Transmisión colectiva de enterovirus asociada a membranas: Bases genéticas e implicaciones evolutivas

Viruses are responsible for numerous diseases. Many of these are chronic and it is estimated that 20% of cancers are caused by viral infections. Moreover, thanks to their great adaptive capacity and ease of transmission, they have a certain facility for jumping from one species to another, so that many viruses that infect animals are potential zoonoses, giving them considerable pandemic potential. Studying and better understanding viruses is an essential step in the development of better health and epidemiology protocols, as well as in the search for new antiviral drugs. In recent years it has been discovered that viruses can be transmitted collectively from one host to another in multiple ways, changing the classical virology paradigm "one infectious unit = one viral particle". One of the most ubiquitous forms of group transmission is membrane-associated transmission. However, both the genetic basis of this process and its evolutionary implications are still an unanswered question. The common objective of this thesis is to shed light on these unknowns in an attempt to better understand the evolutionary and genetic basis underlying this mechanism of viral transmission, using an enterovirus, coxsackievirus b3 (CVB3). Cells infected by this virus release membranous structures containing between 8 and 21 infectious particles on average. To test whether the virus encodes this process in its genome, we performed a directed evolution experiment in which we repeatedly selected the fraction of viruses that are freely or cluster transmitted. CVB3 responded with several mutations that altered the ability of the virus to use this form of viral transmission. Moreover, one of the main effects of group transmission is the consequent increase in multiplicity of infection (MOI), which can favor viral cooperation events, but also the emergence of cheating viruses, such as defective interfering particles. To better understand this process, we examined the genetic diversity of membrane-associated CVB3 virion clusters. In most cases, these structures do not promote cotransmission of different viral genetic variants from cell to cell, and thus mostly contain viral particles whose genomes are highly related. Finally, increased MOI may also have effects on the efficacy of viral infection that are independent of the associated genetic diversity. When comparing the per capita efficacy of the virus, it was observed that the cost of dispersal is not compensated at the productivity level, but it does seem to accelerate infection and release of viral progeny in group-infected cells.

Los virus son responsables de numerosas enfermedades. Muchas de éstas son crónicas y se estima que el 20% de los cánceres son causados por infecciones virales. Además, gracias a su gran capacidad adaptativa y a su facilidad de transmisión, tienen cierta facilidad para saltar de una especie a otra, por lo que muchos virus que infectan animales son potenciales zoonosis confiriéndoles un considerable potencial pandémico. Estudiar y comprender mejor a los virus es un paso esencial en la elaboración de mejores protocolos de salud y epidemiología, así como en la búsqueda de nuevos fármacos antivirales. En los últimos años se ha descubierto que los virus pueden transmitirse en grupo de un huésped a otro de múltiples formas, cambiando el paradigma clásico de la virología “una unidad infecciosa = una partícula viral”. Una de las formas más ubicuas de transmisión grupal es la transmisión asociada a membranas. Sin embargo, tanto la base genética de este proceso como sus implicaciones evolutivas son todavía una incógnita pendiente de ser resuelta. El objetivo común de esta tesis consiste en aportar luz a estas incógnitas para tratar de comprender mejor las bases evolutivas y genéticas subyacentes a este mecanismo de transmisión grupal, utilizando como modelo de estudio el enterovirus coxsackie b3 (CVB3). Células infectadas por este virus liberan estructuras membranosas que contienen entre 8 y 21 partículas infecciosas en promedio. Para comprobar si el virus codifica este proceso en su genoma, realizamos un experimento de evolución dirigida en el que seleccionamos repetidamente la fracción de virus que se transmiten libremente o en grupo. CVB3 respondió a este régimen de selección de manera reproducible a través de una serie de mutaciones que alteraron la capacidad del virus para utilizar esta forma de transmisión viral. Por otra parte, uno de los principales efectos que tiene la transmisión grupal es el consecuente aumento de la multiplicidad de infección (MOI), lo que puede favorecer eventos de cooperación viral, pero también la emergencia de virus tramposos, como las partículas interferentes defectivas. Para comprender mejor este proceso, examinamos la diversidad genética de los grupos de viriones de CVB3 asociados a membrana. En la mayoría de los casos, esas estructuras resultaron no promover la cotransmisión de variantes genéticas virales diferentes de una célula a otra, por lo que en su mayoría contienen partículas virales cuyos genomas se encuentran altamente emparentados. Por último, el aumento de la MOI puede tener también efectos en la eficacia de la infección viral que son independientes de la diversidad genética asociada. Al comparar la eficacia per capita del virus se observó que el coste de dispersión no queda compensado a nivel de productividad, pero sí que parece acelerarse la infección y liberación de progenie viral en células infectadas grupalmente.