Hablando de virus... (Capítulo 4. Defendiéndose y contraatacando)

La batalla entre los virus y las plantas se libra dentro de las células vegetales. Es una batalla silenciosa a nivel molecular, donde las armas de los dos contrincantes –no podía ser de otra forma– son proteínas y enzimas. A pesar de los grandísimos avances que se han realizado en las últimas dos décadas –os aseguro que este tema no se parece en nada a lo que estudié en la carrera a principios de los 90–, los científicos todavía desconocen gran parte del arsenal y las estrategias de plantas y virus. Podéis imaginar que si el tema no era sencillo en los post anteriores, menos lo es en éste… Trataré de hacerlo más cercano y comprensible volviendo a la “fabrica celular” que describíamos en el primer post de esta serie.
Las plantas –como cualquier organismo vivo– se defienden de los continuos ataques químicos, biológicos y ambientales que reciben. Una parte de esa defensa depende de genes que se expresan aunque la planta no haya tenido nunca relación con el patógeno –o sea, está genéticamente predeterminada–. Esta resistencia genética ha aparecido por la evolución conjunta de la planta y el patógeno a lo largo de cientos de miles de años y los genes que la regulan son los famosos genes de resistencia. Hay genes de resistencia para todo tipo de patógenos (hongos, bacterias y virus), aunque como estamos “hablando de virus” nos centraremos en ellos. Pero antes debo de aclarar que los términos que emplean las casas de semillas y los virólogos para referirse a la relación entre plantas y virus son muy distintos. Las casas de semillas –siguiendo este documento de la ISF (International Seed Federation)– definen resistencia como la habilidad de una planta para LIMITAR el desarrollo de una enfermedad y establecen dos niveles –resistencia alta (HR) y resistencia intermedia (IR)– según se muestren pocos o muchos síntomas. Sin embargo los virólogos hablan de resistencia si el virus sólo se duplica en la primera célula infectada; de tolerancia si el virus invade la planta y acumula viriones, pero no aparecen síntomas de la enfermedad; y de sensibilidad si el virus invade la planta y ésta muestra algún síntoma, por leve que sea⁽¹⁾. Vamos, que muchas de las variedades resistentes para las casas de semillas serían consideradas plantas sensibles por los virólogos; pero no hay nada peyorativo en esta distinción. La resistencia intermedia a CVYV (el “virus de la vena”) en pepino evita los síntomas sin impedir ni la replicación del virus ni la acumulación de viriones; un virólogo la llamaría tolerancia, pero nos salvó la vida a los pepineros hace 10 años. Las resistencias intermedias a CYSDV (el “virus del amarilleo”) en pepino y a TYLCV (el “virus de la cuchara”) en tomate limitan la duplicación y el movimiento del virus, pero no impiden la aparición de síntomas; para un virólogo serían plantas sensibles, pero a nosotros nos permiten hacer control integrado en pepino y seguir cultivando tomate en algunas áreas de Nijar, donde la presión del “virus de la cuchara” es brutal. Aunque el objetivo final de los virólogos es encontrar genes de resistencia que IMPIDAN la replicación del virus, mucho tenemos que agradecer –al menos en Almería– a estas resistencias intermedias incorporadas por los genetistas de las casas de semillas…

