Un virus revela uno de sus secretos a los investigadores de la Universidad Nacional de Singapur

Al dividir el virus del dengue en fragmentos de péptidos y luego reensamblarlo digitalmente, los científicos identifican sus puntos vulnerables

Este año hemos tenido una primavera fría y húmeda en el noreste de Estados Unidos. Con esa lluvia llegó el agua estancada, y el agua estancada fue un caldo de cultivo para la abundante cosecha de mosquitos de este verano.

Para nosotros, los habitantes de Nueva Inglaterra, los mosquitos son sobre todo una molestia; para los residentes de otras partes del mundo, sin embargo, los mosquitos traen enfermedades y muerte.

Una de las enfermedades transmitidas por mosquitos responsable de miles de muertes y decenas de millones de infecciones cada año es el dengue. Es una de las enfermedades infecciosas transmitidas por los mosquitos y una de las principales causas de enfermedad y muerte en Puerto Rico, América Latina, el Sudeste Asiático y las Islas del Pacífico, según los Centros para el Control de Enfermedades (CDC) de Estados Unidos. Cuando se detecta a tiempo en los pacientes, un tratamiento rápido puede reducir sustancialmente el riesgo de complicaciones médicas y de muerte.

Una solución para controlar el dengue es erradicar todos los mosquitos. Dado que hay 3.500 especies de mosquitos, es una idea que puede no funcionar. Un científico de Singapur tiene otra idea más práctica y las investigaciones de su equipo están abriendo nuevas vías de descubrimiento.

El Dr. Ganesh Anand es biólogo estructural y profesor asociado del Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de Singapur, un país bien familiarizado con el dengue. Por eso, cuando el equipo de investigación del Dr. Anand publicó sendos artículos en Nature Communications y Structure, despertó el entusiasmo de los investigadores de enfermedades infecciosas al revelar algo nuevo sobre los virus que no se había entendido antes.

El dengue: Una enfermedad endémica de los trópicos que esconde un secreto

"El dengue es frecuente aquí en Singapur. Yo nunca lo he contraído, pero conozco a estudiantes que sí lo han hecho. En la India, donde crecí, y en el resto de los trópicos, es un gran problema. Si te recuperas de la infección inicial, no suele causar problemas duraderos. Lo que hay que vigilar son las segundas infecciones, que pueden ser mortales", dice el Dr. Anand.

Existen varias cepas, o serotipos, del virus del dengue en la naturaleza, pero suelen tener algo en común. "Si se hace una búsqueda del virus en Google, las imágenes de las partículas víricas son notablemente similares", dice. "Todas parecen estructuras muy rígidas, casi como arreglos muy compactos, como balones de fútbol".

Una pregunta que siempre ha intrigado al Dr. Anand es cómo una partícula aparentemente rígida como un virus que no tiene órganos sensoriales como los ojos y los oídos, se da cuenta de cuándo ha entrado en un huésped humano y sabe que es el momento de entrar en su fase infecciosa.

Para su sorpresa, y fascinación, la respuesta a esa pregunta es: la temperatura.

Cuando un mosquito infectado pica a su víctima, el mosquito transmite el virus del dengue en sus glándulas salivales al torrente sanguíneo de su huésped y eso inicia un periodo de incubación de varios días durante el cual el virus comienza a replicarse.

"La temperatura de un mosquito de sangre fría es de 28 grados centígrados o menos. A esa temperatura, ahora sabemos que el virus adopta una forma muy compacta y uniformemente rígida de aproximadamente 500 angstroms de tamaño. Pero una vez que el virus entra en su huésped humano, alcanza los 37 grados centígrados y adquiere una forma más grande, áspera y no uniforme, exponiendo todos estos huecos en su superficie", dice el Dr. Anand. "Para nuestro asombro, no son rocas rígidas después de todo, sino entidades muy dinámicas. Para nosotros, ese fue un gran momento "aha"".

Esa hinchazón o expansión de la cápside del virus es irregular y los huecos, o vulnerabilidades, que aparecen en la superficie tridimensional no son tan fáciles de detectar, ni siquiera para los microscopios más potentes. Ahí es donde entra en juego la espectrometría de masas de movilidad iónica por intercambio de hidrógeno-deuterio.

Visualización de la superficie de una partícula de virus y de los puntos calientes con la espectrometría de masas

El Dr. Anand, que no es ajeno a la espectrometría de masas, ha sido pionero en una técnica que ha demostrado ser valiosa para caracterizar no sólo cómo se juntan las moléculas, sino cómo se forman.

