Mientras el mundo se enfrenta a la pandemia del coronavirus COVID-19, en los últimos meses ha vuelto a aparecer otro virus en la República Democrática del Congo: el ébola. Desde el primer brote aterrador en 2013, el virus del Ébola ha aparecido periódicamente enÁfrica, provocando un sangrado terrible en sus víctimas y, en muchos casos, la muerte.
¿Cómo podemos luchar contra estos agentes infecciosos que se reproducen secuestrando células y reprogramándolas para convertirlas en máquinas de replicación de virus? La ciencia a nivel molecular es fundamental para ganar ventaja: una investigación que encontrará en curso en el laboratorio del profesor Juan Perilla.en la Universidad de Delaware.
Perilla y su equipo de estudiantes de grado y posgrado en el Departamento de Química y Bioquímica de la UD están utilizando supercomputadoras para simular el funcionamiento interno del Ébola, observando la forma en que las moléculas se mueven, átomo por átomo, para llevar a cabo sus funciones. En el último trabajo del equipo, revelan características estructurales de la capa de proteína en espiral del virus, o nucleocápside, que pueden ser dianas terapéuticas prometedoras, que se desestabilizan y eliminan más fácilmente con un tratamiento antiviral.
La investigación se destaca en la edición del martes 20 de octubre de Revista de física química , que es publicado por el Instituto Americano de Física, una federación de sociedades en las ciencias físicas que representa a más de 120,000 miembros.
"La nucleocápside del Ébola parece un resorte andante Slinky, cuyos anillos vecinos están conectados", dijo Perilla. "Intentamos encontrar qué factores controlan la estabilidad de este resorte en nuestras simulaciones por computadora".
El ciclo de vida del Ébola depende en gran medida de esta nucleocápside enrollada, que rodea el material genético del virus que consiste en una sola hebra de ácido ribonucleico ssRNA. Las nucleoproteínas protegen este ARN de ser reconocido por los mecanismos de defensa celular. A través de interacciones con diferentes virusproteínas, como VP24 y VP30, estas nucleoproteínas forman una unidad funcional mínima, una fotocopiadora, para la transcripción y replicación viral.
Si bien las nucleoproteínas son importantes para la estabilidad de la nucleocápside, el hallazgo más sorprendente del equipo, dijo Perilla, es que en ausencia de ARN monocatenario, la nucleocápside se desordena rápidamente. Pero el ARN por sí solo no es suficiente para estabilizarlo. El equipo tambiénobservaron iones cargados que se unen a la nucleocápside, lo que puede revelar dónde se unen otros factores celulares importantes y estabilizan la estructura durante el ciclo de vida del virus.
Perilla comparó el trabajo del equipo con una búsqueda de "perillas" moleculares que controlan la estabilidad de la nucleocápside, como perillas de control de volumen que se pueden subir para dificultar la replicación del virus.
El equipo de la UD construyó dos sistemas de dinámica molecular de la nucleocápside del Ébola para su estudio. Uno incluía ARN monocatenario; el otro contenía solo la nucleoproteína. Luego, los sistemas se simularon utilizando la supercomputadora Frontera del Texas Advanced Computing Center, la más grandesuperordenador del mundo. Las simulaciones tardaron unos dos meses en completarse.
La asistente de investigación graduada Chaoyi Xu ejecutó las simulaciones moleculares, mientras que todo el equipo participó en el desarrollo del marco analítico y la realización del análisis. La redacción del manuscrito fue una experiencia de aprendizaje para Xu y la asistente de investigación universitaria Tanya Nesterova, quienes no habían participado directamenteen este trabajo anteriormente. También recibió capacitación como científica computacional de próxima generación con el apoyo del programa de Becas de Investigación de Pregrado de la UD y el programa XSEDE-EMPOWER de NSF. Este último le ha permitido realizar investigaciones de más alto nivel utilizando las mejores supercomputadoras del país.La experiencia de la investigadora Nidhi Katyal también fue esencial para completar el proyecto, dijo Perilla.
Si bien existe una vacuna para el ébola, debe mantenerse extremadamente fría, lo cual es difícil en las regiones africanas remotas donde se han producido brotes. ¿El trabajo del equipo ayudará a promover nuevos tratamientos?
"Como científicos básicos, estamos entusiasmados de comprender los principios fundamentales del ébola", dijo Perilla. "La nucleocápsida es la proteína más abundante en el virus y es altamente inmunogénica, capaz de producir una respuesta inmune. Por lo tanto, nuestros nuevos hallazgospuede facilitar el desarrollo de nuevos tratamientos antivirales ".
Actualmente, Perilla y Jodi Hadden-Perilla están usando simulaciones de supercomputadora para estudiar el nuevo coronavirus que causa el COVID-19. Aunque las estructuras de la nucleocápside en el ébola y el COVID-19 comparten algunas similitudes, ambos son protofilamentos helicoidales en forma de varilla yambos están involucrados en la replicación, transcripción y empaque de genomas virales, ahí es donde terminan las similitudes.
"Ahora estamos refinando la metodología que usamos para el ébola para examinar el SARS-CoV-2", dijo Perilla.
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Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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