COVID-19: Evolución viral limitada por restricciones estructurales

Un nuevo estudio publicado en Genome Biology and Evolution por Oxford University Press sugiere que, si bien el virus COVID-19 ha evolucionado rápidamente desde 2019, lo ha hecho dentro de canales genéticos limitados. Estas limitaciones genéticas no han cambiado. A pesar de los temores iniciales de los científicos sobre una evolución rápida y drástica del virus, los cambios recientes parecen haber sido relativamente restringidos, resultado de la combinación de mutaciones preexistentes, sin expandir las rutas genéticas disponibles para su evolución.

El SARS-CoV-2 experimentó una rápida evolución tras infectar por primera vez a humanos a finales de 2019, dando lugar a nuevas variantes con características que les permitieron prosperar en los huéspedes humanos. Investigaciones previas indicaron que estas variantes no estaban estrechamente relacionadas con las variantes circulantes anteriores, lo que llevó a muchos científicos a creer que los cambios en la estructura de la proteína Spike (las protuberancias o la porción de “corona” de la imagen microscópica familiar del COVID-19) impulsaron la evolución del SARS-CoV-2, permitiendo nuevas mutaciones que antes eran imposibles.

La pandemia de SARS-CoV-2 fue la peor pandemia de enfermedades infecciosas en décadas recientes, causando mortalidad global, daños económicos y disrupciones sociales. Sin embargo, la respuesta a la pandemia, utilizando tecnologías contemporáneas como la secuenciación masiva asequible, ha generado un conjunto de datos científicos único y significativo.

Los investigadores aprovecharon la gran escala de la secuenciación global del genoma, la determinación de la estructura de proteínas y estudios dirigidos relacionados con el virus. Utilizaron conjuntos de datos ricos de SARS-CoV-2 para investigar el papel de la restricción estructural de las proteínas en la evolución del SARS-CoV-2 y si los cambios en la estructura de la proteína Spike fortalecieron el virus. Aplicaron múltiples predictores computacionales de restricción estructural en diferentes fondos estructurales y evaluaron cómo ha cambiado la restricción durante la evolución de las variantes de SARS-CoV-2.

La investigación reveló que el SARS-CoV-2 ha pasado por varias fases distintas de evolución. Un período inicial de diversificación neutral terminó a finales de 2020, cuando comenzaron a surgir variantes multi-mutantes. La Organización Mundial de la Salud clasificó las variantes con características fenotípicas sospechosas, como una mayor transmisibilidad o propiedades de escape inmunitario, como variantes de preocupación. Sin embargo, a pesar del conjunto de datos sin precedentes y granular, los investigadores no encontraron evidencia de que las restricciones estructurales hayan cambiado sustancialmente o hayan jugado un papel en la evolución de la proteína S del SARS-CoV-2. A pesar de las altas tasas de mutación y la fuerte presión selectiva, la proteína S del SARS-CoV-2 estuvo sujeta a fuertes restricciones estructurales después de pasar a los huéspedes humanos.

Parece que, si bien el SARS-CoV-2 evolucionó rápidamente durante la pandemia, no hubo cambios sustanciales en el conjunto de mutaciones estructuralmente viables. Los hallazgos sugieren que la aparición de variantes no provino de la relajación de las restricciones estructurales, sino de nuevas combinaciones de mutaciones con interacciones genéticas funcionales. En general, la evolución siguió estando fuertemente restringida por la estabilidad de la proteína Spike.

Nuestra investigación explora la dinámica del cambio evolutivo en el SARS-CoV-2 en el período posterior a su propagación a la población humana. Descubrimos que las fuertes restricciones que actúan sobre la proteína Spike del virus limitaron las mutaciones que podían ocurrir. Esto nos ayuda a comprender cómo otros coronavirus podrían comportarse cuando saltan entre especies y podría tener implicaciones importantes para el diseño de futuras vacunas y fármacos antivirales.

James Herzig, autor principal del estudio