Identificación potencial de la emergencia humana del SARS-CoV-2 y nuevas terapias para la COVID-19
James Weger-Lucarelli, Anne M. Brown y Amanda Sharp analizan los modelos moleculares de la COVID-19. Crédito: Jack Micallef para Virginia Tech
A través de una colaboración que incorpora el uso de modelos informáticos, datos y virología, un grupo de investigadores de Virginia Tech aborda las últimas preguntas sobre la COVID-19. El proyecto del grupo en la adaptación y transmisión humana de COVID-19, «Un barrido selectivo en el gen Spike ha impulsado la adaptación humana del SARS-CoV-2», se publicó en Cell. Ahora, el equipo se basa en esa investigación para el descubrimiento terapéutico.
En 2020, antes del comienzo de la pandemia, Anne M. Brown, profesora asistente y consultora de informática científica y coordinadora de análisis de salud de las Bibliotecas Universitarias, y James Weger-Lucarelli, profesor asistente en la Facultad de Medicina Veterinaria de Virginia-Maryland Departamento de Ciencias Biomédicas y Patobiología, estaban analizando mutaciones en el virus Mayaro, que causa artritis severa en humanos.
«Estábamos interesados en entender cómo el virus Mayaro podría adaptarse a los mosquitos que comúnmente pican a los humanos y abundan en áreas tropicales», dijo Weger-Lucarelli. «El Dr. Brown es capaz de analizar cómo las mutaciones virales afectan la estructura de las proteínas, lo que podría afectar su capacidad para infectar sus células diana. Cuando la pandemia de COVID-19 golpeó a los EE. UU., vimos una extensión natural de nuestro trabajo anterior con el SARS- CoV-2».
Mientras tanto, Weger-Lucarelli y su colega Pawel Michalak, del Colegio de Medicina Osteopática Edward Via en Monroe, Luisiana, estaban trabajando en métodos de secuenciación avanzados que identificaron mutaciones de barrido selectivo en SARS-CoV-2 que podría haber llevado a la adaptación humana y permitido la transmisión sostenida de persona a persona. Tras el descubrimiento de varias mutaciones de interés, se acercaron a Brown para aprovechar su experiencia como bioquímica computacional y racionalizar el impacto de las mutaciones en la proteína espiga (S), que media en la unión y fusión del receptor a ACE2 y causa la infección humana. Tanto Weger-Lucarelli como Michalak se desempeñaron como autores correspondientes del trabajo.
«La Dra. Weger-Lucarelli dirigió el proyecto para identificar mutaciones potenciales utilizando técnicas de vanguardia en el laboratorio, pero necesitaba comprender el impacto bioquímico y estructural de tal cambio para racionalizarlo a nivel atomístico e incorporar la papel de los glicanos en este descubrimiento», dijo Brown. «Analizamos los datos estructurales proporcionados, conectamos la influencia emergente de los glicanos en la dinámica de los picos y ayudamos a conectar los puntos».
Trabajaron a través de posibles mutaciones estructurales a través del modelado de datos y destacaron un pequeño cambio que podría haber impulsado la adaptación humana, esencialmente lo que cambió para hacerlo dañino y transmisible a los humanos.
«Esta colaboración es único por lo diferente que es nuestra experiencia», dijo Weger-Lucarelli. «La Dra. Brown es modeladora molecular y bioinformática, y yo soy viróloga. Hemos podido combinar nuestros diferentes conjuntos de habilidades de manera productiva».
Amanda Sharp, estudiante de posgrado en genética, bioinformática y computación biología, trabajó con Brown en el mapeo de la mutación y en encontrar formas de mostrar visualmente los datos complejos de manera clara y precisa. Además, Xiaofeng Wang, profesor asociado de la Facultad de Ciencias Ambientales y Vegetales de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, optimizó métodos para manipular el genoma del SARS-CoV-2 y es autor de este trabajo.
«Este proyecto realmente destacó cómo todos traemos talentos a la mesa, trabajamos juntos y podemos hacer ciencia muy impactante juntos», dijo Brown.
Esta investigación brinda una mejor comprensión de los cambios genéticos que fueron necesarios para que el SARS-CoV-2 mantuviera la transmisión en humanos luego de su emergencia de los reservorios animales. Según Weger-Lucarelli, dada la importancia de esta mutación, esta parte de la proteína del virus puede ser objeto de antivirales o vacunas para tratar la enfermedad.
Brown y Weger-Lucarelli continúan colaborando y buscando financiación para estudiar mutaciones recientes en SARS-CoV-2 en humanos que lo están ayudando a adaptarse aún más a la transmisión humana. Recientemente se les otorgó una subvención piloto de creación de equipos interdisciplinarios CeZAP de Virginia Tech para el código de barras molecular SARS-CoV-2 para investigar la dinámica evolutiva in vivo. Además, recibieron una subvención de Virginia Tech Data and Decisions para aprovechar su investigación anterior, ampliar los colaboradores de su equipo de investigación y desarrollar antivirales para luchar contra el COVID-19.
«Hemos reunido un grupo colaborativo que combina La experiencia del Dr. Brown y la mía, junto con excelentes colaboradores en química médica y computacional», agregó Weger-Lucarelli.
Mientras trabajaban en el surgimiento evolutivo del SARS-CoV-2, Brown y Weger-Lucarelli también comenzaron una colaboración con Sanket Deshmukh, profesor asistente de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería, y Andrew Lowell, asistente profesor de química en la Facultad de Ciencias, para investigar nuevas rutas para reutilizar medicamentos que podrían apuntar a la proteína Mpro del SARS-CoV-2, un objetivo importante para la terapia antiviral para el COVD-19.
Según el grupo , remdesivir es el único antiviral actualmente aprobado para su uso en el tratamiento de COVID-19. Con la gran cantidad de datos disponibles sobre fármacos y productos naturales existentes, es ventajoso comenzar el descubrimiento de fármacos utilizando compuestos existentes como moléculas iniciales. Virginia Tech otorgó al grupo una subvención semilla de Data and Decisions para expandir la colaboración para predecir compuestos computacionalmente, validar su mecanismo de acción y utilizar enfoques basados en datos para funcionalizar nuevos compuestos específicos de CoV-2.
La investigación La visión del grupo es utilizar los avances recientes en los cálculos de energía libre relativa y los recursos informáticos para diseñar racionalmente y predecir cuantitativamente los medicamentos que podrían marcar la diferencia en el tratamiento del virus. Utilizarán algoritmos avanzados y modelos de datos para predecir qué compuestos se dirigen mejor al aspecto que hace que el virus se replique. Luego, los probarán primero en el laboratorio. Esto hará que el proceso de descubrimiento de fármacos sea más eficiente y efectivo.
«Para mí», dijo Brown, «así es como debería funcionar la ciencia, realmente trabajando juntos para unir más de estas piezas del rompecabezas más rápidamente». para tener el mayor impacto y avanzar en el conocimiento que tenemos sobre estas cuestiones biológicas».
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Nueva herramienta predice dónde se une el coronavirus a las proteínas humanas Más información: Lin Kang et al, Un barrido selectivo en el gen Spike ha impulsado la adaptación humana del SARS-CoV-2, Célula (2021). DOI: 10.1016/j.cell.2021.07.007 Información del diario: Cell
Proporcionado por Virginia Tech Cita: Identificación potencial de la emergencia humana del SARS-CoV-2 y nuevas terapias COVID-19 (2021, 9 de diciembre) consultado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-12-potential-identification-sars-cov-human-emergence.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.