Como ya vimos en el primer post de la serie, los genes –también los genes de resistencia– codifican proteínas, así que serán estas las responsables de la resistencia de la planta al virus. A veces la resistencia genética es pasiva y no implica una actuación de las células vegetales. Nuestra fábrica celular simplemente modifica ligeramente una de sus máquinas –la proteína codificada por el gen de resistencia– que ya no sirve para hacer copias del virus. Pero en muchos otros casos la resistencia genética es activa, y es la presencia del virus la que desencadena una serie de reacciones en la célula infectada. La más conocida y mejor estudiada es la reacción de hipersensibilidad (HR, del inglés Hypersensitive Response) Una reacción de hipersensibilidad  me recuerda mucho al final de una película de James Bond; con la alarma sonando estrepitosamente, tiros y explosiones por todas partes y un botón de autodestrucción. Esta vez nuestra fábrica celular detecta la presencia del enemigo y, después de enviar una señal de alarma al resto de las fábricas –las otras células de la planta–, dispara todas sus armas y se autodestruye tratando de matar al virus. En estos casos (podéis ver un esquema en la primera imagen) la planta ha desarrollado una proteína –codificada por un gen de resistencia (R)– capaz de interaccionar con una proteína del virus denominada por ello elicitor –codificada por uno de los genes virales, denominado gen de avirulencia (avr)–; si las dos proteínas se unen, el compuesto resultante dispara toda una serie de mecanismos de defensa vegetal. Se producen en el interior de la célula altísimas concentraciones de agentes oxidantes, hormonas vegetales, toxinas –como las fitoalexinas– y las famosas proteínas de la patogénesis (PR proteins, por el inglés Pathogenesis Related protein) –un grupo muy heterogéneo de proteínas con efecto contra patógenos que últimamente están muy de moda–. La inmensa mayoría de estas sustancias tienen cierta actividad contra hongos y bacterias, pero a los virus no les hacen ni cosquillas; ahora bien, este “pelotazo” químico acabará matando a la célula infectada –al tiempo que endurece y engrosa su pared celular– para así impedir que el virus se mueva a las células vecinas. No se sabe con seguridad cual –o cuales– de estas sustancias intervienen en el aviso al resto de las células de la planta, pero el caso es que las demás células comienzan a activar los mismos mecanismos de defensa y –aunque en menor concentración y sin morir– a acumular las mismas sustancias, adquiriendo así cierta resistencia a los patógenos. En los alrededores de la célula suicida este proceso se denomina resistencia local adquirida (LAR), comienza casi inmediatamente y tiene mayor intensidad. En otras partes más alejadas de la infección se denomina resistencia sistémica adquirida (SAR) comienza más tarde y es menos intensa⁽²⁾. Todo esto ocurre continuamente en nuestras fincas de pimiento; las resistencias a tobamovirus –los “virus de la verruga” de las solanáceas– y a TSWV –el “virus del spoted”– controladas respectivamente por los genes L4 y Tsw,  funcionan exactamente de esta forma. Sin embargo, todos sabemos que las resistencias genéticas se rompen en muchas ocasiones. Con temperaturas muy altas y alta presión del virus el sistema proteico que dispara la resistencia puede fallar, pero el contraataque de los virus se basa en la extraordinaria facilidad con la que pueden aparecer cepas capaces de burlar la resistencia genética; los virus sufren mutaciones, recombinaciones entre cepas, recombinaciones con el genoma del huésped… Especialmente problemático es el caso del TSWV que –además de lo dicho– puede intercambiar alguna de las tres hebras de ARN de su genoma entre cepas (reasociarse)  o recombinar con su vector, con lo que presenta una variabilidad tremenda. Según este reciente estudio, donde unos franceses destripan la madeja que va dejando el “virus del spoted” alrededor del mundo, la reasociación estaría muy relacionada con la ruptura de la resistencia genetica a TSWV en pimiento proporcionada por el famoso gen Tsw.

