La recreación de la evolución del coronavirus en un tubo de ensayo revela las condiciones que pueden dar lugar a variantes altamente contagiosas.
Un paso clave en el origen de muchas pandemias se produce cuando un virus de origen animal infecta a los seres humanos y luego evoluciona para propagarse de forma más eficaz de persona a persona. Por eso, los científicos y los médicos vigilan de cerca los virus que podrían saltar de los animales a los seres humanos, como las cepas emergentes de la gripe aviar y los coronavirus de los murciélagos, así como los virus que ya se han transmitido a los seres humanos pero que, por ahora, se propagan con dificultad entre las personas, como el hantavirus y el Ébola.
Los investigadores han recreado ahora en un tubo de ensayo, en tan solo unos meses, la trayectoria evolutiva que siguió el coronavirus durante la pandemia de COVID-19, desde la cepa original de Wuhan hasta la aparición de las variantes Ómicron, altamente contagiosas. Este logro es fruto de una nueva colaboración entre los laboratorios del profesor Gideon Schreiber, del Instituto Weizmann de Ciencias, y el doctor Jiří Zahradník, de la Primera Facultad de Medicina de la Universidad Carolina de Praga y del Centro BIOCEV. Los hallazgos, publicados en Nature Communications, alimentan la esperanza de que, en el futuro, los científicos puedan predecir cómo es probable que evolucionen los virus y en qué condiciones podrían surgir nuevas oleadas de infección.
Recrear la evolución del coronavirus: la pandemia a cámara rápida
En agosto de 2021, Schreiber y sus colegas publicaron los resultados de un experimento de evolución in vitro que identificó un par de mutaciones en el sitio de unión del coronavirus que hacen que el virus sea altamente contagioso, al mejorar su capacidad para unirse a los receptores del tracto respiratorio humano. Aproximadamente tres meses después, la variante Ómicron se identificó por primera vez en Sudáfrica y, cuando los investigadores la secuenciaron, encontraron exactamente el mismo par de mutaciones. Ese fue el momento en que Schreiber se dio cuenta de que el método de evolución in vitro desarrollado en su laboratorio podría predecir potencialmente puntos de inflexión importantes en el curso de las pandemias.
La evolución avanza a través de mutaciones y selección natural. Para sobrevivir y propagarse, los virus se replican a gran velocidad, lo que a menudo puede provocar errores genéticos que se acumulan, dando lugar a nuevas variantes. En el nuevo estudio, los investigadores replicaron el gen que codifica el sitio de unión del coronavirus utilizando un mecanismo deliberadamente propenso a errores, simulando así en «avance rápido» la aparición de mutaciones.
Utilizando células de levadura de panadería modificadas genéticamente, expusieron millones de variantes resultantes a receptores humanos y, imitando la selección natural, conservaron solo aquellas que seguían uniéndose con éxito. Al repetir una y otra vez los ciclos de mutación y selección, los científicos reconstruyeron la evolución de la interacción entre el virus y los seres humanos a lo largo de toda una pandemia.
En la línea de salida de esta carrera evolutiva en un tubo de ensayo se encontraban la cepa original de Wuhan y varias variantes que surgieron durante la pandemia, entre ellas Alfa, Beta y Ómicron. Los investigadores examinaron cómo evolucionaban sus sitios de unión en dos escenarios: bajo una fuerte presión selectiva y bajo una presión selectiva débil. La fuerte presión selectiva es una situación en la que solo un pequeño número de virus sobrevive en cada etapa evolutiva, lo que permite que las mutaciones ventajosas se impongan rápidamente. En cambio, bajo una presión selectiva débil, muchas variantes virales sobreviven y las mutaciones ventajosas se enriquecen sin llegar a imponerse por completo.
