RNA virus populations can adapt to multiple selective pressures due to their high genetic diversity, large progenies, and short replication times. These characteristics favor the rapid selection of advantageous mutants within the population, increasing its overall fitness under specific environmental conditions. Experimental evolution procedures allow for the control of pressures and evaluation of their effects, enabling the determination of how adaptation processes occur in nature and the understanding of their underlying mechanisms. In this study, the system formed by bacteriophage Qβ and its host Escherichia coli was used to investigate the adaptive capacity of the virus when host availability is low, with assays conducted both at the optimal temperature for virus replication (37°C) and at suboptimal temperatures (30°C and 43°C).
The results showed that the evolutionary strategy employed by the phage to increase its fitness under low host availability was to enhance its ability to enter the cell. The phage can take two adaptive pathways to achieve the same result. The first pathway, followed at 30 °C and 37 °C, involves the selection of the C2011A mutation (T222N in the A1 protein). The second pathway, followed at 43 °C, involves the selection of the U830C mutation (V256A in the A2 protein). Both mutations result in faster virus entry, but each has different fitness costs. C2011A may reduce burst size or, depending on environmental conditions, may accelerate the loss of infective capacity in the presence of cellular debris, while the fitness cost of the U830C mutation is determined by the increased duration of its latent period.
Another finding was that two of the mutations most frequently selected when host density is high (A1930G at 37 °C and A1088G at 43 °C) never appeared in the lineages evolved at low host density. While it was possible to detect the joint presence of A1088G and U830C (the mutation that drives adaptation to low host density at 43 °C) in the consensus sequences of the lineages evolved from single mutants, this was not the case for mutations A1930G and C2011A. These mutations seem to establish negative epistatic interactions, such that when one is present, the selection of the other is hindered, preventing them from appearing together in the populations.
Las poblaciones de virus de ARN pueden adaptarse a múltiples presiones selectivas debido a su alta diversidad genética, grandes progenies y tiempos de replicación cortos. Estas características favorecen la rápida selección de mutantes ventajosos dentro de la población, aumentando su fitness global en condiciones ambientales concretas. Los procedimientos de evolución experimental permiten controlar las presiones y evaluar sus efectos, permitiendo determinar cómo suceden los procesos de adaptación en la naturaleza y comprender sus mecanismos subyacentes. En este trabajo se ha utilizado el sistema formado por el bacteriófago Qβ y su hospedador Escherichia coli para investigar la capacidad adaptativa del virus cuando la disponibilidad de hospedadores es baja, realizándose ensayos tanto a la temperatura óptima de replicación del virus (37 °C) como a otras subóptimas (30 °C y 43 °C).
Los resultados mostraron que la estrategia evolutiva empleada por el fago para aumentar su fitness en condiciones de baja disponibilidad de hospedadores era mejorar su capacidad para entrar en la célula. El fago puede tomar dos vías adaptativas para lograr el mismo resultado. La primera vía, seguida a 30 °C y 37 °C, implica la selección de la mutación C2011A (T222N en la proteína A1). La segunda, seguida a 43 °C, implica la selección de la mutación U830C (V256A en la proteína A2). Ambas mutaciones conllevan una entrada más rápida del virus, pero cada una tiene diferentes costes en fitness. C2011A puede reducir el burst size o, dependiendo de las circunstancias ambientales, puede acelerar la pérdida de la capacidad infectiva en presencia de restos celulares, mientras que el coste en fitness de la mutación U830C viene determinado por el aumento de la duración del período de latencia.
Otro hallazgo fue que dos de las mutaciones más frecuentemente seleccionadas cuando la densidad de hospedadores es alta (A1930G a 37 °C y A1088G a 43 °C) no aparecían nunca en las líneas evolucionadas a baja densidad. Mientras que, partiendo de mutantes sencillos, sí fue posible detectar la presencia conjunta de A1088G y U830C (la mutación que dirige la adaptación a baja densidad de hospedadores a 43 °C) en las secuencias consenso de las líneas, esto no ocurrió con las mutaciones A1930G y C2011A. Estas mutaciones parecen establecer interacciones epistáticas negativas, de modo que cuando una de ellas está presente, se dificulta la selección de la otra, impidiendo que aparezcan de forma conjunta en las poblaciones.