Pero, aunque parezca mentira, si hablamos de virus vegetales la resistencia genética es sólo un complemento. El principal mecanismo de defensa antiviral de las plantas está basado en el reconocimiento y destrucción del ARN de los virus y forma parte de lo que los científicos denominan Silenciamiento Génico Post-Transcripcional (PTGS por el inglés Post-Trascriptional Gen Silencing) Detrás de este pomposo nombre está lo que muchos consideran como el primer gran descubrimiento científico del siglo XXI (sus primeros postuladores, los norteamericanos C. C. Mello y A. Fire, recibieron por su trabajo el Premio Nobel en el 2006) Este tema mantiene hiperactivos a los biólogos moleculares de medio mundo, pues su comprensión y control puede traer soluciones médicas y biotecnológicas impensables hace sólo unos años –también en el ámbito de la agricultura, como veremos otro día–. Para los muy frikis he tratado de resumir lo básico del proceso en la segunda imagen (tampoco llego mucho más allá) aunque evidentemente es muchísimo más complicado… El PTGS es un complejo mecanismo celular con el que los seres vivos controlan la expresión de los genes, y su funcionamiento me recuerda mucho a una especie de Control de Calidad de nuestra fábrica celular. Recordemos que en el centro de operaciones de nuestra fábrica –el núcleo celular– las instrucciones escritas en ADN se copiaban en ARN –durante la trascripción genética–. Algunas de estas copias se doblan sobre si mismas formando un bucle de ARN doble. Cuando llegan al citoplasma, estas copias dobladas no pueden traducirse en los ribosomas –los talleres que fabrican proteínas–, pero si son trabajadas por el sistema de Control de Calidad de nuestra fábrica celular, que corta con unas tijeras –un complejo enzimático denominado DICER– el bucle de ARN doble en dos pequeños pedacitos llamados micro-ARN (o miRNA, por sus siglas en ingles) Después, los Inspectores de Calidad –un complejo enzimático denominado RISC– buscan en toda la fábrica celular cualquier copia de ARN que encaje con estos micro-RNA y –una vez la encuentran– rompen o estropean la copia, impidiendo así que los ribosomas fabriquen la proteína que codificaba. De esta manera la célula controla qué proteínas tiene que fabricar en cada momento. Pues bien, los virus vegetales fabrican en algún momento de su ciclo ARN doble. Cuando el Control de Calidad encuentra en nuestra fábrica celular ARN doble procedente de un virus lo corta con sus tijeras –el complejo DICER– en pequeños pedacitos llamados pequeños ARN interferentes (o siRNA, por sus siglas en inglés) Los inspectores de calidad –el complejo RISC– utilizan algunos de estos pequeños ARN interferentes para reconocer el ARN del virus y destruirlo, deteniendo así la infección. El Control de Calidad también utiliza parte de los pequeños ARN interferentes para fabricar más ARN doble y volverlo a cortar, amplificando el control del virus. Además envía parte de los  pequeños ARN interferentes a otras células, creando una protección antiviral sistémica. El control de virus vegetales mediante PTGS es un mecanismo muy efectivo que protege a las plantas de la mayoría de los virus vegetales (si no fuera por él casi podría decirse que todos los virus infectarían a todas las plantas), pero –como bien sabemos– no es infalible. Se sabe que algunos virus son capaces de interferir y desactivar este sistema (los potyvirus son expertos en esto), o de modificar algunas estructuras celulares para replicarse a salvo de los complejos RISC. En esta guerra ninguno de los dos contrincantes va a rendirse. Llevan así millones de años y así seguirán unos cuantos millones más, siempre defendiéndose y contraatacando. ..
Edito porque se me había olvidado que los virus muchas veces atacan conjuntamente, especialmente cuando dos virus son transmitidos por el mismo vector. En Almería es muy fácil ver infecciones simultáneas de TYLCV y ToCV en tomate, o de CVYV y CYSDV en pepino –los cuatro trasmitidos por Bemisia tabaci–, o de TSWV y PMoV en pimiento –trasmitidos por Frankliniella occidentalis–. En estas infecciones mixtas los mecanismos de defensa vegetal que desactiva un virus favorecen la duplicación del otro virus (y viceversa) provocando síntomas mucho más graves.
Pero… ¿Qué hacemos nosotros en esta guerra? Pues hasta ahora hemos sido casi neutrales; poca cosa hemos hecho para ayudar a nuestros cultivos en su guerra contra los virus. Aunque quizás, gracias al conocimiento acumulado en la última década, pronto estemos en la primera línea del bando de las plantas… Pero eso lo veremos en un próximo post.

⁽¹⁾Aparte –y permitidme el tono de broma– está el término “antivirus” demasiado utilizado en nuestro sector y que jamás debe emplearse fuera de una tienda de informática. Este “palabro” confunde, genera falsas expectativas y acaba ocasionando problemas a agricultores, técnicos, almacenes y casas de semillas. Así que –en mi opinión– siempre es mejor hablar profesionalmente y con propiedad, aunque haya que repetir las cosas veinte veces.

⁽²⁾En este sistema de defensa de las plantas se basan muchos de los famosos inductores de resistencias englobados en el concepto “otros medios de defensa fitosanitaria” y conocidos vulgarmente como “productos ecológicos”. Claro que el hecho de que exista una base científica importante no quiere decir que en la práctica todos funcionen…