1 Introduccion

3 de febrero1. La importancia de los estudios

evolutivos2. Historia de las teorías evolutivas

10 de febrero3. Evidencias de la evolución

11 de febrero4. Reconstrucción filogenética

1. INTRODUCCIÓN

1.1. La importancia de los estudios evolutivos

Caso de estudio evolutivo: VIH-SIDA

Caso de estudio: VIH-SIDA1. ¿Por qué algunos tratamientos que

inicialmente fueron efectivos dejaron de serlo?

2. ¿Por qué el VIH mata a las personas?

3. ¿Por qué algunas personas son resistentes a adquirir la infección o a desarrollar la enfermedad?

4. ¿De dónde vino el VIH?

Objetivos de la biología evolutiva

1. Cómo cambian las poblaciones a través del tiempo de acuerdo a las modificaciones en su ambiente.

2. Cómo se originan nuevas especies.

ADAPTACIÓN

DIVERSIDAD

El VIH es un agente de selección natural

Esperanza de vida en Botswana

Biología básica del VIH

Helper T-cell

Reverse transcriptase*

Estado infeccioso

Helper T-cell

Reverse transcriptase*

¿Cómo causa el VIH el SIDA?

1. Los viriones entran al hospedero y se replican explosivamente.

1. Los viriones entran al hospedero y se replican explosivamente.

2. El sistema inmune se activa.

3. Células T CD4 se desploman, defensas muy disminuidas.

4. Replicación más lenta por falta de células.

5. El sistema inmune lucha por recuperarse, suministrando células a los virus.

6. La infección daña la médula ósea, el timo y los nódulos linfáticos.

7. La replicación de viriones se dispara.

8. Desarrollo del SIDA.

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1. ¿Por qué algunos tratamientos que inicialmente fueron efectivos dejaron de serlo?

Mecanismo de acción de la AZidoTimidina

La AZT inhibe la ruta de síntesis de proteínas virales

Las poblaciones de VIH evolucionaron resistencia al AZT dentro de los pacientes individuales.

Los virus habían cambiado genéticamente.

Diferencias entre la reversotranscriptasa susceptible a la AZT vs. la no susceptible.

La reversotranscriptasa comete muchos errores cuando ensambla DNA: mutaciones.

Cambio en la composición genética de la población por selección natural: cambio en la respuesta de la población al medicamento

EVOLUCIÓN POR SELECCIÓN NATURAL

4 pasos necesarios1. Debido a errores en la transcripción del gen de la

reversotranscriptasa (mutaciones), hay distintas versiones de la enzima reversotranscriptasa, lo cual varía su resistencia al AZT.

2. La resistencia al AZT es heredable.

3. Durante el tratamiento con AZT, algunos viriones son capaces de sobrevivir y reproducirse mejor que otros.

4. Los viriones que persisten en presencia del AZT son los que tienen las mutaciones en sus genes de la reversotranscriptasa que les confieren resistencia.

La evolución por selección natural es un proceso automático que simplemente sucede donde quiera que una población posea la variación heredable necesaria en éxito reproductivo.

2. ¿Por qué el VIH mata a las personas?

Sin tratamiento, una infección por VIH es casi siempre fatal

Cuando el hospedero muere, los viriones mueren también

¿No es malo para el virus matar a su hospedero?

Años desde la detección del VIH

Evolución en el locus gp120

gp120: inicia la fusión con la célula hospedera uniéndose a CD4 y al co-receptor.

Porción del gen: determina el co-receptor y contiene un epitopo que es reconocido por el sistema inmune.

Colapso del sistema imnune: No producción de nuevos tipos de anticuerpos ni de células T asesinas

Desaparición del agente selectivo que actuaba sobre la población de VIH

Disminución de la tasa de evolución

Años desde la detección del VIH

La evolución de las poblaciones de VIH contribuyen al colapso del sistema inmune de 3 maneras:

1. Evolución continua de nuevos epitopos que les permiten evadir al sistema inmune: termina el abastecimiento de células T vírgenes y destruye la habilidad del cuerpo para

reemplazarlas.

2. La población viral evoluciona a una replicación más agresiva (más competitivas).

La evolución de las poblaciones de VIH contribuyen al colapso del sistema inmune de 3 maneras:

1. Evolución continua de nuevos epitopos que les permiten evadir al sistema inmune: termina el abastecimiento de células T vírgenes y destruye la habilidad del cuerpo para reemplazarlas.

