Cuando alguien se esfuerza por abrir una cerradura con una llave que no parece funcionar del todo, a veces será útil mover la llave un poco. Ahora, una nueva investigación del MIT sugiere que los coronavirus, incluido el que causa el Covid-19, puedenutilizar un método similar para engañar a las células para que dejen entrar los virus. Los hallazgos podrían ser útiles para determinar qué tan peligrosas pueden ser las diferentes cepas o mutaciones de coronavirus, y podrían apuntar a un nuevo enfoque para desarrollar tratamientos.
Los estudios sobre cómo las proteínas de pico, que dan a los coronavirus su apariencia distintiva de corona, interactúan con las células humanas generalmente involucran mecanismos bioquímicos, pero para este estudio los investigadores adoptaron un enfoque diferente. Usando simulaciones atomísticas, observaron los aspectos mecánicos de cómolas proteínas de la punta se mueven, cambian de forma y vibran. Los resultados indican que estos movimientos vibratorios podrían explicar una estrategia que utilizan los coronavirus, que puede engañar a un mecanismo de bloqueo en la superficie de la célula para que deje que el virus atraviese la pared celular para que pueda secuestrar elmecanismos reproductivos de la célula.
El equipo encontró una fuerte relación directa entre la velocidad y la intensidad de las vibraciones de los picos y la facilidad con la que el virus podría penetrar en la célula. También encontraron una relación opuesta con la tasa de letalidad de un coronavirus determinado. Debido a que este método se basa enAl comprender la estructura molecular detallada de estas proteínas, los investigadores dicen que podría usarse para detectar coronavirus emergentes o nuevas mutaciones de Covid-19, para evaluar rápidamente su riesgo potencial.
Los hallazgos, del profesor de ingeniería civil y ambiental del MIT Markus Buehler y el estudiante de posgrado Yiwen Hu, se publican hoy en la edición impresa de la revista Materia después de ser publicado en línea el 30 de octubre.
Todas las imágenes que vemos del virus SARS-CoV-2 son un poco engañosas, según Buehler.
"El virus no se ve así", dice, porque en realidad toda la materia en la escala nanométrica de átomos, moléculas y virus "se mueve y vibra continuamente. En realidad, no se parecen a esas imágenes enun libro de química o un sitio web. "
El laboratorio de Buehler se especializa en la simulación átomo por átomo de moléculas biológicas y su comportamiento. Tan pronto como apareció Covid-19 y se dispuso de información sobre la composición de proteínas del virus, Buehler y Hu, un estudiante de doctorado en ingeniería mecánica, se dirigieron aacción para ver si las propiedades mecánicas de las proteínas jugaron un papel en su interacción con el cuerpo humano.
Las diminutas vibraciones a nanoescala y los cambios de forma de estas moléculas de proteína son extremadamente difíciles de observar experimentalmente, por lo que las simulaciones atomísticas son útiles para comprender lo que está sucediendo. Los investigadores aplicaron esta técnica para observar un paso crucial en la infección, cuando una partícula de viruscon sus picos de proteína se adhiere a un receptor celular humano llamado receptor ACE2. Una vez que estos picos se unen al receptor, se abre un canal que permite que el virus penetre en la célula.
Ese mecanismo de unión entre las proteínas y los receptores funciona como un candado y una llave, y es por eso que las vibraciones son importantes, según Buehler. "Si es estático, simplemente encaja o no encaja", dice.Pero los picos de proteína no son estáticos; "están vibrando y cambiando ligeramente su forma continuamente, y eso es importante. Las teclas son estáticas, no cambian de forma, pero ¿qué pasaría si tuvieras una tecla que cambia continuamente de forma?vibrando, se está moviendo, se está transformando ligeramente? Van a encajar de manera diferente dependiendo de cómo se vean en el momento en que coloquemos la llave en la cerradura ".
Cuanto más pueda cambiar la "clave", razonan los investigadores, es más probable que encuentre un ajuste.
Buehler y Hu modelaron las características vibratorias de estas moléculas de proteínas y sus interacciones, utilizando herramientas analíticas como el "análisis de modo normal". Este método se utiliza para estudiar la forma en que se desarrollan y propagan las vibraciones, modelando los átomos como masas puntuales conectadas aentre sí por resortes que representan las diversas fuerzas que actúan entre ellos.
Encontraron que las diferencias en las características vibratorias se correlacionan fuertemente con las diferentes tasas de infectividad y letalidad de diferentes tipos de coronavirus, extraídas de una base de datos global de números de casos confirmados y tasas de letalidad. Los virus estudiados incluyeron SARS-CoV, MERS-CoV, SATS-CoV-2, y de una mutación conocida del virus SARS-CoV-2 que se está volviendo cada vez más prevalente en todo el mundo. Esto hace que este método sea una herramienta prometedora para predecir los riesgos potenciales de los nuevos coronavirus que surgen, ya que probablementevoluntad, dice Buehler.
En todos los casos que han estudiado, dice Hu, una parte crucial del proceso son las fluctuaciones en una oscilación ascendente de una rama de la molécula de proteína, lo que ayuda a que sea accesible para unirse al receptor ". Ese movimiento es significativoimportancia funcional ", dice. Otro indicador clave tiene que ver con la relación entre dos movimientos vibracionales diferentes en la molécula." Encontramos que estos dos factores muestran una relación directa con los datos epidemiológicos, la infectividad del virus y también la letalidad del virus," ella dice.
Las correlaciones que encontraron significan que cuando aparecen nuevos virus o nuevas mutaciones de los existentes, "puede examinarlos desde un lado puramente mecánico", dice Hu. "Puede observar las fluctuaciones de estas proteínas de pico y descubrir cómopueden actuar en el aspecto epidemiológico, como cuán infecciosa y grave sería la enfermedad ".
Potencialmente, estos hallazgos también podrían proporcionar una nueva vía para la investigación sobre posibles tratamientos para el Covid-19 y otras enfermedades por coronavirus, dice Buehler, especulando que podría ser posible encontrar una molécula que se una a las proteínas de pico de una manera quelos endurecería y limitaría sus vibraciones. Otro enfoque podría ser inducir vibraciones opuestas para cancelar las naturales en los picos, de manera similar a la forma en que los auriculares con cancelación de ruido suprimen los sonidos no deseados.
A medida que los biólogos aprendan más sobre los diversos tipos de mutaciones que tienen lugar en los coronavirus e identifiquen qué áreas de los genomas están más sujetas a cambios, esta metodología también podría usarse de manera predictiva, dice Buehler. Los tipos de mutaciones más probables que surjan podríantodos se simularán, y aquellos que tienen el potencial más peligroso podrían ser marcados para que el mundo pueda estar alerta para estar atento a cualquier signo de la aparición real de esas cepas en particular. Buehler agrega: "La mutación G614, por ejemplo, que se encuentra actualmenteque domina la propagación de Covid-19 en todo el mundo, se predice que será un poco más infeccioso, según nuestros hallazgos, y un poco menos letal ".
La investigación fue apoyada por el MIT-IBM Watson AI Lab, la Oficina de Investigación Naval y los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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