En la ceremonia celebrada por el fin de su desempeño como director general del Ministerio de Salud en junio pasado, Moshe Bar Siman Tov dijo: “Hemos aprendido mucho sobre el coronavirus, pero aún no sabemos nada. La naturaleza humana tiene dificultades para aceptar la incapacidad de comprender el virus". Desde entonces, más de seis meses después, científicos, investigadores y médicos aún no tienen la imagen completa de cómo el mecanismo interno del COVID-19 funciona y cómo afecta a las células sanas. ¿Cuál es la función de cada proteína en el virus, cómo se forman y cómo interactúan entre sí, qué proteínas hacen que el virus se multiplique rápidamente en las células humanas y, por supuesto, cuántas mutaciones se desarrollan en un breve lapso de tiempo?
Los investigadores ahora saben que el COVID-19 produce en la célula atacada al menos 29 proteínas que utiliza para "arrebatar" los mecanismos celulares para su replicación. Al igual que con otros virus, las proteínas se unen entre sí y forman estructuras. Hay proteínas en el virus que tienen una estructura completa, otras con una estructura parcial y otras sin estructura. Muchos laboratorios durante el último año han intentado descifrar y comprender la estructura atómica de cada una de estas proteínas por separado, a fin de entender la actividad completa del virus. Comprender la estructura atómica es necesario en la mayoría de los casos para el diseño de medicamentos y otras estrategias para combatir el virus.
La Universidad Hebrea de Jerusalem manifestó que se descubrió que una de las proteínas más grandes del virus, llamada Nsp2, era una "rechazadora" del desciframiento estructural. Esto fue particularmente sorprendente porque es una proteína cuya superficie tiene propiedades "normales" (proteína soluble, sin membrana, estructurada continuamente), similar a miles de otras proteínas que se decodifican regularmente por cristalografía o microscopía electrónica en un congelador. Además, casi no se sabe nada sobre su función en el cultivo de virus. La proteína despertó la curiosidad de varios investigadores de la Universidad Hebrea, incluidos la investigadora del coronavirus del Instituto de Ciencias de la Vida, la profesora Michal Liniel, la doctora Dina Schneidman, del Departamento de Química Biológica y de la Escuela de Ciencias de la Computación, y el doctor Nir Klisman, del Instituto de Ciencias de la Vida.
A raíz de esto, se decidió establecer un gran equipo (12 investigadoras y dos investigadores) de la Universidad Hebrea de Jerusalem y del Colegio Hadassa, que tratará de ayudar a resolver el misterio que rodea a la proteína Nsp2 y otras del virus. El equipo está dividido en subgrupos de investigación que han realizado varias tareas, desde hacer crecer las células que producen las proteínas, realizar espectroscopía de masas, hasta calcular modelos estructurales para las proteínas del coronavirus. La nueva investigación realizada por los investigadores está publicada en el sitio web bioRxiv.org, donde aparecen artículos científicos antes de ser revisados por pares. Su objetivo principal es comprender lo que hace el virus dentro de la célula infectada mediante la investigación de la estructura de una serie de proteínas virales en células humanas, incluidas la Nsp2, la Nsp1 y la nucleocápside (conocida como N).
Las investigadoras plantearon la hipótesis de que la Nsp2 es inestable fuera de la célula en la que se desarrolla y, en tal caso, los métodos habituales para determinar su estructura fallarán, ya que todos se basan en la eliminación de la proteína de la célula y su purificación por medios bioquímicos. Las especialistas lograron eludir esta limitación utilizando un método intracelular para estudiar la estructura. Se inserta un compuesto químico en la célula viva que une irreversiblemente dos sitios de la proteína entre sí (entrecruzamiento químico), solo si están físicamente cerca en la estructura tridimensional. Solo después de que la acción química terminó, las investigadoras descompusieron la célula y aislaron la proteína Nsp2 de ella. Usando un dispositivo llamado espectrómetro de masas, fue posible identificar qué regiones de la proteína estaban próximas entre sí y se sometieron a la fase de combustión química. Se identificaron más de 40 de estos puntos de proximidad en la proteína estudiada, lo que indicó que la cadena proteica larga de Nsp2 tiene una estructura particularmente complicada y compleja.