2. La población viral evoluciona a una replicación más agresiva (más competitivas).

3. Algunas cepas de VIH adquieren la capacidad de infectar células T vírgenes (co-receptor CXCR4), que son las progenitoras de otras células.

El VIH ahora reconoce el receptor CXCR4 en las células T ayudantes vírgenes

Años desde la detección del VIH

La evolución de las poblaciones de VIH dentro de un hospedero es corta de miras (sin visión de futuro).

La evolución por selección natural no mira hacia el futuro: es un proceso matemático que ocurre automáticamente.

El resultado es que la población de VIH de cualquier hospedero evoluciona hacia variantes tan efectivas en la utilización de los recursos, que mata al hospedero y por lo tanto, evoluciona directamente hacia su propia extinción.

En resumen, las infecciones por VIH son fatales porque:1. La evolución por selección natural es corta

de miras.2. Las características que predisponen a las

poblaciones de VIH para matar a sus presas también aumenta su habilidad para colonizar a nuevos hospederos.

3. No ha habido suficiente tiempo para que evolucione una defensa adecuada en las poblaciones humanas.

3. ¿Por qué algunas personas son resistentes? Alelo 32 del co-receptor CCR5

Frecuencia del alelo CCR5-32 en el Viejo Mundo

Frecuencia del alelo CCR5-32 en el Viejo Mundo

La frecuencia del alelo CCR5-32 no está relacionada geográficamente con la prevalencia del VIH.

Hipótesis:

1. El alelo ha sido favorecido recientemente por selección natural en poblaciones europeas (protección contra otras infecciones).

2. El alelo alcanzó alta frecuencia por azar, a través del proceso conocido como deriva génica.

4. ¿De dónde vino el VIH? Otros primates se infectan

con distintos virus que también causan inmunodeficiencia, pero sin desarrollar enfermedades graves.

Hipótesis: El VIH se derivó de una

variante del virus de la inmunodeficiencia de los simios (VIS), y la epidemia de SIDA comenzó cuando el VIS se movió a Homo sapiens.

¿Cuál VIS es el ancestro del VIH? Reconstrucción filogenética: secuencia del

gen de la retro-transcriptasa y de proteínas de la cápsula.

Ancestro común

M

N

O

P

Transmisión múltiple del virus

La mayor parte de los infectados con VIH tienen la variante M

Cepas del grupo M

¿Cuándo se transmitió el VIS a los humanos?

1931

Inocente

Culpable

Evidencia

El VIH es un buen modelo del análisis de un problema en términos evolutivos Selección natural Mutación y variación Diversificación de linajes Descendencia con modificación Reconstrucción filogenética Tasa de evolución Deriva génica Naturaleza ciega de la evolución

Actividad 4 Discutir y responder por escrito en equipos de 2-3 personas:

1. ¿Cuándo entró el VIH a las poblaciones humanas y de qué fuente? ¿Cómo lo sabemos?

2. Revisa el proceso por el cual la población de VIH dentro de un hospedero humano evoluciona resistencia al AZT. ¿Cómo puedes explicar la evolución de la resistencia a los antibióticos en una población de bacterias?

3. A principios de los 90’s, se encontraron cepas de VIH-1 resistentes al AZT en pacientes recién infectados que nunca habían recibido dicho medicamento. ¿Cómo puede explicarse?

4. ¿Qué características del VIH contribuyen a su evolución rápida?

5. No todos los virus son peligrosos, pero el VIH es casi 100% mortal. Describe las tres hipótesis que explican por qué el VIH es tan letal.

Actividad 4 (Continuación)

6. Los autores de ciencia ficción a menudo hacen afirmaciones interesantes sobre la evolución:

a. Comenta la siguiente cita, del personaje Mr. Spock en Star Trek: “Un parásito verdaderamente exitoso es un comensal, viviendo en amistad con su hospedero, o aún dándole ventajas positivas, como por ejemplo, los protozoos que viven en el sistema digestivo de las termitas y digieren para ellas la madera que ellas comen. Un parásito que regular e inevitablemente mata a su hospedero no puede sobrevivir por largo tiempo, en el sentido evolutivo, a menos que se multiplique con tremenda rapidez;

b. El VIH es una máquina molecular diminuta y robótica. Muchos libros de ciencia ficción describen robots que evolucionan y se vuelven inteligentes y conscientes (y generalmente, buscan libertad, desarrollan emociones y comienzan guerras contra los humanos. ¿Bajo que condiciones podrían evolucionar realmente los robots? ¿Sería necesario que los robots se reprodujeran, por ejemplo?