionada recientemente por la caracterización de múltiples estrategias que los virus emplean para transmitirse colectivamente. Entre ellas se encuentran las llamadas unidades infecciosas colectivas, que incluyen agregados virales, viriones poliploides, vesículas extracelulares o estructuras específicas como los cuerpos de oclusión; pero también diversos modos de transmisión directa y masiva de viriones entre células. En principio, la agrupación de la progenie viral disminuye el número de unidades infecciosas y, por tanto, la capacidad dispersiva de los virus. En consecuencia, para ser selectivamente favorable, la transmisión colectiva debe proporcionar beneficios que compensen su coste. Debido a que todas estas estrategias incrementan la multiplicidad de infección celular, al margen de la densidad de la población viral y del efecto de los cuellos de botella, los virus podrían beneficiarse de interactuar cooperativamente en coinfección. Por ejemplo, la entrada de múltiples genomas virales en la célula podría acelerar el ciclo infectivo y proporcionar una ventaja al virus para superar barreras tempranas frente a la infección o adelantarse a la respuesta antiviral de la célula. Por otro lado, en este mismo contexto, distintas variantes virales podrían interactuar de forma cooperativa (cooperación heterotípica) a través de la complementación genética, la división de labores o distintos tipos de interacciones sinérgicas. No obstante, interacciones como la dominancia negativa y la interferencia también pueden ocurrir, y podrían frustrar la cooperación y promover el conflicto viral. La teoría de la evolución social, ya aplicada con gran éxito al estudio de microorganismos, representa el marco teórico adecuado para analizar, comprender y predecir la dinámica evolutiva de estas interacciones virales. En esta tesis hemos explorado las implicaciones de la transmisión colectiva para la dinámica replicativa de los virus en coinfección y hemos empleado los agregados que forma el virus de la estomatitis vesicular (VSV) al ser incubado en saliva como modelo de estudio para determinar las consecuencias de la transmisión colectiva sobre la eficacia biológica viral. En primer lugar, hemos desarrollado modelos matemáticos y simulaciones que describen la replicación viral para estudiar la dinámica intracelular de las infecciones colectivas. Estos modelos muestran que la replicación es un proceso cooperativo, pues la entrada de múltiples genomas virales en una misma célula adelanta desproporcionadamente el ciclo infectivo, lo que puede acelerar la liberación de progenie viral e incrementar sinérgicamente el éxito infectivo. Los efectos cooperativos de la replicación residen en la realimentación positiva no lineal que los genomas virales establecen con los productos génicos que codifican, lo cual debería ser una característica común entre los virus. De acuerdo con ello, validamos nuestros resultados en modelos más complejos de virus específicos, pero también experimentalmente, empleando seis virus distintos que infectan mamíferos. En segundo lugar, hemos comparado el crecimiento y la eficacia biológica de los viriones libres de VSV frente a agregados en ocho líneas celulares. Para un mismo número de partículas virales, la agregación tendía a acelerar la liberación de progenie e incrementar la eficacia biológica en competencia en la mayoría de líneas celulares analizadas. Estos efectos no parecían depender de la complementación genética entre mutantes deletéreos de nuestras poblaciones virales, pues la ventaja de agregar se revirtió al incrementar la carga mutacional mediante mutagénesis química. No obstante, correlacionaron negativamente con la permisividad de las células a la infección y positivamente con la capacidad inmunitaria innata de las células, indicando la mayor capacidad de los agregados para superar barreras tempranas frente a la infección. En tercer lugar, utilizamos la evolución experimental para analizar las consecuencias no inmediatas de la agregación. A pesar de mantener un régimen de baja densidad viral, la agregación promovió una invasión rápida de las poblaciones virales por partículas interferentes defectivas (DIPs), que detectamos mediante distintas metodologías (citometría de flujo, secuenciación masiva, ensayos de reducción de título, RT-qPCRs y microscopía electrónica). Por tanto, concluimos que la agregación de VSV produce un aumento inmediato en la eficacia del virus, pero incurre en costes posteriores a causa de la proliferación de DIPs. Este escenario dificulta enormemente la evolución de interacciones cooperativas entre variantes virales y promueve un régimen de transmisión colectiva episódico, por ejemplo, durante la transmisión entre hospedadores.