¿Por qué algunos virus son inofensivos y otros mortales?
La estudiante de posgrado Kimberly Sabsay (izquierda) y la asociada de investigación posdoctoral Karishma Bisht trabajan con te Velthuis para descubrir cómo se replican los virus y cómo interrumpen el sistema inmunitario, provocando que se salga de control. Crédito: Sameer A. Khan/Fotobuddy
Los virus superan en número a los humanos en aproximadamente 400 billones a uno y, sin embargo, las pandemias son raras. ¿Por qué? ¿Por qué unos pocos virus causan tanto daño, cuando la gran mayoría son inofensivos o incluso útiles?
Esas preguntas impulsan a AJ te Velthuis, un virólogo que se unió a la facultad de biología molecular de Princeton en enero de 2021.
«AJ es el futuro de la virología», dijo Bonnie Bassler, profesora Squibb de Biología Molecular y presidenta del departamento «Nuestro departamento siempre ha sido una potencia en virología. Cuando llegó el momento de contratar a un nuevo profesor asistente, nuestros virólogos senior, un increíble grupo de académicos e intelectuales, nos ayudaron a comprender hacia dónde se dirige el futuro de este campo y lo identificaron».
«Trabajo en virus de ARN y lo he estado haciendo durante mucho tiempo», dijo te Velthuis. «Estoy particularmente interesado en saber por qué algunos virus nuevos, cuando saltan a los humanos, repentinamente provocan enfermedades graves, mientras que cuando estaban en murciélagos o en otras especies, parecían casi inofensivos».
Estudia el mecanismos fundamentales de cómo los virus se replican y confunden nuestro sistema inmunológico. También trabaja en nuevas máscaras que inactivan virus, antivirales que detienen la replicación viral y cómo pueden surgir variantes de un mismo virus, como omicron o delta, y causar más daño que otras. Señaló el papel clave que desempeñan los programas de vacunación en todo el mundo.
«Las personas no vacunadas están actuando como un reservorio desde el cual el virus que causa el COVID-19 puede volver a las personas vacunadas», dijo te Velthuis. «Desafortunadamente, es un modelo de selección perfecto para nuevas variantes».
Desafiando el coronavirus
En los primeros días de la pandemia, los investigadores experimentaron con especímenes vivos de SARS-CoV-2, el virus que causa el COVID-19, con gran riesgo personal. Te Velthuis encontró una manera de cambiar eso para editar el genoma de la nueva cepa del SARS para que él y sus colegas de todo el mundo pudieran estudiar el virus sin exponerse a sí mismos y a sus seres queridos a la enfermedad mortal.
Para hacer por lo tanto, aprovechó el hecho de que se trata de un virus inusualmente complejo, con un modelo elaborado codificado en una secuencia larga de ARN (el primo monocatenario del ADN).
Se puede pensar que el genoma largo como un tren, con una locomotora y una larga hilera de vagones unidos detrás de ella. Cuando el virus quiere dar instrucciones a las células que está invadiendo, necesita resaltar la parte más relevante de su genoma, por lo que corta ese «vagón de tren» y lo vuelve a unir al frente. Los investigadores del laboratorio de te Velthuis usaron esa propiedad para aislar una locomotora y un vagón de tren, lo que dio como resultado un microvirus que no puede infectar nuevas células pero que aún puede ser útil para probar tratamientos antivirales y estudiar nuevas mutaciones.
«Ya no es mortal, porque necesitas todos los otros ‘vagones de tren’ para crear una partícula de virus infecciosa completa», dijo te Velhuis. «Si solo tiene un vagón de tren aislado, no puede producir nada infeccioso, pero le brinda información sobre cómo funcionan las ruedas, qué tan fuerte es la locomotora».
En muchos sentidos, te Velthuis piensa como un ingeniero, lo que dice proviene de una infancia llena de juguetes de construcción. «La biología estructural ha avanzado de tal manera que puedes comenzar a ver moléculas casi como piezas de Lego en cuanto a cómo encajan entre sí y cómo podemos construir con ellas. Hace que sea muy divertido pensar en ellas, dibujarlas y enseñar a los estudiantes. Es tan visual y tan hermoso».
Ese amor por mirar estas diminutas estructuras fue parte de lo que lo atrajo a Princeton, con su extraordinaria comunidad de investigadores de microscopía. «Una imagen dice mucho más que parte del trabajo bioquímico que hacemos tanto para los científicos como cuando nos comunicamos con los estudiantes y la comunidad en general», dijo te Velthuis. «Así que trabajar con ellos y encontrar nuevas formas de ver los virus es realmente inspirador».
Llegó a Princeton en enero de 2021 para encontrar una montaña de equipos en cajas y una zona de construcción donde debería estar su laboratorio. . Ya tenía una estudiante de posgrado, Kimberly Sabsay, a quien asesora junto con Ned Wingreen, profesor de Ciencias de la Vida Howard A. Prior de Princeton, que también es profesor de biología molecular y del Instituto Lewis-Sigler de Genómica Integrativa.
Sabsay y te Velthuis tuvieron la lucha y la alegría de construir el laboratorio desde cero, a pesar de los retrasos en la construcción relacionados con el COVID y los desafíos de suministro.
«Desempacar las cajas de equipos nuevos se sintió como Navidad, y eso mantuvo estamos cuerdos a medida que demora tras demora se prolonga la construcción», dijo Sabsay. «La experiencia que obtuve, trabajando individualmente con AJ para diseñar y armar el laboratorio de sus sueños, fue invaluable. El proceso fue terriblemente lento, plagado de frustraciones y fallas, pero finalmente resultó ser más gratificante de lo que podría haberlo hecho». nunca imaginé mucho como la ciencia misma».
