Aporte argentino a un nuevo conocimiento del SARS CoV-2


Científicos del Instituto de Nanobiotecnología del CONICET – UBA junto a investigadores del Laboratorio de Biología Molecular Europeo de Hamburgo y Heidelberg, Alemania, descubrieron un mecanismo de envejecimiento molecular de la proteína S del coronavirus. Estos hallazgos serían clave para la comprensión de la infección viral y el desarrollo de vacunas


Por Ana M. Pertierra


Investigadores de la Argentina y Alemania descubrieron que la proteína Spike del coronavirus posee sitios que se modifican espontáneamente con el paso del tiempo, a modo de envejecimiento molecular, lo que podría ser clave en la comprensión de la capacidad de evasión de la respuesta inmune del virus frente a las vacunas y los tratamientos.


Los científicos se refieren a envejecimiento molecular cuando observan una reacción molecular por la cual una proteína cambia su identidad de secuencia en función del tiempo mediante un proceso que depende de ella misma y es espontáneo.


En este estudio que se publicó recientemente en la revista Journal of Biological Chemistry (https://www.jbc.org/article/S0021-9258(21)00977-7/fulltext), los investigadores concluyen que en la proteína Spike (la que recubre el virus y le da esa forma de corona) se producen cambios espontáneos, particularmente cerca de la zona donde interactúa con el receptor de las células humanas ACE2 (Enzima Convertidora de Angiotensina 2), por donde ingresa el virus a las células del organismo, y que estas modificaciones ocurren en el lapso de días. Concretamente, los investigadores identificaron que el fragmento de la proteína Spike que establece contacto directo con el receptor ACE2 está particularmente enriquecido en sitios que contienen el aminoácido asparagina y que se alteran por una reacción química espontánea llamada "deamidación", evento que conduce a la aparición de residuos de ácido aspártico e isoaspártico que afectan tanto la estructura de la proteína como su carga.


Mediante el empleo de técnicas de espectrometría de masas de alta resolución y estudios bioinformáticos-evolutivos, bioquímicos y de modelos matemáticos, los científicos lograron describir este un nuevo mecanismo evolutivo del virus.


  • Dr.Leonardo Alonso, bioquímico líder del avance e investigador del Instituto de Nanobiotecnología, que depende del CONICET y la UBA.

FABAinforma se comunicó con el Dr. Leonardo Alonso, bioquímico que lideró este estudio e investigador del Instituto de Nanobiotecnología, que depende del CONICET y la UBA, quien explicó la importancia de estos hallazgos.


En el trabajo publicado, plantean que la deamidación de residuos asparagina en la proteína S de SARS CoV-2 sería un proceso espontáneo de envejecimiento de la proteína que le permitiría al virus evadir la respuesta inmune pero no afectaría su infectividad. -¿Qué diferencia hay entre este proceso y la aparición de nuevas variantes más virulentas de SARS CoV-2?


En principio, algunos sitios de deamidación presentes en la zona de interacción con el receptor ACE2 (RBM, receptor binding motif) son también sitios que se encuentran mutados en variantes emergentes de preocupación (VOC). Por ejemplo la posición 501, que en la cepa de SARS CoV-2 es Asparagina y en la cepa UK es Tirosina (N501Y) esta mutación también aparece en otras VOC. Ahora una mutación implica un cambio en el código genético y es permanente en tanto no se produzca otra mutación que la revierta (no evoluciona con el tiempo para la misma proteína), mientras que la deamidacion es una modificación post-traduccional y ocurre sin cambio en el codón de codificación y ocurre en función del tiempo.


¿Este proceso de envejecimiento se da en otras proteínas virales con este mismo aminoácido o con otros? ¿Qué función biológica cumple?


  • Esquema del nuevo coronavirus SARS-CoV-2. Los científicos lograron describir cambios que ocurren a nivel molecular en las proteínas Spike localizadas en la superficie del patógeno.

Hemos encontrado, utilizando un algoritmo bioinformático que esta reacción ocurriría en otras proteínas virales del SARS CoV-2 y varios otros coronavirus . Pero la prueba experimental solo la realizamos sobre la proteína Spike mediante el análisis por espectrometría de masas. La función biológica es desconocida. Lo que proponemos son dos hipótesis: una que mediaría escape antigénico y la segunda es que se generaría un sitio de unión a un co-receptor (no su principal receptor que es ACE), porque un fenómeno similar se observó en proteínas que interaccionan con integrinas.


¿Sería este un mecanismo extra que desarrolló el virus para evadir la respuesta inmune?


Este concepto es muy atractivo porque podría utilizarse para el desarrollo de terapias innovadoras y resulta también un conocimiento crucial para el desarrollo de vacunas efectivas para las variantes virales emergentes y futuras. Los sitios de Spike, con alta presencia de aminoácidos asparagina, se encuentran conservados a nivel evolutivo, esto hace inferir que si se mantiene a lo largo del tiempo en ‘generaciones’ de virus es porque una ventaja le otorga al patógeno en términos de supervivencia y replicación.


¿Qué factores intervienen en este proceso de envejecimiento molecular? ¿Cuál es el tiempo de ese envejecimiento o cambio en la proteína?


Las condiciones del medio son críticas para determinar la velocidad de deamidación, pero sin dudas el pH del medio y fundamentalmente la temperatura. Esta es una reacción lenta que ocurre en días, pero al tratarse el virión de una partícula multivalente, con unas 33 Spikes triméricas por virión, aun con un tiempo lento de deamidación individual (de cada asparagina) se puede observar una población de moléculas proteicas deamidadas en el curso de 24-48 horas.

¿Cuál sería el aporte de este nuevo conocimiento al tratamiento y/o diseño de vacunas contra Covid?


En principio permite evaluar la posibilidad de un mecanismo de escape antigénico del virus, abriendo un nuevo campo de estudio. Pero más directo es que en el caso de las vacunas a subunidad, es decir aquellas que son obtenidas con partes o proteínas del virus o a virus inactivados (de estas hay vacunas aprobadas), la deamidación es un proceso que lleva al cambio del antígeno vacunal y que este atributo debe analizarse en contexto con la pérdida de eficiencia de las vacunas en función del tiempo de almacenado. Es un atributo de calidad crítico del antígeno vacunal.


¿Cómo llegaron a estos resultados? ¿Son inéditos o hay estudios similares en otros centros de investigación?


Lo hicimos en colaboración con muchos investigadores radicados en el país y con otros grupos del EMBL (Laboratorio de biología molecular europeo) de Hamburgo y Heidelberg, Alemania. Esta colaboración fue sumamente beneficiosa y fructífera para todos.


Son resultados inéditos para SARS y es un campo poco explorado en otros virus, con casi ningún ejemplo descrito a este detalle, en parte porque su estudio requiere equipamiento de espectrometría de masas de alta resolución y otras capacidades.


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