¿Cómo se ensamblan los cientos de piezas individuales que componen los virus en formas capaces de propagar enfermedades de una célula a otra?

Resolver el misterio del autoensamblaje puede allanar el camino para avances de ingeniería como moléculas o robots que se ensamblan solos. También podría contribuir a un empaque más eficiente, la entrega automatizada y el diseño específico de medicamentos en nuestra lucha contra los virus que causan resfriados, diarrea, cáncer de hígado y poliomielitis.

"Si entendemos las reglas físicas de cómo se ensamblan los virus, podemos intentar que formen estructuras incorrectas para impedir su propagación", dijo Rees Garmann, químico de la Universidad Estatal de San Diego y autor principal de un nuevo artículo que completa un pieza del rompecabezas.

Garmann, junto con dos estudiantes graduados de SDSU y colaboradores en Harvard y UCLA, concluyeron que dos virus de ARN lejanamente relacionados, uno que infecta bacterias y otro que infecta plantas, realizan esta coreografía química de formas sorprendentemente similares.

En ambos, y potencialmente en otros virus, los componentes proteicos se modelan perfectamente en pentágonos y hexágonos que forman una capa icosaédrica simétrica, una de las formas más predominantes entre todos los virus, gracias a un andamiaje proporcionado por una hebra de ARN enrollada y plegada.

De manera similar a cómo un copo de nieve requiere un par de moléculas de agua helada para rodear una partícula de polvo antes de cristalizar, la esfera de proteínas similar a un gimnasio de la jungla de un virus se une rápidamente solo después de que unas pocas proteínas se adhieren al ARN.

"Sin las interacciones entre las proteínas y el ARN que estaban estudiando mis estudiantes, Fernando Vásquez y Daniel Villareal, este virus tardaría mucho tiempo (semanas, meses, tal vez nunca) en ensamblarse", dijo Garmann.

Sin embargo, todo el proceso de ensamblaje, que Garmann y sus colaboradores capturaron en videos detallados utilizando un innovador microscopio iSCAT (dispersión interferométrica) que registra virus individuales, lleva solo unos minutos.

"La técnica iSCAT abrió una nueva ventana al autoensamblaje de virus", dijo Vinothan N. Manoharan, coautor del estudio y profesor de ingeniería química y profesor de física de la familia Wagner en la Escuela de Ingeniería y Ciencias John A. Paulson de Harvard. Ciencias Aplicadas. "Solo al ver cómo se forman los virus individuales pudimos determinar que no se ensamblan todos al mismo tiempo. Eso fue clave para comprender el mecanismo de autoensamblaje que comparten los dos tipos de virus".

Garmann dice que sus experimentos señalan el camino para responder al próximo gran misterio de cómo los virus garantizan la precisión y la funcionalidad en todos los pasos a lo largo de la línea de montaje.

Saber más sobre cómo se ensamblan los virus está relacionado con la paradoja física de la década de 1950 de cómo las proteínas se pliegan en sus formas adecuadas mucho más rápido que si dependieran únicamente de encuentros fortuitos, un proceso que se estima que lleva más tiempo que los miles de millones de años que el universo ha existido.

Un caso cerrado, otros abiertos

Aunque los virus de este estudio y el virus que causa el COVID-19 tienen ARN, los investigadores dicen que extender estos hallazgos al virus más grande y extraño SARS-CoV-2 sería prematuro.

"La esperanza de nuestra investigación es aprender sobre alguna interacción física fundamental que ocurre en estos sistemas modelo", dijo Vásquez, estudiante de doctorado en química. "Maybe with more data and time, they can be applied to studying a new virus."

"Self-assembly—designing components that know how to get together—is totally different from how we build ordinary things," Garmann said. "As engineers, we have a lot to learn from viruses." + Explora más

First video of viruses assembling released