Ayuda mutua: un enfoque colaborativo en la investigación del COVID-19 Understand article
¿Cómo han trabajado los científicos para combatir el COVID-19 durante la pandemia? En esta entrevista del XFEL Europeo encontramos algunas perspectivas interesantes.
Alrededor del mundo, los centros de investigación están movilizando sus recursos rápidamente, reformando sus programas de investigación, estableciendo colaboraciones y canalizando tiempo y energía hacia un esfuerzo global investigativo para entender al novel Coronavirus, SARS-CoV-2. Aunque el XFEL Europeo ha estado operando a capacidad reducida durante los últimos meses, los científicos del centro de investigación han trabajado arduamente para impulsar varios proyectos relacionados con el COVID-19. Actualmente, el XFEL Europeo contribuye a tres proyectos que van desde investigaciones básicas hasta aquellos orientados a la aplicación, estos proyectos están basados en los laboratorios de biología. Kristina Lorenzen, directora de los bio laboratorios del XFEL Europeo, nos explica lo que está sucediendo.
European XFEL / Axel Heimken
¿Cómo te involucraste en estos proyectos?
A principios de este año, conversamos con algunos de nuestros colaboradores acerca de cómo podríamos contribuir a los esfuerzos de investigación relacionados con corona. En el XFEL Europeo tenemos unos laboratorios maravillosos y desde luego que debemos usarlos.
Sin embargo, el primer paso fue definir el concepto de las prácticas de seguridad que nos permitieran trabajar en los laboratorios mientras nos adheríamos a las medidas de higiene y distancia. Nuestra mayor prioridad es la seguridad del personal. Después, definimos el concepto de las investigaciones relacionadas al COVID-19 y eventualmente logramos hacer despegar tres proyectos.
¿Nos podrías contar más acerca de estos proyectos?
La colaboración con nuestros colegas del campus de DESY, es probablemente la más fácil de comprender. El proyecto se enfoca en identificar un fármaco antiviral que sea potencialmente efectivo. Junto con otros investigadores, están estudiando cuatro proteínas diferentes, dos procedentes del virus SARS-CoV-2 y dos procedentes de células humanas. El plan es examinar cómo es que estas proteínas se unen a diferentes compuestos farmacéuticos. Hasta ahora, han hecho pruebas con la primera proteína y están analizando los datos. La segunda proteína viral no parece comportarse tan bien como la primera y ha sido más difícil de producir. Actualmente, hay tres grupos diferentes, incluido el nuestro, trabajando con diferentes técnicas para intentar producir esta proteína en el laboratorio.
¿Qué resultado dieron las pruebas de la primera proteína viral?
Aún sin las restricciones actuales, fue un enorme esfuerzo y muy impresionante. Se produjeron muchos cristales de la proteína, alrededor de 10.000 cristales diminutos. Una vez que habían sido remojados en una solución con los compuestos, los cristales tuvieron que extraerse de sus bandejas manualmente, por medio de unos aros muy pequeños. Nuestros colaboradores trabajaron en turnos para extraer los cristales, ¡fue un trabajo arduo! Posteriormente, pusimos estos cristales bajo la fuente de luz de PETRA III en DESY para tomar imágenes con difracción de rayos X de las estructuras de la proteína. No todos los cristales se difractan, por lo que al final, solo se obtuvieron datos para unos 3600 cristales. En aproximadamente 17 cristales, se pudo observar que la proteína viral se enlazaba a uno de los fármacos potenciales propuestos.
Hasta ahora, he llevado a cabo experimentos de espectrometría de masas nativas tanto con la proteína aislada como con la proteína unida a los 17 compuestos. La espectrometría de masas es parecida a una balanza muy precisa, en donde puedes medir las masas de las proteínas e identificar si algo se ha ligado a ellas y qué tan efectivo es el enlace. Dos de estos 17 compuestos se enlazan muy estrechamente con la proteína. Otros compuestos también se enlazan, pero no con la misma fuerza.
DESY / Marta Mayer
¿Entonces, esto significa que esos dos compuestos pueden ser desarrollados como fármacos antivirales para combatir el SARS-CoV-2?
No exactamente. Desde luego que sería genial si se pudieran desarrollar y esperamos descubrir algo, pero un acierto no significa que se tenga un fármaco útil. Todos estos compuestos son fármacos que han sido aprobados o que al menos se encuentran en la etapa final de sus ensayos clínicos. Pero algunos de ellos han tenido efectos secundarios terribles. En algunos casos, es necesario administrarlos en concentraciones tan altas para que produzcan algún efecto, que no serían seguros para el consumo humano. Por lo tanto, algunos investigadores asociados están revisándolos. Por ejemplo, los colegas del Instituto Bernard Nocht en Hamburgo, están llevando a cabo ensayos en células para ver si estos fármacos afectan el comportamiento del virus y determinar las concentraciones necesarias para que sean efectivos. Puede ser que aquellos compuestos débilmente enlazados también tengan algún efecto. Estos fármacos podrían inhibir a la proteína para que no se enlace en otros lugares o hacer que no sea tan reactiva. ¡Pero aún no lo hemos logrado!
¿Qué hay de los otros dos proyectos con los que el XFEL Europeo está colaborando?
Los otros dos proyectos se enfocan más en investigaciones de base. Junto con nuestros colegas del Instituto Heinrich Pette, estamos investigando lo que llaman las proteínas no estructurales del coronavirus. Desde luego que tienen una estructura, pero esta no contribuye a la estructura de la partícula viral. Las que nos interesan, son aquellas que forman parte de la traducción del código genético en el RNA viral. Es sabido que un complejo de tres proteínas no estructurales traduce el RNA a proteínas, pero creemos que la organización estructural de estas proteínas es diferente a la que ha sido reportada en artículos científicos hasta ahora. Estamos trabajando en expresar dos de estas tres proteínas por medio de la enzima (una proteasa) que el virus utiliza también, para cortar la cadena del aminoácido en secciones funcionales y así ensamblar estas proteínas. Intentamos hacer todo lo posible para que nuestras condiciones experimentales sean lo más parecidas al entorno viral y tener la certeza de que los resultados obtenidos reflejan lo que observaríamos en el virus. Si logramos obtener estas proteínas en poco tiempo, probablemente enviaremos los cristales a DESY para obtener sus medidas y ver si se puede resolver la estructura de este complejo.
El tercer proyecto es un proyecto a largo plazo, en el que estamos estudiando la expresión de proteínas virales en células de insectos. Para este fin, estamos trabajando con Lars Redecke y su grupo en la Universidad de Lübeck, con quienes hemos trabajado en el pasado. Como mencioné acerca del primer proyecto, no siempre es fácil producir muestras útiles de las proteínas que queremos estudiar. Las células de los insectos son un método alternativo interesante en casos donde es difícil lograr que una proteína se cristalice.
Reconocimientos
Este artículo fue adaptado del original publicado en Eu-XFEL News.
Resources
- Lee más acerca de SARS-CoV-2.
- Una perspectiva general de las enzimas, sus funciones biológicas y sus estructuras.
- ¿Cómo ha evolucionado el diseño de fármacos a través del tiempo?
- Lee acerca de la cristalografía de las proteínas y los talleres de enseñanza creados por el Laboratorio de Aprendizaje de las Ciencias de la Vida (ELLS por sus siglas en inglés) en el EMBL..
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