Código Abierto Científico: SARS-CoV-2 (COVID-19).

Una revisión breve sobre el Coronavirus, que permite sondear el tema desde un ángulo científico.

Por Nina Portacio.

El Covid-19 es un patógeno viral de la familia de los Coronavirus. Según Francisco R. Villatoro, se conocen 7 coronavirus que infectan a los humanos; de los cuales 4 provocan resfriados: HCoV-229E, NL63, OC43, HKU1 y los otros 3 provocan síntomas asociados con Síndrome Respiratorio Agudo Severo -SARS, MERS y COVID-19. Ninguno de estos coronavirus le confiere inmunidad a otro, salvo así mismos. Asi que el único que confiere inmunidad a Covid-19 es su causa: SARS-CoV-2.

En Genotípia, Amparo Tolosa afirma: Una de las mejores formas de conocer un microorganismo, es secuenciar su genoma, que contiene las instrucciones necesarias para hacerlo funcionar. Y su afirmación es tan veráz que, entre el 29 de Noviembre de 2019 y el 7 de Marzo de 2020, los investigadores han secuenciado 209 genomas completos del SARS-CoV-2 para tratar de discernir su código genético y su mecanismo de acción.

Estos virus al ser de ARN son propensos a cambiar. Pero el formato de información genética no es lo único que afecta su mutabilidad. En el caso del Coronavirus, su genoma es realmente grande comparado con otros virus de ARN y en sus 30.000 letras puede permitirse destinar algunas para volverse más estable. Es como si entre las páginas de su enciclopedia genética tuviera un capítulo pequeño, explicando cómo reparar el libro, en caso de que sus letras se borraran. Una de las características del genoma del SARS-CoV-2 es que esta cadena polipeptídica presenta un fragmento, que facilita la seperación de los péptidos correspondientes a la proteína S; una proteina necesaria para la invasión que hace el virus.

Cuando los Coronavirus infectan una célula liberan en su interior su ARN, el cual puede ser leído por la maquinaría celular para producir una larga cadena polipéptidica, que posteriormente es fragmentada en péptidos funcionales para el virus. Se sabe que el SARS-CoV-2 al entrar al organismo genera mutaciones. Porque los virus en su ARN al replicarse corren el riesgo de mutar. Son mutaciones más bien intrínsecas a su funcionamiento. Por eso, toda persona infectada con el Coronavirus SARS-CoV-2 tendrá en su interior genomas víricos con diferentes mutaciones. Esto hace que los estudios sean muy complicados. No obstante, los científicos ya secuenciaron 209 genomas del virus y en esos genomas encontraron 111 mutaciones de aminoacidos no sinónimas. Aún así, se asume que ninguna de estas mutaciones tiene relevancia clínica confirmada en la infección por Covid-19. Esto permite deducir que, de momento, sólo hay una cepa de Coronavirus- SARS-CoV-2 circulando en el mundo, a pesar de las mutaciones que genera. Cabe mencionar, que La Razón en su sección sobre Ciencia aclara que el virus muta, pero que estas mutaciones no han cambiado la cepa original que salió de Wuhan (China). Porque son mutaciones funcionales del virus y adaptativas al entorno.

Aún así, la teoria evolutiva predice que las diferentes mutaciones que sufre el SARS-CoV-2 en su genoma al replicarse, acabará derivando en varias cepas en el futuro. Tal vez, las menos letales y menos sintomáticas para el organismo humano sean las que sobrevivan por adaptación y se propaguen con más facilidad. Juan Lig y su grupo de investigación, por ejemplo, plantean en su trabajo publicado en National Science Review del 3 de Marzo de 2020 que hay dos cepas de Covid-19. Pero los análisis llevados a cabo por Oscar A. MacLean y sus colaboradores, contraponen este planteamiento.

