El estudio de la evolución viral es un subcampo de la biología evolutiva y la virología; este campo estudia la evolución y el origen de los virus. Muchos de los virus, particularmente los virus de ARN, tienen tiempos de generación muy reducidos y la capacidad de mutación es muy alta (desde el orden de mutación puntual o mutación en el genoma mediante la replicación de virus de ARN). La elevada tasa de mutación tiene su fundamento en la selección natural, ya que los virus responden rápidamente a los cambios en el entorno del huésped.
La evolución viral es un aspecto importante en el campo de la epidemiología de las enfermedades de origen viral, tal como la influenza (virus de la influenza), el sida (VIH) y la hepatitis (VHC). La mutación viral se da con mucha rapidez, lo que provoca problemas para el desarrollo de vacunas y fármacos antivirales que sean exitosos, esto debido a las mutaciones que hacen al virus resistente en cuestión de semanas o meses después del inicio del tratamiento. El principal modelo que se utiliza para estudiar la evolución de los virus es el modelo de quasiespecies, como quasiespecies víricas.
Evolución
Los virus no forman fósiles debido a que las simples partículas virales no podrían soportar el proceso de fosilización. A pesar de esto, los genomas de diversos organismos contienen elementos virales endógenos (EEV’s). Estos son restos de genes y genomas de secuencia de ADN de virus que en tiempos antiguos “invadieron” la línea germinal del huésped. Un ejemplo, es aquel en que el genoma de la mayoría de las especies vertebradas contiene miles de secuencias derivadas de retrovirus antiguos. Estas secuencias son una fuerte evidencia sobre la historia evolutiva de los virus, y estas secuencias han dado lugar a una nueva rama de la ciencia llamada paleovirología.
La historia evolutiva de los virus puede inferirse mediante el análisis de genomas virales contemporáneos. Estos análisis han permitido medir las tasas de mutación de muchos virus y utilizar una técnica llamada “reloj molecular” que permite datar la divergencia de 2 especies.
Los virus evolucionan mediante cambios o mediante la generación de nuevas secuencias en su ARN (o ADN según sea el caso) algunos de estos evolucionan rápidamente, y sus mutantes usualmente mejor adaptados superan en número a sus homólogos que son menos aptos.Witzany G (ed) (2012) Viruses: Essential Agents of Life. Dordrecht: Springer En este sentido la evolución de los virus es Darwiniana.Leppard, p. 273 La manera en que los virus se reproducen en las células huésped, que son muy susceptibles a los cambios en su genoma, ayuda a impulsar la evolución de los virus.Leppard, p. 272 Los virus de ARN son demasiado propensos a las mutaciones. En las células huésped existen mecanismos que corrigen los errores que hay en el ADN durante la replicación, y estos actúan cuando sucede la división celular. Estos mecanismos son importantes ya que ayudan a prevenir que las mutaciones letales se transmitan a la descendencia; estos mecanismos no funcionan para el ARN y posteriormente cuando el ARN del virus se replica en la célula huésped, los cambios en el genoma inducen errores, de los cuales algunos pueden ser letales. Una pequeña partícula puede producir millones de virus de progenie en un solo proceso de replicación. Muchas de las mutaciones son silenciosas, esto quiere decir que no muestran cambios visibles en los virus de la progenie, pero algunas otras mutaciones aumentan la habilidad de adaptarse al medio ambiente. Este tipo de cambios en las partículas de los virus son aquellas que otorgan la habilidad a no ser identificadas en el sistema inmunológico o tienen una habilidad para que las eficacias de los medicamentos antivirales bajen su eficiencia. Estos cambios pueden ser fácilmente identificados en el VIH.
Muchos virus (Ejemplo: Virus de la influenza A) pueden cambiar su genoma con el de otros virus al momento de que dos cepas infecten a la misma célula huésped. Este fenómeno es llamado “cambio genómico” y este fenómeno es el causante de nuevas cepas de virus que pueden ser más virulentas. Otro tipo de virus cambia un poco más despacio a medida que las mutaciones en su genoma se acumulan, este proceso es conocido como “deriva genética”.
