Control de infecciones de Corona usando computadoras

El control de las infecciones por coronavirus es básicamente el problema de la cerradura y la llave. Solo la llave correcta puede abrir o cerrar el casillero de la puerta. Coronavirus varias proteínas de pico en su superficie que podemos considerar como cerraduras. Un producto químico adecuado que pueda unirse a la proteína espiga puede unirse a las proteínas de unión del receptor en las células e inactivar el virus, deteniendo la penetración que iniciaría la infección.

Todos hemos visto las imágenes del virus SARS-CoV-2 que causa el Coronavirus (Covid 19). Los investigadores están trabajando para desarrollar terapias con anticuerpos monoclonales para combatir el virus. Los anticuerpos contra el coronavirus son claves que se unen fuertemente a las proteínas de pico y evitan que el virus se una a las células. Varias empresas están desarrollando vacunas que pueden producir anticuerpos específicos contra el virus. Algunas de las vacunas son moléculas grandes y sensibles que requieren refrigeración y también tienen una vida útil corta, lo que dificulta su uso en ensayos a gran escala durante períodos más prolongados. En lugar de la vacunación, se pueden administrar anticuerpos pregenerados (pasivos) (REGENERON®) a las personas infectadas.

Los investigadores dirigidos por el Dr. David Baker de la Universidad de Washington se propusieron diseñar "miniproteínas" sintéticas que se unen fuertemente a la proteína de punta del coronavirus. Su estudio fue financiado en parte por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (NIGMS) y el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIAID) de los NIH. Los hallazgos aparecieron en Science News en septiembre 9, 2020.

El equipo utilizó dos estrategias para crear las miniproteínas antivirales. Primero, incorporaron un segmento del receptor ACE2 en las proteínas pequeñas. Los investigadores utilizaron una herramienta de diseño de proteínas que desarrollaron llamada Rosetta blueprint builder. Esta tecnología les permitió crear proteínas a medida y predecir cómo se unirían al receptor. Es similar a ir al “cerrajero” (proteína del receptor ACE2) y pedir una llave que bloquearía la cerradura del coronavirus (proteína de pico).

El segundo enfoque fue diseñar miniproteínas desde cero, lo que permitió una mayor gama de posibilidades. Usando una gran biblioteca de miniproteínas, identificaron diseños que podrían unirse potencialmente dentro de una parte clave del pico de coronavirus llamada dominio de unión al receptor (RBD). En total, el equipo produjo más de 100,000 miniproteínas.

A continuación, los investigadores probaron qué tan bien se unen las miniproteínas al RBD. Los candidatos más prometedores luego se sometieron a más pruebas y ajustes para mejorar la unión. Usando microscopía crioelectrónica, el equipo pudo construir imágenes detalladas de cómo dos de las miniproteínas se unieron a la proteína de punta. El enlace coincidió estrechamente con las predicciones de los modelos computacionales.

Finalmente, los investigadores probaron si tres de las miniproteínas podrían neutralizar el coronavirus (SARS-CoV-2). Todas las miniproteínas protegieron de la infección a las células humanas cultivadas en laboratorio. Los candidatos LCB1 y LCB3 mostraron una potente capacidad neutralizante. Estos fueron algunos de los diseños creados a partir de la biblioteca de miniproteínas. Las pruebas sugirieron que estas miniproteínas pueden ser más potentes que los tratamientos con anticuerpos más efectivos informados hasta la fecha.

“Aunque aún se necesitan pruebas clínicas exhaustivas, creemos que los mejores de estos antivirales generados por computadora son bastante prometedores”, dice el Dr. Longxing Cao, el primer autor del estudio. “Parecen bloquear la infección por SARS-CoV-2 al menos tan bien como los anticuerpos monoclonales, pero son mucho más fáciles de producir y mucho más estables, lo que elimina potencialmente la necesidad de refrigeración”.

En particular, este estudio demuestra el potencial de los modelos computacionales para responder rápidamente a futuras amenazas virales. Con un mayor desarrollo, los investigadores pueden generar diseños neutralizantes a las pocas semanas de obtener el genoma de un nuevo virus. La implicación de este desarrollo va más allá del control de infecciones y puede conducir a la prevención de varios trastornos, como las reacciones alérgicas, en las que se puede controlar de manera efectiva la unión de dos moléculas.

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