Una nueva estrategia de laboratorio que permite estudiar de forma rápida y segura los efectos de las mutaciones en las variantes del SARS-CoV-2 ha dado una respuesta: una mutación en la nucleoproteína de Delta permite al virus introducir más de su código genético en células huésped, aumentando así las posibilidades y eficiencia de que cada célula infectada propague el virus a otra célula.
Como el mundo ha aprendido por su cuenta, la variante Delta del coronavirus pandémico es más del doble de infecciosa que las cepas anteriores. Sin embargo, no ha quedado claro qué aumenta la capacidad de Delta para propagarse tan rápidamente.
El nuevo sistema, desarrollado por la ganadora del Premio Nobel Jennifer Doudna de la Universidad de California (UC), Berkeley, y sus colegas, publicado ayer en Science, es un gran descubrimiento, no solo porque ayuda a explicar los estragos de Delta sino porque es una herramienta poderosa para comprender las variantes actuales del SARS-CoV-2 y explorar cómo las variantes futuras podrían afectar la pandemia. El sistema que han desarrollado estos investigadores permite observar cualquier mutación y su influencia en partes clave de la replicación viral. Ahora esto puede ser estudiado de una manera mucho más fácil y por muchos más científicos.
Los investigadores que analizan cómo las mutaciones en el genoma del coronavirus afectan su actividad se han concentrado en la proteína de espiga (S), que está en la superficie del virus y le permite invadir las células humanas.
Eso se debe en parte a que, a falta de mutar deliberadamente el virus y probarlo (investigación que requiere instalaciones de bioseguridad de alto nivel), la mejor herramienta para investigar mutaciones individuales ha sido lo que se llama un «pseudovirus», una construcción hecha de un virus diferente, a menudo un lentivirus, que puede expresar proteinas de un coronavirus en su superficie. Pero los lentivirus solo pueden expresan la proteína espiga, y no las otras tres proteínas estructurales del SARS-CoV-2.
Doudna y su equipo crearon la nueva herramienta modificando construcciones de laboratorio llamadas partículas similares a virus (VLP), que contienen todas las proteínas estructurales del virus, pero carecen de su genoma.
Desde el exterior, un VLP de SARS-CoV-2 se ve exactamente como el virus en toda regla. Puede unirse a las células de un laboratorio e invadirlas. Pero debido a que está despojado del genoma de RNA del virus, no puede secuestrar la maquinaria de una célula para replicarse y salir de la célula huésped para infectar más células. “Es como un auto sin motor. No se propaga (no circula).
Doudna y sus colegas, incluida la coautora principal Melanie Ott, viróloga y directora del Instituto Gladstone de Virología, agregaron una nueva innovación al sistema VLP. Insertaron un fragmento de RNA mensajero (mRNA) que hace que las células invadidas por las VLP se iluminen y brillen. Cuanto más intenso brillan las células después de ser infectadas con las VLP, más mRNA han introducido las VLP con éxito a una célula.
A continuación, los investigadores modificaron las proteínas de VLP con varias mutaciones. Una de ellas fue R203M, una mutación encontrada en Delta que altera la nucleocápside (N), una proteína escondida dentro del virus que empaqueta su genoma de RNA. La proteína N es un actor central en la replicación viral, con funciones que incluyen estabilizar y liberar el material genético del virus. Y contiene un punto “hot” mutacional (muy frecuentemente mutado): un tramo de siete aminoácidos que está mutado en cada variante del SARS-CoV-2 de interés o preocupación en la mayoría de las muestras estudiadas. R203M es una mutación en este punto Hot.
De acuerdo con la intensidad del brillo del VLP, se encontró que un solo cambio de aminoácido encontrado en la proteína de la nucleocápside de Delta sobrecargó las partículas con 10 veces más mRNA en comparación con el virus original! Las células infectadas con VLP que portaban mutaciones N encontradas en las variantes Alfa y Gamma brillaban 7.5 y 4.2 veces más brillantes, respectivamente.
A continuación, los científicos probaron un coronavirus real diseñado para incluir la mutación R203M, en condiciones de bioseguridad de laboratorio adecuadas. Después de invadir las células pulmonares en el laboratorio, el virus mutado produjo 51 veces más virus infeccioso que una cepa original del SARS-CoV-2.
En las personas infectadas con el coronavirus, una proporción muy pequeña de partículas virales producidas por una célula en realidad van a infectar a otra célula, en parte porque muchas partículas virales carecen de partes o de la totalidad del genoma del RNA viral. Por lo tanto, las mutaciones que hacen que el virus sea más eficiente para introducir RNA dentro de las células huésped pueden aumentar la cantidad de partículas infecciosas producidas.
Esta mutación que se encuentra en Delta hace que el virus sea mejor en la producción de partículas infecciosas y, por eso, se propaga más rápidamente. El hallazgo tiene implicaciones para nuevos tratamientos del SARSCov-2; ahora se podría pensar más en apuntar a la proteína de la nucleocápsida para ayudar realmente a controlar la infección y ayudar a tratar a los pacientes.
Los investigadores ahora están tratando de comprender cómo la mutación R203M de Delta y otras en N mejoran el ensamblaje de partículas virales y su entrega de mRNA a las células huésped. Probarán si hay una proteína del huésped involucrada. Si es así, bloquear esa proteína con un fármaco podría ser una forma eficaz de detener la propagación de Delta.
Los científicos también están entusiasmados con el nuevo sistema VLP, que permitirá a los investigadores sin acceso de bioseguridad de alto nivel estudiar cómo funcionan las cuatro proteínas estructurales del coronavirus para ensamblar el virus, ayudarlo a salir de las células e invadir otras células.
Es importante enfatizar que los nuevos VLP son un sistema modelo que no siempre puede imitar el real. Los investigadores aún deberán trabajar con el virus real en laboratorios avanzados de bioseguridad. Al final del día, si realmente quieres entender cómo estas mutaciones están afectando los procesos de replicación viral básicos, tienes que poner [una mutación] en el virus y estudiarlo.
De todas formas, este es un sistema maravilloso para estudiar el ensamblaje del coronavirus y también para buscar medicamentos, inhibidores que interfieran con estos procesos.
Ronald Palacios Castrillo,M.D.,Ph.D.