En cualquier caso, el virus -al igual que el ser humano- busca sobrevivir y propagarse. Es su función y su mecanismo está codificado para ello. El «árbol filogénetico» utiliza el genoma en evolución del coronavirus para vincular casos y sugerir como se propaga. Esto se puede monitorear en la página: Nextstrain.org; un proyecto de código abierto para «aprovechar el potencial científico y de salud pública, de los datos del genoma del patógeno».

Jaime Guillén y todos sus colaboradores, publicaron un estudio científico asociado a las implicaciones del mecanismo de fusión viral de los Coronavirus (CoV). Este mecanismo es algo tan complejo como fascinante desde el punto de vista bioquímico. Para esto, las 6 hélices coiled-coil de la estructura enzimática tienen que servir de puente para la proximidad del Péptido Fusión (FP) y que los dominios de la pretransmembrana y la transmembrana conduzcan a la membrana del virus y de la célula húesped, para que hagan un contacto cerrado haciendo posible la formación del poro de fusión. En este estudio, ellos concluyen que hay tres regiones diferentes del SARS-CoV que son capaces de modificar las propiedades biofísicas de los fosfólipidos de membrana. Esta propiedad proporciona una fuerza de conducción adicional, para facilitar la fusión entre la membrana del virus y el «target» de la membrana celular. Esta investigación podría ayudar a desarrollar los inhibidores para la enzima principal del  Covid-19, con la finalidad de bloquear su acción.

La investigación pionera en el campo la viene desarrollando en Alemania: Rolf Hilgenfeld; director del proyecto en la universidad de Lübeck. El estudio ha sido presentado en la revista Science. Hilgenfeld ha estudiado los coronavirus desde 1998  y, durante su trayectoria científica, ya había desarrollado inhibidores para bloquear las proteasas (enzimas) de estos virus. Con base en esta experiencia, el 11 de Enero de 2020, el dia siguiente, a que la secuencia genómica de este virus fuera publicada; el grupo de investigación empezó a trabajar contra reloj para encontrar que región de este genoma viral contenía las instrucciones para fabricar la Proteasa Principal (Main Proteasa – Mpro). Es decir, la enzima que el virus necesita para hacer copias de su genoma y multiplicarse. Hilgenfeld afirmó en un comunicado de prensa emitido por la Universidad: «Si conseguimos inhibir -esta- proteasa podremos detener la replicación viral».

Hilgenfeld y su equipo logró identificar el gen del virus que codifica para esta proteasa (Mpro), también llamada Proteinasa tipo-3C (3CL-Pro). Usando técnicas bioquímicas y de biología molecular fabricaron la enzima, a nivel in vitro. El proceso biotecnlógico, se hizo con una cepa muy conocida de la bacteria Escherichia coli, para conseguir expresar esta proteasa en el Laboratorio. Cristales de esta enzima fueron llevados el 1 de Febrero de 2020, al Sincrotrón Bessy en Berlin, para apreciar la estructura tridimensional (3D).

La secuencia de la proteina Mpro de SARS-CoV-2 (Covid-19) está en https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/1802476809 y la estructura 3D para la Mpro SARS-CoV-2 se publicó en: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.26.964882v2.

A partir de la estructura 3D de Mpro SARS-CoV-2 modificaron un compuesto que ya había funcionado con otros virus, para inhibirlos. La idea es que esta modificación hecha al compuesto, permita bloquear el sitio activo de la proteasa (Mpro) e inhibir la función enzimática viral para la cual está codificada. El compuesto en mención (13b) fue sintetizado por Diazong Lin en Chanchung (China), quien ha colaborado con el grupo de Hingelfeld.

Según los resultados presentados en la Revista Science, el compuesto 13b ha presentado actividad en cultivos de células humanas pulmonares infectadas con SARS- CoV-2. En un experimento en ratones, describen que el compuesto se acumula en forma considerable en los pulmones sin causar efectos secundarios por inhalación. Con estos avances, los investigadores planean asociarse a una compañia farmacéutica para desarrollar un medicamento. Sin embargo, afirman que debido a la complejidad de los estudios requeridos, no estará a tiempo para detener la pandemia actual.