“Algunas pandemias futuras que se transmitan de los animales a los humanos podrían seguir una trayectoria similar: una evolución acelerada que culmine en el predominio de una variante viral altamente contagiosa y específicamente adaptada para unirse a los receptores humanos”, predice Schreiber. “Analizamos si esto podría ocurrir con el virus del SARS (SARS-CoV-1), cuyo brote a principios de la década de 2000 se mantuvo limitado. Cuando lo sometimos a una evolución in vitro bajo una fuerte presión selectiva, una variante que se une de forma muy eficaz a los receptores del tracto respiratorio se impuso rápidamente. La buena noticia es que, gracias a su similitud con el coronavirus que causó la pandemia, es probable que ya poseamos una inmunidad parcial»”.
El misterio de Ómicron
La vía evolutiva que condujo al predominio de Ómicron no se observó bajo una presión selectiva débil, y las simulaciones por ordenador revelaron el motivo. Durante el proceso de mutación, a veces pueden surgir varias mutaciones simultáneamente. Si una mutación confiere a una nueva variante viral una ventaja de supervivencia y la ayuda a dominar la población, otras mutaciones —las que son neutras o incluso perjudiciales— pueden «aprovecharse» de ella y propagarse también.
Las simulaciones mostraron que, bajo una fuerte presión selectiva, las mutaciones ventajosas se vuelven dominantes antes de que las «polizones» tengan la oportunidad de acumularse. Sin embargo, bajo una presión selectiva débil, las mutaciones beneficiosas arrastran consigo muchas mutaciones adicionales, lo que disminuye su propia ventaja de diseminación.
Hasta la fecha, el origen de Ómicron sigue siendo un misterio, ya que es genéticamente muy diferente de otras variantes del coronavirus. En personas sanas, el sistema inmunitario elimina el virus rápidamente, lo que le deja poco tiempo para acumular un gran número de mutaciones. Por ello, los investigadores plantearon la hipótesis de que Ómicron podría haber surgido en personas inmunodeprimidas, en las que las infecciones pueden persistir durante meses.
“Para sobrevivir en sus cuerpos, el virus tuvo que luchar repetidamente contra su actividad inmunitaria residual e infectar una y otra vez los receptores del tracto respiratorio”, explica Schreiber. “Esas son precisamente las condiciones de una fuerte presión selectiva, y nuestro estudio demuestra que son esenciales para la aparición de Ómicron, lo que respalda aún más la hipótesis de que se originó en personas inmunodeprimidas”.
Unirse o evadir
Hay tres factores principales que determinan si un virus sobrevivirá en los seres humanos: la infectividad, la estabilidad estructural y la capacidad de evadir el sistema inmunitario. Sin embargo, se desconocía el equilibrio entre estos factores.
“En nuestro experimento de evolución, en cada etapa seleccionamos las variantes que se unían con mayor fuerza al receptor humano y, bajo una fuerte presión selectiva, también exigimos que se mantuvieran estables a altas temperaturas”, afirma Schreiber. “Aunque los virus no tenían que enfrentarse en absoluto al sistema inmunitario, aparecieron la mayoría de las mutaciones características de Ómicron. Esto demuestra que la evolución del coronavirus estuvo impulsada principalmente por una mayor infectividad. No obstante, al analizar las bases de datos, descubrimos que, a medida que aumentaba la inmunidad de la población, el virus comenzó a acumular mutaciones de “compromiso”, es decir, mutaciones que equilibran la infectividad con la evasión inmunitaria”.
“El método de evolución in vitro que hemos desarrollado podría aplicarse en el futuro a otros virus preocupantes”, añade. “Podremos aislar proteínas virales e investigar cómo se prevé que evolucionen en diferentes escenarios. Nuestro enfoque permite identificar variantes peligrosas antes de que se conviertan en dominantes, lo que ayuda a centrar los esfuerzos en prevenir las condiciones que les permiten imponerse, y a prepararnos para ellas con antelación”.
Artículo científico
Shoshany, A., Tian, R., Padilla-Blanco, M. et al. Stringent selection drives convergence toward omicron-like SARS-CoV-2 receptor-binding motifs. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72312-z
