La actividad atómica revela aspectos cruciales de la evolución del COVID-19

Auburn, AL – Richard Feynman afirmó la famosa frase: “Todo lo que hacen los seres vivos puede entenderse en términos de los movimientos y sacudidas de los átomos”. Esta semana, Nature Nanotechnology presenta un estudio innovador que arroja nueva luz sobre la evolución del coronavirus y sus variantes preocupantes al analizar el comportamiento de los átomos en las proteínas en la interfaz entre el virus y los humanos. El artículo, titulado “Estabilidad de la fuerza de una sola molécula de la interfaz SARS-CoV-2-ACE2 en variantes de preocupación”, es el resultado de un esfuerzo de colaboración internacional entre investigadores de seis universidades de tres países.

El estudio introduce conocimientos importantes sobre la estabilidad mecánica del coronavirus, un factor clave en su evolución hacia una pandemia global. El equipo de investigación empleó simulaciones computacionales avanzadas y tecnología de pinzas magnéticas para explorar las propiedades biomecánicas de los enlaces bioquímicos del virus. Sus hallazgos revelan distinciones críticas en la estabilidad mecánica de varias cepas de virus, destacando cómo estas diferencias contribuyen a la agresividad y propagación del virus.

Dado que la Organización Mundial de la Salud informa de casi 7 millones de muertes en todo el mundo por COVID-19, con más de 1 millón solo en los Estados Unidos, comprender estos mecanismos se vuelve crucial para desarrollar intervenciones y tratamientos efectivos. El grupo enfatiza que comprender las complejidades moleculares de esta pandemia es clave para dar forma a nuestra respuesta a futuros brotes virales.

Profundizando en el estudio, el equipo de la Universidad de Auburn, dirigido por el Prof. Rafael C. Bernardi, Profesor Asistente de Biofísica, junto con el Dr. Marcelo Melo y la Dra. Priscila Gomes, desempeñaron un papel fundamental en la investigación al aprovechar un potente análisis computacional. Utilizando nodos NVIDIA HGX-A100 para computación GPU, su trabajo fue esencial para desentrañar aspectos complejos del comportamiento del virus.

El Prof. Bernardi, ganador del Premio NSF Career Award, colaboró ​​estrechamente con el Prof. Gaub de LMU, Alemania, y el Prof. Lipfert de la Universidad de Utrecht, Países Bajos. Su experiencia colectiva abarcó varios campos y culminó en una comprensión integral del factor de virulencia del SARS-CoV-2. Su investigación demuestra que la afinidad de unión en equilibrio y la estabilidad mecánica de la interfaz virus-humano no siempre están correlacionadas, un hallazgo crucial para comprender la dinámica de la propagación y evolución viral.

Además, el uso de pinzas magnéticas por parte del equipo para estudiar la fuerza-estabilidad y la cinética de enlace de la interfaz SARS-CoV-2:ACE2 en varias cepas de virus proporciona nuevas perspectivas sobre la predicción de mutaciones y el ajuste de estrategias terapéuticas. La metodología es única porque mide la fuerza con la que el virus se une al receptor ACE2, un punto de entrada clave a las células humanas, en condiciones que imitan el tracto respiratorio humano.

El grupo descubrió que, si bien todas las variantes principales de COVID-19 (como Alfa, Beta, Gamma, Delta y Omicron) se unen más fuertemente a las células humanas que el virus original, la variante Alfa es particularmente estable en su unión. Esto podría explicar por qué se propagó tan rápidamente en poblaciones sin inmunidad previa al COVID-19. Los resultados también sugieren que otras variantes, como Beta y Gamma, evolucionaron de una manera que les ayuda a evadir algunas respuestas inmunitarias, lo que podría darles una ventaja en áreas donde las personas tienen cierta inmunidad, ya sea por infecciones previas o por vacunas.

Curiosamente, las variantes Delta y Omicron, que se volvieron dominantes en todo el mundo, muestran rasgos que las ayudan a escapar de las defensas inmunes y posiblemente propagarse más fácilmente. Sin embargo, no necesariamente se unen con más fuerza que otras variantes. El profesor Bernardi dice que “esta investigación es importante porque nos ayuda a comprender por qué algunas variantes de COVID-19 se propagan más rápidamente que otras. Al estudiar el mecanismo de unión del virus, podemos predecir qué variantes podrían volverse más prevalentes y preparar mejores respuestas ante ellas. “

Esta investigación enfatiza la importancia de la biomecánica para comprender la patogénesis viral y abre nuevas vías para la investigación científica sobre la evolución viral y el desarrollo terapéutico. Es un testimonio de la naturaleza colaborativa de la investigación científica para abordar importantes desafíos de salud.