Conozca su objetivo: la ciencia fundamental nos conducirá a las vacunas contra el coronavirus
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La pandemia actual, y tal vez aún más importante, la próxima, será superada en el laboratorio por una sólida ciencia fundamental que informe a los médicos inteligentes. respuestas y políticas públicas.
A nivel mundial, la comunidad de investigación está motivada para combatir este virus: los investigadores están desarrollando formas de reutilizar el equipo de protección personal, ideando mejores tratamientos para las personas que han sido infectadas, creando vacunas y tratando de comprender qué hace que este virus sea tan mortal.
Uno de los principales problemas en la lucha contra la pandemia de COVID-19 es que simplemente no entendemos por qué el SARS-CoV-2, el coronavirus que causa la enfermedad, es tan peligroso. Sabemos que su naturaleza mortal es una función de pequeños cambios genéticos, llamados mutaciones, que lo distinguen de otros virus. ¿Pero qué mutaciones?
El SARS-CoV-2 es un pariente cercano del SARS-CoV, el virus que provocó el brote de SARS en 2003, pero incluso entre estos virus estrechamente relacionados existen alrededor de 6000 diferencias genéticas (un asombroso 20 % de las genoma). Entre estos dos virus del SARS y otros coronavirus mucho menos mortales, hay incluso más mutaciones.
Variaciones mortales
¿Cuál de estos cambios, o combinación de estos cambios, hace que el SARS-CoV- 2 tan mortal? Este virus tiene 14 genes en su genoma, que codifican 27 proteínas. Las proteínas son cadenas de aminoácidos y esas 6000 diferencias genéticas dan como resultado 380 cambios de aminoácidos. Son los cambios en los aminoácidos, y lo que esos cambios hacen en la función de las proteínas, lo que le da a cada virus su carácter único.
El SARS-CoV-2 es, como otros coronavirus, una esfera con púas que irradian. . En las imágenes del microscopio electrónico, estos picos forman una corona, la corona que les da su nombre a estos virus. En la infección, los picos se adhieren a las células humanas y controlan los genes del virus que ingresan a las células. Diferentes picos de coronavirus se unen a diferentes receptores en la superficie celular. SARS-CoV-2 y SARS-CoV, por ejemplo, se unen a diferentes receptores que el virus MERS, lo que da como resultado diferentes patologías.
Cada virus tiene su propia forma de estos picos, y esta gran cantidad de variación en estos picos es un desafío y una posible solución para crear una vacuna contra el SARS-CoV-2. Las vacunas funcionan entrenando su sistema inmunológico para que reconozca un antígeno, un aspecto específico de un invasor.
Un desafío para crear una vacuna contra el SARS-CoV-2, o cualquier vacuna, es que debido a que las superficies de los virus varían tanto, los antígenos cambian y una vacuna para un virus no reconoce a otro. Pero, si podemos identificar algo que sabemos que está en la superficie de un virus, posiblemente podamos crear una vacuna para ese antígeno. Con el SARS-CoV-2, su pico único es uno de esos posibles candidatos y el trabajo para caracterizar el pico está en marcha.
Ciencia de los picos
¿Por qué los picos diferentes tienen una biología diferente? Los picos son proteínas, y las diferencias en la unión y la forma de los picos son una función de los cambios de aminoácidos, pero no sabemos cuáles. En parte, nuestra falta de comprensión refleja nuestra ignorancia de cómo los cambios de aminoácidos afectan la forma y función de las proteínas. Aquí es donde entra la ciencia fundamental.
Mi grupo de investigación estudia cómo las sustituciones de aminoácidos cambian la función y la biología de las proteínas: exactamente lo que no entendemos sobre la variación en el SARS-CoV-2. Estudiamos una proteína llamada enzima málica que convierte el compuesto químico malato en piruvato en prácticamente todos los organismos vivos, incluida la Drosophila melanogaster, la mosca de la fruta con la que trabajamos.
Como todas las proteínas, la enzima málica de Drosophila es una cadena de aminoácidos plegada en forma tridimensional. Puede imaginarse esto como una pelota de gomas elásticas si las gomas elásticas fueran todas una cuerda larga y la pelota no fuera necesariamente redonda. Este aspecto no redondo es importante; la forma que toma una proteína depende de los aminoácidos en esa cadena.
La forma de una proteína está determinada por cómo se empaqueta su secuencia de aminoácidos. Cambia un aminoácido y cambias esa forma y la forma determina cómo funcionan las proteínas. Esta jerarquía de aminoácidos determina la forma, la forma determina la función, ya sea que estemos viendo una enzima metabólica o una proteína de pico viral.
La enzima málica de Drosophila se compone de casi 600 aminoácidos, pero en toda la especie, solo dos de ellos difieren. En el primer sitio, los dos aminoácidos que encontramos, alanina o glicina, son bastante similares entre sí, pero la sustitución entre los dos cambia la actividad de la enzima en casi un 30 por ciento, lo cual es un gran problema en biología. Una mirada más cercana a este sitio puede explicar la diferencia en la actividad.
Está en el borde del sitio activo de la proteína, el bolsillo en el que la enzima descompone el malato, y parte de una hélice, un remolino de aminoácidos que forman una estructura en forma de escalera de caracol. Las alaninas forman espirales pero las glicinas no. Esa diferencia del 30 por ciento en la actividad parece ser el resultado de una espiral ligeramente más corta o más larga, una pequeña diferencia que conduce a un cambio sutil en la forma pero bioquímicamente muy diferente.
El segundo sitio cuenta una historia diferente. En este sitio, los dos aminoácidos, leucina o metionina, también son bastante similares entre sí, pero nuevamente vemos una diferencia en la bioquímica, aquí una diferencia de alrededor del 40 por ciento en la fuerza con la que la enzima se une al malato. El segundo sitio no está particularmente cerca de ninguna estructura conocida, pero está en una región de la proteína en la que los aminoácidos se encuentran en una lámina, interactuando para formar una superficie plisada similar a una falda plisada. Es probable que la diferencia sutil entre la leucina y la metionina cambie la forma de esta hoja, lo que da como resultado la diferencia en la bioquímica de unión.
Comprender estas dos pequeñas diferencias nos ayuda a comprender cómo la variación de aminoácidos conduce a cambios en la función y la función de las proteínas. nos acerca a predecir cómo otros cambios en otras proteínas, como un pico viral, alteran su función.
Comprensión fundamental
La ciencia fundamental es la base de gran parte del trabajo para desarrollar un Vacuna SARS-CoV-2. La investigación de laboratorios de todo el mundo nos acerca a vencer la próxima pandemia. Nuestro trabajo con moscas es una pequeña parte de este proceso. A medida que mejoramos en la comprensión de la variación de proteínas, por ejemplo, mejoramos en el diseño de nuevas vacunas y posiblemente en la predicción de qué virus tienen el potencial de ser mortales.
Es muy poco probable que la pandemia de COVID-19 sea la única crisis de este tipo a la que nos enfrentamos. Hay potencialmente millones de virus que podrían representar una amenaza para los humanos, sin mencionar otros patógenos no virales. El éxito en la lucha contra estas amenazas depende de una ciencia sólida y una financiación sólida para la investigación fundamental de las formas tradicionales y novedosas de combatir las enfermedades infecciosas.
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Cita: Conozca su objetivo: la ciencia fundamental nos conducirá a las vacunas contra el coronavirus (2020, 1 de mayo) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05- fundamental-science-coronavirus-vaccines.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.