¿Un hisopo para predecir la neumonía?
Mucho antes de la pandemia actual, el Velthuis estudió los coronavirus, así como varias cepas de influenza, comparando una gripe estacional ( H1N1) con dos pandemias: la gripe de 1918 y la gripe aviar (H5N1). Mientras que la gripe estacional suele causar síntomas leves, las otras dos gripes pueden desencadenar una reacción exagerada del sistema inmunitario que llena los pulmones de líquido (neumonía). Como el mundo aprendió a principios de 2020, la familia de virus coronavirus tiene un patrón similar: mientras que la mayoría de los coronavirus solo causan síntomas leves de resfriado, algunos pueden causar neumonía, incluido el SARS-CoV-2.
Te Velthuis y su El equipo descubrió que el desencadenante molecular que convierte la gripe en neumonía es una pequeña molécula de ARN viral. Pueden detectarlo in vitro, en hurones infectados con la gripe de 1918 y en muestras de saliva de pacientes hospitalizados; la investigación continua, espera te Velthuis, podría conducir a una prueba rápida para predecir la influenza grave, lo que en última instancia resultará en un tratamiento mejor y más rápido.
Él también quiere ir un paso más allá. Su equipo ahora está trabajando para descubrir el mecanismo detrás de este desencadenante, con el objetivo de encontrar medicamentos que inactiven este proceso, transformando una grave amenaza para la salud en un inconveniente menor.
«Si podemos tener una herramienta, un medicamento, por ejemplo, que podemos usar cuando aparece un virus patógeno, podemos convertirlo de inmediato en un virus estacional más manejable, y no veríamos tanta presión sobre los hospitales y otros institutos de atención médica», dijo te Velthuis, cuyo trabajo está parcialmente financiado por los Institutos Nacionales de Salud. «Ese es el sueño más grande, la meta más grande».
Profesor e investigador
Esta primavera, te Velthuis enseñará «Patógenos, Pandemias y Tecnologías» con Cameron Myhrvold, también profesor asistente de biología molecular.
El curso examinará las pandemias desde múltiples ángulos, dijo te Velthuis. «¿Cómo se estudia un virus? ¿Cómo se desarrollan formas de protegerse contra él? ¿Qué necesita un virus para ingresar a una célula? ¿Qué los hace causar enfermedades? ¿Qué causa una pandemia?»
Virus son muy diferentes entre sí, pero todos tienen que resolver los mismos problemas, explicó Te Velthuis, ingresando a las células, interactuando con proteínas, evadiendo las defensas inmunes, lo que significa que los virus a menudo usan mecanismos similares. Eso es parte de por qué está tan emocionado de unirse a la comunidad de investigación de Princeton. «El virus está tratando de resolver problemas de ingeniería a medida que salta entre entornos, por lo que es realmente útil escuchar cómo piensan los físicos e ingenieros sobre estas cosas», dijo.
No es coincidencia que los dos nuevos investigadores de coronavirus de Princeton están impartiendo un curso sobre pandemias, por supuesto.
«En el Departamento de Biología Molecular, damos prioridad a ser excelentes maestros, en cada manifestación de ese papel en el aula, en el laboratorio, con los estudiantes de tesis ”, dijo Bassler, el jefe del departamento. «En nuestro departamento, muchos estudiantes se convierten en coautores de artículos publicados, porque hacen descubrimientos centrales en su trabajo de tesis de último año. La investigación de los estudiantes en el departamento de biología molecular de Princeton es el verdadero negocio. Tenemos una inmersión total en la investigación y en la emoción de descubrimiento, no bromeamos sobre eso aquí».
«AJ nos da la libertad de cocinar nuestros sueños experimentales más salvajes», dijo Sabsay, quien ha continuado en su laboratorio. «Y cuando nuestros planes delirantes nos llevan al fracaso, él está allí con nosotros para ayudar a resucitarlos y mantener viva nuestra fantasía el mayor tiempo posible».
«AJ nunca dice que no a nada de lo que quiero». probar», coincidió Elizaveta Elshina, quien fue su primera estudiante de posgrado y vino con te Velthuis de la Universidad de Cambridge.
«La ciencia se trata de probar cosas diferentes», dijo Karishma Bisht, investigadora posdoctoral que se unió a su laboratorio en el otoño de 2021. «No todo va a funcionar, pero no lo sabrías a menos que lo pruebes y hasta que lo intentes, y AJ está dispuesto a correr el riesgo contigo para explorar estas cuestiones científicas compartiendo su conocimiento, experiencia y recursos».
Bassler dijo que te Velthuis ya se ha convertido en una valiosa adición a sus muchas comunidades de investigadores dentro de su laboratorio, dentro de su departamento y en toda la Universidad. «Debido a nuestro compromiso con la enseñanza, Princeton se autoselecciona a personas que creen que parte del contrato social del científico es enseñar a la próxima generación de científicos a ser científicos», dijo. «Y AJ ya está contribuyendo al espíritu colaborativo y enriquecedor de nuestro departamento de ‘Todos para uno y uno para todos’. Eso sucedió rápido, especialmente dadas las restricciones de COVID. Es difícil sumergirse en un departamento en Zoom, pero lo hizo. »
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¿Los virus como el coronavirus se vuelven menos mortales? Proporcionado por la Universidad de Princeton Cita: ¿Por qué algunos virus son inofensivos y otros mortales? (7 de enero de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-viruses-harmless-deadly.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.