Quasiespecies ¿A que da miedo?

Por el momento hemos tenido muchas partículas, muchos neutrinos y mucha gravedad cuántica.  Afortunadamente no sólo de eso vive el hombre.  En esta entrada queremos introducir una temática muy interesante bajo nuestro punto de vista, la biología teórica.

 ¿Pueden argumentos teóricos ayudar a entender la vida?¿Pueden un conjunto de modelos matemáticos ayudarnos a combatir enfermedades?

 Estas son una pregunta muy legítimas que uno puede hacerse y todo apunta a que las respuestas a ambas son hermosos síes. Nosotros no seremos tan ambiciosos pero sí que nos gustaría ir tratando temas de biología en el blog.  Así que nos hemos decidido empezar con algo que lleva el nombre de Quasiespecies.

¿Qué es una Quasiespecie?

Para responder a esta pregunta pensemos como lo hacen físicos y matemáticos. Cuando un físico quiere estudiar un fenómeno intenta aislar las características del sistema involucradas en el mismo, esto implica obviar muchos detalles y reducir el sistema a una serie de datos.  Así que imaginemos por un momento que queremos estudiar mutaciones en los seres vivos, cómo se comportan, cómo se propagan y qué dinámica tienen.  Entonces el físico (o el matemático en su defecto) te dirá que para él un ser vivo no es más que una cadena de material genético, un genotipo.

Entonces para fijar ideas, en este contexto:  ser vivo = genotipo.

Generalmente estamos acostumbrados a hablar de especies. Desde el punto de vista que nos hemos planteado aquí, ¿qué es una especie?

Una especie es un conjunto de individuos tales que unos descienden de otros de forma que el contenido genético de los individuos “hijos” es similar al de los individuos “padres”.  Es decir, hay estabilidad genética.  

También podemos decir que una especie es estable y resistente frente a las mutaciones.

En contraposición con una especie llamaremos quasiespecie a una población de individuos tales que hay grandes cambios en su genotipo de una generación a otra.  Es decir, la presión de mutación es muy alta en las quasiespecies y produce grandes variaciones en pocas generaciones. Concretaremos la definición más adelante.

¿Adivinamos qué seres pueden corresponderse con las quasiespecies? No es muy difícil llegar a la conclusión de que los virus pueden ser entendidos como quasiespecies.  Especialmente los virus que tienen su genotipo en forma de ARN (El ARN al contrario que el ADN es muy poco estable frente a mutaciones) tienen una gran variabilidad genómica debido a mutaciones.

Empezando por el principio

Cuando estudiamos una población fijándonos en su genética vemos que hay dos “fuerzas” que se tienden a oponer la una en la otra.  

1.-  La selección natural, que mejora la adaptación de los variantes que logran reproducirse.

3.-  Las mutaciones, que en este contexto las consideraremos como generadoras de variantes menos adaptadas.

Así que para entender esto de las quasiespecies hemos de tener en cuenta tres factores:

1. Tenemos una población incial con un genotipo que los llamaremos A (una cadena de genes).
2. Esta población inicial tiene una capacidad de adaptación modelada por un número que esencialmente mide lo bien o mal que se reproducen los individuos de la población. Un signifca que se reproducen el 0% de los individuos, un que se reproducen un 30% de los individuos, etc.
3. Además tiene un ratio de mutación que representaremos por .

Esto quiere decir:  La población A está adaptada al medio en el que vive con una eficiencia reproductiva cuanto mayor sea este número mejor adaptada está la población.  Cuando la población A se reproduce dado que tiene un ratio de mutación producirá individuos con el mismo genotipo A y aparecerán mutantes.

Esto lo tenemos que entender así:

1.-  Supongamos que tenemos una población inicial con un genotipo A.

2.-  El ratio de mutación es de lo que quiere decir es que cuando se reproduzcan el 40 por ciento de los nuevos individuos tendrán un genotipo mutado, digamos B.  Y el resto, el 60 por cierto, seguirán teniendo el genotipo original A (1-0.4=0.6).

Juguemos un poco

Describamos la siguiente situación: 

1.- Partimos de un genotipo con una adaptación dada por y un ratio de mutación de .

2.-  Cuando se reproducen (dependiendo de será mayor o menor la población nueva) un porcentaje tienen el mismo genotipo .  

3.-  El porcentaje restante de los “hijos” de la primera generación habrán mutado y tendrán un genotipo , con una adaptación dada por que la supondremos menor que (están peor adaptados al medio$ y cuando se reproducen tienen un ratio de mutación de .

4.-  Al reproducirse sus descendientes que conservan su genoma sobreviven un porcentaje y los mutantes no prosperan y mueren.

El equilibrio y las quasiespecies

Estos dos conceptos están interrelacionados.  Dada una distribución original de genotipos arbitraria ( y ) debido al mecanismo de selección/mutación (dados por los parámetros y ) se llegará a un equilibrio.  A la distribución de genotipos en el equilibrio es a lo que se llama quasiespecie.

Uno puede partir de una situación con mucha población con el genotipo y poca con el genotipo o viceversa.  Dado que los de se reproducen con más efectividad y los de que mutan directamente mueren hay un proceso que en unas cuantas generaciones, muchas, hará que se llegue a un equilibrio.

Seguiremos profundizando en el tema y viendo sus implicaciones biológicas. Pero no es difícil notar que este tipo de argumentos ayudan a entender por qué en las poblaciones de virus (sometidos a altas mutaciones) no llega un momento que todos se hacen disfuncionales y dejan de infectar.

Nos seguimos leyendo…