A través de estos mecanismos los nuevos virus emergen constantemente, lo que da como resultado un desafío para controlar y hacer medicamentos contra las enfermedades que producen estos virus. Con el antecedente de que todos los virus tienen un ancestro en común, y aunque la hipótesis del primer virus no ha sido totalmente aceptada, se sabe que los miles de especies de virus existentes han evolucionado de otras especies más antiguas.Mahy, pp. 70–80 Los morbilivirus, por ejemplo, son un grupo de virus que están estrechamente relacionados con algunos otros que infectan a una amplia gama de animales. El virus del sarampión puede infectar tanto a humanos como a otros primates, el virus del moquillo canino no solo infecta a los perros, sino también a patos, osos, comadrejas, etc. Otra enfermedad causada por virus es la peste bovina, que infecta al ganado vacuno y a los búfalos; otro tipo de virus infecta a las focas, marsopas, y delfines.Barrett, p. 16 Aunque aún no es posible saber cuál de estos virus evoluciona más rápido para un grupo tan estrechamente relacionado, se sugiere la posibilidad de que el antepasado común de estos sea muy antiguo.Barrett, p. 24–25
Orígenes thumb|250px|Hipótesis clásicas para el origen de los virus. Los virus son entidades primordiales con orígenes más antiguos que todos los seres vivos y se han revelado relaciones entre virus que infectan organismos de cada uno de los tres dominios de la vida, lo que sugiere que virus procariotas preceden a virus eucariotas y que las proteínas virales son anteriores a la divergencia de la vida e infectando así al último antepasado común universal (LUCA) y a los protobiontes. Las proteínas de las cápsides no tienen homólogos con las proteínas celulares, aunque una parte de los genes. Esto indica que algunos virus surgieron antes que las células y que probablemente han surgido varias veces. Se ha sugerido que nuevos grupos de virus han surgido repetidamente en todas las etapas de la evolución, a menudo a través del desplazamiento de genes ancestrales de replicación estructural y genómica. En particular porque se ha revelado relaciones evolutivas entre virus y elementos genéticos móviles no virales dando estos lugar a nuevos tipos de virus, posiblemente mediante la adquisición de los genes para la formación cápside así como las proteínas que la conforman.
Existen 3 hipótesis clásicas acerca del origen de los virus: Los virus pudieron haber sido células de muy pequeño tamaño que parasitaron a células más grandes, una hipótesis más conocida como degeneraciónLeppard, p. 16Sussman, p. 11 o de reducciónMahy, p. 24). La hipótesis de la reducción ha sido descartada por algunos científicos debido a que no hay ningún organismo celular que pudiese representar un estado intermedio. Aunque se conocen casos de microorganismos muy reducidos, estos nunca pueden llegar a formar entidades tan simples como los virus, por tanto esto hace difícil que podamos probar esta hipótesis. Algunos virus pudieron haber sido producto de la evolución de algunos fragmentos de ADN o ARN que escaparon de los genes de un organismo más grande (hipótesis de la vaganciaSussman, pp. 11–12 o hipótesis del escape). Otra hipótesis dice que los virus pudieron haber evolucionado a partir de moléculas complejas y ácidos nucleicos, antes de la aparición de las células en la Tierra, esta fue la primera hipótesis planteada acerca de los virus, (hipótesis del virus primero o coevolución).Villarreal, L.P. Viruses and the Evolution of Life. ASM Press, 2005. ISBN 978-1555813093.
Ninguna de las hipótesis descritas anteriormente ha sido del todo aceptada, la hipótesis regresiva fue refutada ya que no puede explicar porque los parásitos celulares no se asemejan a ningún tipo de virus y porque no hay ningún intermediario evolutivo que pudiese demostrarla. La hipótesis del escape de fragmentos de ADN o ARN no explicaba la complejidad de las cápsides y de otras estructuras virales. La hipótesis del virus primero no explicaba porque los virus dependen de células huéspedes para su replicación. Los biólogos han revaluado las hipótesis antes mencionadas y han concluido que el escenario más plausible para el origen de los virus es un híbrido entre la hipótesis del virus primero y el escape.Mahy, pp. 362–78
A su vez se han propuesto dos hipótesis nuevas:
Hipótesis de orígenes quiméricos: con base en los análisis de la evolución de los módulos de virus replicativos y estructurales, se propuso un escenario quimérico para el origen de los virus en 2019. Según esta hipótesis los virus se originaron de distintos tipos de replicadores primordiales (protovirus) del mundo de ARN al reclutar proteínas de huéspedes primordiales para la formación de cápsides. Estos huéspedes habrían sido protobiontes, a su vez los virus también pudieron continuar reclutando proteínas de sus huéspedes celulares actuales. Los virus retienen un módulo de replicación heredado de la etapa prebiótica ya que este está ausente en las células. También las infecciones virales produjeron el desplazamiento de genes asociados con la formación de cápsides y el módulo de replicación vírico entre los organismos celulares que pudieron fomentar la aparición de nuevos virus. Este escenario es distinto de los otros tres, pero se considera un híbrido entre la hipótesis del virus primero y el escape. Los virus satélite parecen apoyar esta hipótesis ya que ellos son virus compuestos por ácidos nucleicos que no pueden replicarse sin la ayuda de un virus auxiliar y requieren la mayor parte de las enzimas del virus auxiliar para fabricar su cápside.
Hipótesis de coevolución (teoría de la burbuja): al comienzo de la vida, existía una comunidad de replicones tempranos (piezas de información genética capaces de autorreplicarse) cerca de una fuente de alimento como una fuente termal o un respiradero hidrotermal. Esta fuente de alimento también produjo moléculas similares a los lípidos que se autoensamblan en vesículas que pueden encerrar replicones. Cerca de la fuente de alimento los replicones prosperaron, pero más lejos los únicos recursos no diluidos estarían dentro de las vesículas. Por lo tanto, la presión evolutiva podría empujar replicones a lo largo de dos caminos de desarrollo: fusionándose con una vesícula, dando lugar a células; e ingresando a la vesícula, utilizando sus recursos, multiplicándose y saliendo para otra vesícula, dando lugar a virus.