Debido a la larga secuencia y a la compleja estructura de la Nsp2, los 40 "indicios" sobre su estructura no fueron suficientes para descifrar y comprender completamente la estructura atómica, por lo que los investigadores tuvieron que utilizar fuentes adicionales. En el momento indicado, este año una subsidiaria de Google, DeepMind, ha desarrollado un software revolucionario y exitoso para predecir la estructura de las proteínas, llamado AlphaFold2. Afortunadamente, una de las proteínas desafiantes, cuya estructura el software intentó encontrar recientemente, fue la Nsp2. El software no pudo predecir la estructura completa, pero cargó en la red una serie de subestructuras para áreas más restringidas fuera de la secuencia de la Nsp2. Esto fue suficiente para completar la información que faltaba para las investigadoras. Una combinación de las subestructuras AlphaFold2 con las señales de proximidad del método de combinación química hizo posible producir la estructura atómica completa.
Los investigadores de la Universidad Hebrea notaron que una investigación de la nueva estructura mostró que contenía tres sitios para enlaces de zinc. El zinc es un ion esencial para el funcionamiento de la máquina de replicación del código genético del virus. Se sabía que en el interior de la célula atacada el virus crea una especie de complejos aislados en los que las máquinas de replicación operan por separado del resto de la célula. Además, trabajos anteriores han demostrado que la Nsp2 se transfiere a estas regiones de replicación aisladas. Por lo tanto, las investigadoras plantearon la hipótesis de que una de las funciones de la Nsp2 es proporcionar zinc para las regiones de replicación aisladas. "Aparentemente, la proteína proporciona zinc al único orgánulo del citoplasma celular, en el que el virus se replica dentro de la célula", señalaron las investigadoras.
Las especialistas agregaron que la estructura de la proteína en estudio proporciona una perspectiva adicional e interesante sobre el desarrollo evolutivo acelerado del virus actual. En los coronavirus conocidos por el hombre, como los que causan un simple resfriado cada invierno, solo hay un sitio para la unión del zinc. Por el contrario, en la subfamilia actual del virus (que causó la epidemia de SARS en 2002 en Asia y es responsable de la pandemia actual), se encontraron tres sitios de enlace en el estudio, y hay indicios estructurales de que se está desarrollando un cuarto sitio de enlace y le da forma al virus SARS-COV-2.
Las investigadoras utilizaron el mismo método para estudiar otras dos proteínas del coronavirus: la proteína que envuelve el material genético (nucleocápiside o simplemente N) y una llamada Nsp1, que es una de las principales proteínas del virus para evadir el sistema inmunológico después de la infección.
El doctor Klisman, explicó: “Incluso en estos dos casos, descubrimos que en el interior de las células se forman tipos de estructuras que hasta el día de hoy no se han podido investigar bien por métodos extracelulares. La célula crea un entorno muy complejo, que nos resulta muy difícil de reproducir in vitro".
La doctora Schneidman concluyó: “El método que usamos parece muy prometedor y valioso para examinar muchas proteínas. Si bien el virus puede prescindir de las proteínas Nsp2, el Nsp1 es una proteína esencial en el coronavirus y con su ayuda logra burlar al sistema inmunológico. Ahora tenemos tecnología y protocolo experimental para investigar más a fondo no solo las proteínas del virus en sí mismas, sino también sus socios dentro de la célula humana. El camino es todavía muy largo y sinuoso, pero comenzó a arrojar buenas noticias".
La profesora Liniel aclaró que "este es solo el comienzo. En el futuro será necesario estudiar el virus completo en el contexto celular para simular todas las proteínas del virus y las interacciones entre ellas".