En China uno de los primeros estudios realizado con ratones fue publicado por el grupo de científicos de Biorxiv. Los resultados muestran que la virulencia del Covid-19 es moderada y menor que la del SARS, 2003. Hay evidencias de que aparte de las vias respiratorias el virus puede afectar células del tracto digestivo (boca, garganta, esófago e intestinos).

El mayor inconveniente es que, al parecer, este coronavirus es capaz de abrir las células humanas (a nivel de un receptor de membrana) y de muchos otros mamíferos, pero no de los ratones que son los animales más usados en investigación. En consecuencia, se requiere desarrollar ratones transgénicos que producen la versión humana del receptor ACE2 (el mismo ECA II), para sortear este problema.

Sitio de unión ACE2.

Los investigadores ya han determinado que la parte más variable del genoma del coronavirus se encuentra precisamente en el dominio de unión al receptor de la proteina S, requerida para que el virus invada la célula. En humanos, este dominio protéico tiene una afinidad especial por los receptores ACE2 de la células del hospedador. El coronavirus SARS-CoV-2 usa la estructura del receptor ACE2 para infectar la célula. Esto complica el panorama de afección al ser humano; porque la ACE2 son unas proteinas con un rol fundamental en la producción de angiotensina; una molécula responsable, entre otras funciones, de regular la presión sanguínea, presente en organos vitales como los pulmones, los riñones o los intestinos.

En España el grupo de investigación de Sola y de Luis Enjuanes en el CSIC está trabajando en una vacuna de gran complejidad. Su equipo ha desarrollado un sistema de Transcriptasa Reversa, para generar réplicas del coronavirus sin necesidad de manejar el patógeno. Ellos pretenden estudiar uno a uno sus genes para identificar cuales originan la virulencia y retirarlos, de forma que desarrollarían una vacuna con el virus original, que sea capaz de activar el sistema inmunológico (generar anticuerpos), pero que sea incapaz de generar la enfermedad. En este caso, el grupo de investigación desarrollará anticuerpos monoclonales contra el SARS-CoV-2 cuya función sería unirse a la proteina S del virus e impedir la infección.

EE.UU., tiene una vacuna más avanzada por la empresa Moderna en colaboración con el Instituto Nacional de Salud- NIH, la cual se va a empezar a probar en volutarios sanos en Abril. Pero el NIH asegura que ninguna vacuna estará lista para usarse antes de un año. El desarrollo de esta vacuna busca introducir un ARN mensajero que produzca la proteina S del virus pero no del resto del patógeno. Esto permite, que el sistema inmune la identifique y la recuerde; de tal forma, que si el virus real entra en el cuerpo, los anticuerpos se unen a esa proteina e inician a destruir el virus. Esto es lo que se conoce como memoria inmunológica.

En la ciudad de Oklahoma y Austin,Texas en EE.UU., William Hildebrand, el científico que lidera al grupo de investigación de la Universidad de Oklahoma y el Centro de Investigación de la Salud en colaboración con Pure MHC Innovative Biotechnology Company están ejecutando un proyecto para desarrollar una vacuna para el Covid-19. Hildebrand dice: «Nuestras células T no están preparadas para reconocer al Covid-19. El virus es capaz de atacar antes de que el sistema inmune pueda reconocerlo. Nosotros queremos preparar a nuestras células con la vacuna para que tengan ventaja. Nuestro papel es identificar «los Target» que marca el Covid-19 y luego dirigir en las células T estos Target, usando una vacuna».

Otro proyecto del Instituto Catalán de NanoCiencia y Nanotecnología del CSIC en Catalunya (España) desarrolla un método para detectar el virus en 30 minutos. Labotaq, un laboratorio especialista y con  años de experiencia en Biología Molecular (www.labotaq.com) tiene a disposición el kit (Viral Gene-Spin^Tm) para la extracción a nivel in vitro del ARN/ADN de varias muestras clínicas en 20 minutos.