"Habíamos realizado muchos trabajos previos sobre bacteriófagos inofensivos utilizando la espectrometría de masas de movilidad iónica por intercambio de hidrógeno y deuterio (HDX-MS). Sabíamos lo valioso que es para estudiar la dinámica de las partículas de los bacteriófagos. Por eso, antes de decidirnos a utilizarla con el virus del dengue, sabíamos qué esperar y qué dificultades íbamos a encontrar", dijo.

El Dr. Anand explica cómo funciona el HDX: "Tomamos la partícula vírica y la hacemos estallar en pequeños trozos con pepsina, y luego rastreamos cuánto deuterio se intercambia por hidrógeno mediante los péptidos de los fragmentos. Cada uno de estos péptidos representa reporteros, que te dicen dónde se produce la mayor expansión y dónde está la acción. Con el software de procesamiento de datos podemos volver a ensamblar la partícula del virus y señalar con precisión en qué lugar de la superficie se produce la mayor parte del intercambio de hidrógeno-deuterio. Estos lugares representan posibles vulnerabilidades u objetivos. Los llamamos puntos calientes del HDX", dijo.

"Una vez que tenemos esa información, podemos superponerla a la estructura del virus y señalar las regiones más calientes, o aquellas con un mayor aumento del intercambio de deuterio. Así que los péptidos son realmente grandes informadores para estudiar la dinámica de la partícula viral completa y hacer cualquier tipo de análisis de perturbación. Ahora estamos viendo otra dimensión de cómo respira un virus en solución".

Con una muestra difícil, la sensibilidad de la espectrometría de masas marca la diferencia

Como explica el Dr. Anand, los virus son difíciles de trabajar. "Una de las principales limitaciones a la hora de trabajar con virus es que tienden a resistirse a la superconcentración y a la agregación.

"La sensibilidad de los espectros de masas es un requisito previo para nuestros estudios y el espectrómetro de masas Waters SYNAPT G2-Si resultó ser fantástico y fundamental para que pudiéramos visualizar los virus mediante HDX debido a su exquisita sensibilidad: nunca tuvimos que llegar a concentraciones muy altas de partículas virales en solución. Para este estudio, utilizamos partículas del virus del dengue a una concentración equivalente a 0,25 mg/mL de la proteína E de la envoltura, 180 copias de la cual forman la envoltura de cada partícula del virus", dijo.

"Si no fuera por el SYNAPT G2-Si, no habríamos podido hacer lo que hicimos, así que sólo quiero destacar lo fundamental que es tener un instrumento de tan alta sensibilidad para visualizar los virus por HDX". - Dr. Ganesh Anand

¿Qué es lo siguiente para el virus del dengue desbloqueado por el Dr. Anand?

"Así que ahora podemos empezar a minar algunos de estos puntos calientes para diseñar terapias o anticuerpos. Recientemente hemos publicado el epítopo y el paratopo de un anticuerpo neutralizador que encuentra la proteína de la envoltura del virus del dengue. Lo mejor de esta historia es que hemos captado la forma en que el anticuerpo se dirige a toda la partícula viral", dijo.

"Lo fascinante es que el anticuerpo parece ser lo suficientemente flexible como para engancharse a la partícula viral del dengue y a sus movimientos dinámicos a medida que el virus cambia en respuesta a la temperatura. Además, la cadena pesada del anticuerpo por sí sola fue suficiente para enganchar y neutralizar el virus del dengue. Esto presenta un montón de oportunidades interesantes para la ingeniería de nuevos anticuerpos. Tiene todo tipo de implicaciones terapéuticas antivirales".

Los artículos del equipo del Dr. Anand en Nature Communications -y ahora en Structure- han suscitado un gran debate e interés científico. "Hemos recibido muchos comentarios positivos de todo el mundo. En todas las charlas que he dado, los virólogos e inmunólogos de la audiencia están bastante sorprendidos y entusiasmados; es decir, nadie asocia la espectrometría de masas con este nivel de visualización. Son muy conscientes de las implicaciones que tiene para la lucha contra los virus de todo tipo", dijo.

"Así que, para nosotros, el reto es demostrar que, sí, podemos minar estos puntos calientes, y posiblemente dirigirnos a ellos con anticuerpos neutralizantes u otras terapias. Ese es el reto que me quita el sueño".