La evolución de los virus: de las mutaciones a las redes genéticas

Virus como influenza o SARS-CoV-2, tienen una capacidad notable para escapar del sistema inmune. Lo hacen a través de la llamada deriva antigénica, que consiste en acumular pequeñas mutaciones en las zonas donde se unen los anticuerpos. Estas modificaciones en las proteínas antigénicas de superficie permiten que el virus no sea reconocido por completo por el sistema inmune y pueda reinfectar a personas que ya habían cursado la infección o incluso estaban vacunadas.

Hasta ahora, muchos modelos intentaban simplificar este proceso de evolución viral en representaciones lineales o bidimensionales. Dichos enfoques permitían observar cómo una cepa era reemplazada por otra a lo largo del tiempo, pero no alcanzaban a explicar la complejidad real del proceso. Una nueva investigación, disponible como preprint en arXiv (2025), analiza la evolución de los virus como redes de genotipos, donde cada nodo es una variante y cada enlace es una mutación posible.

Tradicionalmente se han usado los árboles filogenéticos, estructuras en las que cada rama representa la forma en que una variante desciende de otra. Son útiles, pero tienen limitaciones. Por ejemplo, no contemplan los casos en que diferentes caminos mutacionales llevan al mismo punto, un fenómeno denominado evolución convergente.

En cambio, las redes de genotipos permiten observar no solo la descendencia directa, sino también la existencia de múltiples rutas y la formación de cuasiespecies, es decir, poblaciones de variantes muy similares que surgen alrededor de una cepa predominante. Esta perspectiva refleja con mayor precisión lo que revelan los datos reales de vigilancia genómica.

Los autores desarrollaron el modelo SIMS (Susceptible–Infectious–Mutation–Susceptible), compuesto por tres procesos dinámicos que mantienen en movimiento continuo los cuatro estados.

1. Contagio: describe la transición de Susceptible → Infectious (S→I), donde las personas pasan de susceptibles a infectadas al entrar en contacto con un portador de la cepa.
2. Inmunidad: corresponde a la transición de Infectious → Susceptible (I→S). Deja una memoria inmunológica parcial, con cierta inmunidad cruzada hacia variantes cercanas en la red, la cual decae con el tiempo.
3. Mutación: refleja la transición de Infectious → Infectious con otra variante. En la red de genotipos, esto equivale a que el virus se desplace generando nuevas variantes a partir de mutaciones puntuales.

Este modelo logra reproducir fenómenos que antes resultaban difíciles de explicar, como la recurrencia de olas epidémicas, el reemplazo de linajes y, bajo ciertas condiciones, dinámicas tan irregulares que llegan a parecer caóticas.

Cuando se aplicó el modelo a los datos de influenza A H3N2, los resultados reprodujeron lo observado en la realidad: las variantes no permanecen fijas, sino que muestran oscilaciones endémicas con ciclos estacionales; la forma o topología de la red genética determina que la epidemia sea más estable o que se produzcan brotes recurrentes; y, con el tiempo, la acumulación de inmunidad poblacional impulsa la sustitución de linajes, ya que el virus migra hacia nuevas regiones de la red, desplazando a las variantes previas.

Este trabajo demuestra que la estructura de las redes genéticas virales es clave para explicar por qué algunos patógenos, como la gripe, presentan fluctuaciones periódicas mientras otros se mantienen más estables.

La combinación de estas redes con factores como la movilidad humana, las características propias de cada cepa o la respuesta inmune en individuos inmunocomprometidos podría fortalecer las herramientas de preparación frente a pandemias y abrir paso a un enfoque epidemiológico más realista, capaz de anticipar no solo la magnitud de los brotes, sino también la aparición de nuevas variantes.