Por otro lado, en la Universidad de la Habana en Cuba confirmaron que el virus no se desarrolla en ambientes donde se usa el 1,8 Epoxi-p mentano, que es el componente antiséptico del Eucaliptol o más conocido como Eucalipto. Al parecer el virus, no se replica donde hay asperción de vapor de este compuesto y muere. El 13 de Marzo de 2020, Portafolio informó sobre un antiviral que tiene Cuba para atacar el coronavirus; se trata de una medicina que repone las defensas humanas y que ya se aplicó en China. Es el interferón Alfa 2B, el producto estrella de la biotecnología Cubana. En la Habana, Gerardo Enrique Guillén Nieto, Director de investigaciones Biomédicas explicó que el interferón participa a diferentes niveles en la inducción de la respuesta inmune y que se venía usando para combatir otras enfermedades (HIV, cáncer, el virus del papiloma humano, Hepatitis B y C, etc). El vicegerente de la firma Changheber, Santiago Dueñas, comentó que se ha usado en médicos para aumentar su sistema inmune, para que puedan enfrentar la pandemia (25 de Marzo de 2020; www.actualidad.rt.com). Eduardo Martinez presidente del grupo estatal industrial BioCubaFarma aclaró que el interferón es un producto terapeútico no una vacuna. Y, si bien es cierto, este antiviral no cura el Covid-19 tiene impacto inmunológico.

En este punto, es importante mencionar que en EE.UU., hay cierta difusión basada en testimonios verbales (de pacientes Covid-19+ en estado crítico), en relación con el uso de Cloroquina e Hidroxicloroquina (usados contra la malaria) como alternativa para el tratamiento de SARS-CoV-2, con resultados eficientes en la evolución.

En Colombia, Juan Diego Vélez Londoño presidente del comité de infecciones de la Clinica Valle de Lili presentó el 22 de Marzo de 2020 en rueda de prensa, información sobre un tratamiento con dos medicamentos: Cloroquina y Azitromicina, para contrarestar el virus y efectos como la insuficiencia respiratoria. Esto lo difunden, basados en un estudio realizado a 36 pacientes en Francia, cuyo tratamiento demostró ser efectivo y fue compartido por la comunidad médica. Vélez expresó que este es el primer tratamiento que ha demostrado tener efectividad para disminuir la cantidad de virus en los pacientes.

Desde el punto de vista de tratamiento clínico o de estrategias terapeúticas, y teniendo en cuenta, que la Proteasa Principal (Mpro) del SARS CoV-2 es muy
parecida a la del SARS-CoV, en términos de secuencia y estructura enzimática; se ha pensado también, en la posibilidad de utilizar antivirales similares a los que se usaron para el SARS-CoV (que en 2002, se propagó en China y en otros paises), tales como: Rendisivir, Loponavir o Ritonavir. Pero se estaría sujeto a la filogenética de este nuevo patógeno. Francisco R. Villatoro, en su publicación del 20 de Marzo de 2020 plantea que al ser la diferencia entre la proteasa principal (Mpro) del SARS-CoV-2 y la del SARS-CoV tan pequeña, se puede confiar en la reconstrucción por homología de su estructura tridimensional. Este análisis ha permitido estudiar como interactuan con esta proteasa (Mpro) diferentes antivirales a nivel de la cadena A (velpatasvir, diosmin y venetoclax), como los que atacan la cadena B (velpatasvir, hesperidin y etoposide), entre otros. Además, Villatoro afirma que se están usando herramientas bioinformáticas para cribar (buscar) estos fármacos contra la proteasa principal del SARS-CoV-2, en especial, los que se puedan reposicionar para acelar los estudios clínicos. Maria Bzówka y colaboradores, en su investigación (BioRxvi; 2 de Marzo de 2020) indican que las simulaciones por dinámica molecular de los inhibidores de Mpro que son moléculas pequeñas, no son tan viables, y recomiendan usar moléculas más grandes. En este contexto, las investigaciones adelantadas con inhibidores sugieren que las moléculas grandes pueden ser más eficaces para bloquear el centro activo de la proteasa de Covid-19. Entre otros se han evaluado seis: N3, ebselen, carmofur, disulfiran, tideglusib y PX-12.

