Recientemente se informó que el número de casos de Ébola en la República Democrática del Congo superó los 1,000, lo que lo convierte en el segundo peor brote en la historia después del brote de 2014 en África occidental en el que 29,000 personas se infectaron y más de 11,000 murieron.Este último hito es un claro recordatorio de la urgente necesidad de desarrollar agentes eficaces de prevención y tratamiento para esta enfermedad frecuentemente mortal.
Las personas infectadas con el virus del Ébola experimentan una enfermedad grave, incluida la fiebre hemorrágica, que puede provocar hemorragias internas. Según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades CDC de EE. UU., Actualmente no existe un tratamiento médico específico para el Ébola.
La clave para desarrollar tratamientos para la enfermedad es comprender los mecanismos del proceso de infección. Los científicos saben que para ingresar a una célula humana, el Ébola aprovecha un proceso natural llamado macropinocitosis, a través del cual la célula "limpia" su entorno al internalizar elResiduos de células muertas que lo rodean. Las proteínas en la superficie de una célula sirven como receptores, permitiendo que las células inmunes reconozcan los restos de células muertas y los internalicen. El virus interactúa con estas proteínas, llamadas proteínas de inmunoglobulina de células T y de dominio de mucina TIM y utilizaellos para secuestrar su camino hacia la célula. Una vez dentro, la membrana del virus Ébola se fusiona con el endosoma que se ha formado a su alrededor y libera su contenido genético en la célula.
"El ARN viral secuestra aún más el mecanismo celular para producir proteínas y replicarse en su interior. Luego, brotan de la membrana para formar un nuevo virus mientras la célula huésped sana muere", dice Frank Zhang, profesor asociado de bioingeniería y de ingeniería mecánicaen la Universidad de Lehigh.
"Si bien se ha demostrado que la unión de la célula huésped del Ébola depende de la biomecánica molecular de la interacción entre los receptores en la superficie celular y la capa externa del virus, aún no se ha desarrollado la comprensión cuantitativa esencial para guiar el desarrollo de las terapias,"agrega Anand Jagota, presidente fundador del Departamento de Bioingeniería de Lehigh y profesor de Ingeniería Química y Biomolecular.
Zhang y Jagota se han unido para tratar de comprender mejor la biomecánica de la adhesión celular del virus del Ébola. El proyecto combina la experiencia de Jagota en mecánica computacional de adhesión molecular con el enfoque de Zhang en la detección mecánica, o cómo las células perciben y responden a los estímulos mecánicos.Dúo, en colaboración con sus colegas Sven Moller-Tank y Wendy Maury de la Universidad de Iowa, han desarrollado un modelo simple que caracteriza la biomecánica de la adhesión celular del virus del Ébola, hallazgos que podrían proporcionar información nueva y útil en el camino hacia el desarrollo de un efectivoTratamiento del ébola. Han publicado sus hallazgos en Informes científicos en un artículo titulado: "Caracterización biomecánica de la adhesión de la célula huésped del virus del Ébola mediada por la proteína TIM"
"Utilizamos espectroscopía de fuerza de molécula única para cuantificar las fuerzas de interacción específicas entre las proteínas TIM de una célula huésped y las partículas similares al virus del Ébola", dice Zhang.
Además de iluminar los parámetros biomecánicos importantes para la unión del Ébola a una célula huésped, el equipo también demostró experimentalmente que las interacciones del virus TIM-Ébola son mecánicamente comparables con las interacciones ligando molécula de adhesión p. Ej., Selectina. Mediante un modelo mecánico simple,demuestran además cómo los parámetros de unión molecular determinan si son suficientes para la adhesión viral.
El propósito del modelo es mostrar cómo las mediciones de una sola molécula se pueden combinar con otras propiedades físicas del sistema, como la densidad de los pares ligando-receptor y la rigidez de la membrana, para predecir si se adherirá una partícula viral y en qué medidala membrana celular. El equipo modela el apego como impulsado por la adhesión entre las proteínas TIM y la fosfatidilserina en la superficie del virus que se cree que media la unión de la célula huésped-virus y se resiste mediante la flexión de la membrana.
"La simplicidad del modelo nos ha permitido resaltar la importancia de dos grupos de parámetros adimensionales y su capacidad potencial para bloquear la adhesión", dijo Jagota.
Zhang usa la espectroscopía de fuerza de una sola molécula para monitorear, manipular y medir las fuerzas mecánicas. Por ejemplo, en el estudio, Zhang traería una partícula similar a un virus a una célula con su receptor TIM expresado, observará su interacción y las separará paradeterminar la fuerza mecánica de la interacción, o cuánta fuerza se requiere para separarlos.
Jagota usa modelos matemáticos para comprender la interacción entre el Ébola y la célula, qué propiedades representan el virus del Ébola, su rigidez, su forma y qué propiedades representan la célula, los componentes que presenta en su superficie, en esteInteracción.
"La esperanza es que este conocimiento cuantitativo sobre la biomecánica de la adhesión pueda usarse para predecir las condiciones para el apego del Ébola", dice Jagota. "A largo plazo, el objetivo es que esta información ayude a lograr nuevos objetivos farmacológicos y ayudar ael desarrollo de terapias antivirales muy necesarias para la prevención y el tratamiento del ébola ".
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Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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