Por Robert Sanders, Relaciones con los Medios | 12 de noviembre de 2021
Los científicos de UC Berkeley han modelado las interacciones a nivel atómico entre la proteína de pico del SARS-CoV-2 y el receptor ACE2 humano, así como los anticuerpos que se dirigen a la proteína de pico y previenen la infección. (Crédito:Laboratorio Jason McLellan/Universidad de Texas en Austin)
Una supercomputadora del Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC) ayudó a investigadores de la Universidad de California, Berkeley, a visualizar y estudiar cómo la proteína de pico en la superficie del virus SARS-CoV-2 se une a una proteína receptora en las células humanas y cómo varios anticuerpos bloquean esa interacción.
Las simulaciones mostraron, de manera algo inesperada, que la proteína de pico de la variante Delta altamente infecciosa (la cepa dominante en los EE. UU. y gran parte del mundo en el momento del estudio) es particularmente buena para unirse al receptor humano ACE2, que sirve como la puerta de entrada para que el virus entre en las células humanas.
Sin embargo, los investigadores también observaron que los anticuerpos provocados tanto por la infección por SARS-CoV-2 como por las vacunas actuales basadas en ARNm, como las fabricadas por Pfizer, Moderna y BioNTech, neutralizan la variante Delta tan bien como lo hacen otras variantes, incluida la cepa original que surgió en Wuhan, China, a finales de 2019.
"La gente ha asumido que la variante Delta es más infecciosa porque la proteína de pico se une mejor a ACE2, y eso puede ser cierto, pero nuestras simulaciones muestran que esa no es toda la historia", dijo el líder del estudio Rommie Amaro, profesor de UC Berkeley. química y de bioingeniería e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Además de cómo la proteína de pico se une a ACE2, hay que considerar cómo los anticuerpos y otras partes del sistema inmunológico se defienden".
El equipo publicó sus hallazgos en la revista Nature Structural and Molecular Biology. Los autores correspondientes son Amaro y su ex becario postdoctoral, José Manuel Flores-Solís, ahora científico investigador asociado en la Universidad de Texas en Austin.
Simulaciones realizadas en la supercomputadora Cori del NERSC del DOE
Para obtener una visión a nivel atómico de cómo la proteína de pico interactúa con el receptor ACE2 y los anticuerpos, los investigadores primero simularon las estructuras moleculares de la proteína de pico, el receptor y varias clases de anticuerpos. Lo hicieron utilizando las estructuras cristalinas de la proteína de pico, el receptor ACE2 y varios de los anticuerpos, que habían sido determinados por otros investigadores.
Luego "empaparon" la proteína de pico en una bicapa lipídica, una membrana grasa como la que encapsula el virus SARS-CoV-2, y simularon cómo la proteína de pico se movía e interactuaba con moléculas de agua y otras moléculas en la superficie del lípido. bicapa. Esto les permitió determinar las diferentes conformaciones que podría adoptar la proteína de pico y con qué fuerza se unía la proteína de pico al receptor ACE2.
"La flexibilidad de la proteína de pico es importante, porque las diferentes conformaciones de la proteína de pico determinan qué anticuerpos pueden unirse a ella", dijo Amaro.
Los investigadores realizaron muchas simulaciones, observando qué tan bien se unen las diferentes variantes de la proteína de pico al receptor ACE2 humano, cómo se unen diferentes clases de anticuerpos a la proteína de pico y qué tan efectivas son las diferentes combinaciones de anticuerpos para unirse y neutralizar la proteína de pico.
Para realizar tantas simulaciones, el equipo utilizó potentes recursos informáticos del NERSC en Berkeley, incluida la supercomputadora Cori.
La cepa delta se une mejor, pero los anticuerpos la neutralizan igual de bien
Una de las cosas más importantes que aprendieron es que la proteína de pico de la variante Delta se une más estrechamente al receptor ACE2 humano que la proteína de pico de la cepa original del SARS-CoV-2. Esta es probablemente una de las razones por las que la variante Delta es tan infecciosa.
El equipo también descubrió que la mayoría de las clases de anticuerpos probados eran igualmente eficaces para unirse y neutralizar la variante Delta que para neutralizar la cepa original. Las excepciones notables fueron los anticuerpos que se dirigen a una parte de la proteína de pico llamada dominio N-terminal. Estos anticuerpos fueron menos eficaces para unirse a la variante Delta y esto debilitó su capacidad para neutralizarla. Afortunadamente, la mayoría de los anticuerpos en la respuesta inmune del cuerpo y la mayoría de los inducidos por las vacunas COVID-19 se dirigen a otras regiones de la proteína de pico que no varían mucho entre la variante Delta y las variantes anteriores.
"En general, nuestros resultados respaldan el uso continuo de las vacunas basadas en ARNm actualmente autorizadas, incluso en presencia de la variante Delta, porque provocan anticuerpos que parecen neutralizar la variante Delta con una potencia similar a la de otras variantes", dijeron los investigadores. escribió.
Los coautores del artículo incluyen al ex becario postdoctoral de UC Berkeley, Alexander Pak, ahora profesor asistente en el departamento de medicina molecular y genética de la Universidad del Sur de Florida, y Daniel Wrapp, ahora profesor asistente de bioquímica en la Universidad de Arizona. Otros coautores son investigadores de la UC San Francisco y la Universidad de Colorado, Boulder.
Este trabajo fue apoyado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (R01AI093984-07S1, U54HG007013 y R01AI093984), la Iniciativa de California sobre Medicina de Precisión en UC San Francisco y el Departamento de Bioingeniería de UC Berkeley. El uso de los recursos computacionales en NERSC fue apoyado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de EE. UU. bajo el Contrato No. DE-AC02-05CH11231.