Francisco Villatoro describe -en su blog- que el ARN de los coronavirus codifica poliproteinas que se escinden en varias proteinas responsables de su replicación en la célula huésped. Las proteasas que producen la escisión son dianas terapeúticas para los fármacos antivirales.

A la fecha, ya se han publicado varios estudios sobre fármacos capaces de inhibir la proteasa principal del SARS-CoV-2. En este sentido, Zhenming Jin y sus grupo de investigación (BioRxiv; Preprint, 10 de Marzo de 2020) desarrollaron un estudio referente a: » Structure of Mpro from Covid-19 and Discovery of its inhibitors». Asi mismo, Zin Liu y sus colaboradores (BioRxiv; Preprint, 29 de Enero de 2020) han estudiado Inhibidores potenciales de la proteasa del virus: «Potential inhibitors for 2019 n-CoV coronavirus M proteasa from clinically approved medicines».

En conclusión, los profesionales afines a la temática no han detenido su trabajo y cualquiera de las rutas científicas es opcional. Porque ya sea con inhibidores, bloqueando la proteasa principal del virus o generando anticuerpos contra él para contrarrestar su acción o con estrategias biomédicas y terapéuticas, las investigaciones están en curso para intentar detener al virus. Está es una carrera con «Código Científico Abierto» para SARS-CoV-2 que quizás ha permitido a todos los grupos de investigación focalizarse en el objetivo mundial: Encontrar lo más pronto posible un mecanismo certero que innhiba este patógeno. La Ciencia, la Medicina y la Bioinformática sin fronteras luchando por una misma causa. Gracias a la velocidad con la que los científicos están publicando sus hallazgos o enlazando en red su evolución y propagación: Este es el primer agente infeccioso que ha podido ser rastreado en Tiempo Real.

Se está calculando la expansión del virus en el mundo y se está usando modelos matemáticos, con la finalidad de hacer una proyección de la contaminación con este patógeno. Desde el inicio de la pandemia de COVID-19, los investigadores están compartiendo las secuencias de SARS-CoV-2 obtenidas en los diferentes paises, lo que ha permitido elaborar un mapa dinámico de la evolución, que permite visualizar la progresión espacial y temporal del virus. Entre tanto, las administraciones públicas promueven a toda marcha, el confinamiento total como única opción, para evitar el colapso de los sistemas sanitarios. Porque al aislarnos se reduce el número de contactos y al virus le queda más difícil saltar a otros individuos. Esto reduce el ritmo de reproducción del virus, así como el número de infectados. En fems-microbiology.org, publicaron un artículo soportado con el concepto de dos virólogos expertos, donde resaltan que: «Esta podría ser la batalla de salúd pública más dura de los últimos tiempos…» Aquí describen que: A 7 de Marzo de 2020 la Organización Mundial de la Salud (OMS) informaba cerca de 180.000 casos confirmados, más de 7.000 muertes registradas y 159 paises, áreas o territorios afectados con este brote.

Por primera vez en la historia, un brote ha llevado a las grandes potencias y a todos los paises del mundo a sentirse frágiles y, en cierto modo unidos, en esta batalla por la salud. Hasta es posible, que esta pandemia los conduzca a pensar, en que se requiere asignar más presupuesto -constante y no por una emergencia- para la Ciencia, la Biotecnología y la Innovación, por encima de otras áreas, que al fin y al cabo, pueden llegar a ser irrelevantes bajo situaciones críticas de bioseguridad, donde  es la especie humana la que está afectada y en riesgo.

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