Desarrolla Cinvestav antivirales de nueva generación
Investigadores estudian características estructurales del recubrimiento de los virus
Los virus del dengue, del papiloma humano, del sarampión y decenas más no solo tienen en común que afectan negativamente a la población humana, sino que todos coinciden en valerse de las células del organismo infectado para replicarse y formar cientos de copias de sí mismos, ya que no pueden hacerlo ellos solos, y así continuar la infección.
La propiedad biofísica que tienen los virus para constituirse es estudiada por un grupo multidisciplinario del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav), con el objetivo de generar estrategias novedosas para detener el ciclo vital de esos patógenos y contener la infección. En esa búsqueda el equipo se ha valido de un par de herramientas científicas modernas: el supercómputo y el Big Data, así como de una de las ramas del conocimiento más antiguas: las matemáticas.
De acuerdo con el doctor Mauricio Carrillo Tripp, investigador principal y jefe de grupo del Laboratorio de la Diversidad Biomolecular (tripplab.com) del Cinvestav Unidad Monterrey, a partir de una serie de análisis bioinformáticos en torno a las capas externas de los virus, conocidas como cápsides, han podido comprender sus características evolutivas y estructurales, y ahora buscan alternativas para contener las infecciones virales.
La cápside es una cubierta formada por proteínas que protege al patógeno y ayuda a transportar el genoma viral de una célula a otra. Además, contiene la “llave de entrada” que permite al virus ingresar a las células, donde se produce la replicación. Esto, aunado al proceso de autoensamblaje promueve una infección más amplia, por lo que el entendimiento de los mecanismos moleculares involucadros podría ser la clave en la lucha contra las infecciones.
“Las cápsides de algunos virus se han usado ya como vacunas, tal es el caso de la polio y la hepatitis B. Sin embargo, nosotros no buscamos eso sino una estrategia alternativa a través de antivirales que inhiban la formación de los virus,” mencionó Carrillo Tripp.
Para el también miembro del Sistema Nacional de Investigadores, comprender las reglas que siguen las proteínas de cubierta para autoensamblarse y poder constituir la cápside con el tamaño y forma correcta de acuerdo a las características del virus, sigue siendo una de las interrogantes que lo han motivado a crear herramientas de análisis como CapsidMaps y un modelo computacional llamado CapsidMesh a fin de analizar la cápside en su totalidad sin sacrificar la resolución del nivel atómico.
Gracias a CapsidMesh, desarrollado en conjunto entre el CinvestavUnidad Monterrey y los doctores Salvador Botello Rionda y Rafael Herrera Guzmán, del Centro de Investigación en Matemáticas (CIMAT, Gto.), los investigadores han podido realizar simulaciones numéricas con las que son capaces de identificar dónde muestran debilidad las estructuras de las cápsides de los virus, y de esa manera poder desarrollar nuevas alternativas terapéuticas con mayor eficiencia para cada tipo de patógeno.
“Tomamos las herramientas numéricas que usualmente se emplean para realizar análisis mecánico y de resistencia de materiales de estructuras como puentes, rascacielos, aviones y automóviles, y las aplicamos a las cápsides de virus”, puntualizó.
Como parte de sus numerosos estudios en torno a la Virología Estructural, el grupo de investigación dirigido por Carrillo Tripp también ha empleado técnicas de ingeniería genética y biología molecular para generar bacterias capaces de producir la proteína de cubierta de diversos virus y sus mutantes.
“En nuestro laboratorio le enseñamos a una cepa inofensiva de E. coli a producir la proteína de cubierta del virus de interés. En ese sentido, estas bacterias son fábricas moleculares. Después, caracterizamos el auto-ensamblado de esas proteínas en cápsides, así como sus propiedades termodinámicas de formación y estabilidad, con técnicas biofísicas. Nuestro objetivo es diseñar nuevos fármacos con propiedades antivirales a través de la ingeniería molecular”, mencionó el profesor investigador del Cinvestav Unidad Monterrey.
El conocimiento que han generado a través del análisis Big Data indica que los antivirales de nueva generación que buscan los investigadores pueden tener dos beneficios muy importantes, además de detener la infección: que causen muy baja resistencia, ya que han mostrado que evolutivamente a los virus no les gusta mutar en la región blanco que descubrieron. Por otro lado, buscan identificar un medicamento antiviral efectivo que sirva para la mayoría de los virus de la misma familia (de amplio espectro), ya que también encontraron que la forma de la proteína de cubierta es muy parecida entre todos ellos sin importar su origen.
“En este momento, el foco principal del grupo de investigación y desarrollo que dirijo es la construcción de una plataforma general para la identificación de dichas moléculas antivirales cuyo blanco sea la cápside. El diseño fundamental de esta plataforma contempla el acoplamiento de cualquier virus de interés, ya sean patógenos de plantas, animales o humanos. Su desarrollo es un proceso muy complejo que requiere la inversión de mucho tiempo, esfuerzo y dinero.”
El grupo de investigación ha consolidado ya las primeras etapas científicas de este proyecto, y se espera que pronto impacten fuertemente en el ámbito agropecuario, veterinario y de la salud humana de nuestro país, al contribuir en la solución de problemas de índole socio-económicos de forma tangible con la transferencia de esta tecnología a la sociedad. La formación de recursos humanos altamente especializados y la aprobación de fondos para investigación son dos factores fundamentales para alcanzar esta y muchas otras metas de la ciencia en México.
