Cómo ingresa el virus COVID a las células humanas

Un estudio ha capturado nuevas visiones de la intrincada danza molecular entre nuestras células y el virus que causa el COVID-19, el SARS-CoV-2.

Los hallazgos podrían contribuir al desarrollo de vacunas más eficaces a medida que surjan variantes adicionales.

Publicado en la revista CienciaEl estudio revela cómo el SARS-CoV-2 utiliza su proteína de pico, moléculas puntiagudas que estudian la superficie exterior del virus, para agarrarse y arrastrarse hasta tocar la superficie de las células humanas y, finalmente, introducir sus genomas virales en las células.

El estudio fue realizado por investigadores de la Facultad de Medicina de Yale (YSM), la Universidad Northeastern y la Universidad Rice.

La unión del virus a las células a través de su proteína de pico es el primer paso importante para que el virus se adhiera a las células e infecte. La vacuna actual contra la COVID-19 actúa impidiendo que el virus se adhiera a las células; El nuevo estudio detalla cómo ciertos anticuerpos humanos pueden bloquear el siguiente paso, la fusión del virus a la célula.

Esto es importante, porque por mucho que las vacunas hayan sido efectivas para millones de personas, pueden fallar contra futuras variantes del SARS-CoV-2 debido a la rápida mutación del virus.

«Comprender cómo funcionan estos anticuerpos para bloquear la maquinaria de fusión puede ayudarnos a comprender cómo diseñar mejor los inmunógenos [for better vaccines]”, dice Michael Grunst, primer autor del estudio y estudiante de doctorado que trabaja en el laboratorio de Walther Mothes, profesor de medicina en la Facultad de Medicina de Yale.

La proteína de pico viral se compone de dos partes: una que se une a la proteína ACE2 humana, que se encuentra en la superficie de muchos tipos de células humanas y es la puerta de entrada del virus a la infección, y otra parte que cambia de forma para moverse. el virus más cerca. con la célula humana una vez que está adherida. Es necesario acercar el virus y la célula para que se produzca la infección, ya que las membranas del virus y la célula deben fusionarse para que el virus ingrese a la célula.

Las vacunas contra el COVID-19 que se encuentran ahora en el mercado fueron diseñadas para incluir la porción de la proteína de pico que se une a ACE2, que es propensa a mutaciones a medida que evoluciona el virus. Incluso con actualizaciones anuales de la vacuna, los diseñadores de las vacunas COVID no podrán mantenerse al día con las mutaciones que se han producido en esta parte de la proteína. Pero es poco probable que cambie un posible objetivo de oportunidad diferente (la parte de la proteína que cambia de forma), porque su estructura es fundamental para cerrar la brecha entre el virus y la célula.

La estructura estable en esa área sugiere que futuras vacunas dirigidas a ella podrían ser universalmente efectivas contra variantes más peligrosas del SARS-CoV-2, e incluso podrían funcionar contra otros coronavirus, como los virus que causan el síndrome respiratorio de Oriente Medio (MERS) o el original. Síndrome respiratorio agudo severo (SARS), dice Mothes.

Los anticuerpos contra esta región son eficaces contra una amplia variedad de variantes del SARS-CoV-2, incluidas las llamadas variantes preocupantes, que son variantes recientemente desarrolladas que pueden ser más infecciosas o más transmisibles que el virus original.

Para simular una unión entre proteínas cercana a las condiciones de la vida real, los investigadores de Yale utilizaron partículas similares a virus recubiertas con la proteína Spike o ACE2. Vieron la interacción entre las dos proteínas a través de una técnica de microscopía conocida como tomografía electrónica criogénica o crio-ET, que captura estructuras tridimensionales detalladas de las moléculas. Luego, sus colaboradores de Northeastern y Rice utilizaron los datos de imágenes recopilados por el equipo de Yale para crear simulaciones computacionales de todo el proceso.

La técnica de imágenes avanzada combinada con los modelos informáticos permitió al equipo tomar fotografías de la interacción Spike-ACE2 y los siguientes intermedios de fusión que no se habían visto antes con ese nivel de detalle. Por ejemplo, pudieron ver nuevos detalles del cambio dramático en la forma de la proteína de pico: se parece un poco a una navaja que se pliega para cerrarse, como la describió Grunst.

«Esta es la primera vez que vemos la estructura de las etapas intermedias del pico durante la fusión», dice Wenwei Li, científico investigador asociado en el Laboratorio Mothes, quien dirigió el estudio junto con Mothes y Paul Whitford, profesor asociado de física. . en el noreste. «Descubrimos que esta región es incluso más dinámica de lo que pensábamos antes».

Los investigadores también capturaron imágenes de las dos proteínas junto con anticuerpos que se unen a la región que cambia de forma de la proteína de pico. Con simulaciones por computadora, el equipo pudo demostrar que el anticuerpo bloquea la proteína de pico para que no se pliegue sobre sí misma, impidiendo que acerque el virus y las membranas celulares lo suficiente como para enfocarse.

También descubrieron que los anticuerpos se unen a una forma plegada transitoriamente de la proteína de pico, lo que quizás explica por qué estos anticuerpos son naturalmente relativamente raros: nuestros sistemas inmunológicos solo tienen una breve ventana de exposición a esta forma particular de la proteína. Mothes dice que los detalles sobre las formas que adopta la proteína de pico a medida que se pliega podrían ayudar a los desarrolladores de vacunas a elegir la parte ideal del virus para estimular la producción de más de estos anticuerpos.

«Las variantes de la COVID pueden evadir nuestro sistema inmunológico y nuestras vacunas mediante mutaciones, pero estas máquinas de fusión sólo tienen un modelo de cómo hacer su trabajo», afirma.

«Es una máquina cableada y conservada; no puedes cambiarlos. Por eso, comprender mejor cómo funciona ese mecanismo significa que podemos aprender más sobre su vulnerabilidad, para [use vaccines to] bloquear este proceso con anticuerpos”.

Fuente: Yale