Un equipo de investigadores que incluye a la facultad de Ingeniería de Northwestern ha ampliado la comprensión de cómo se autoensamblan los caparazones de virus, un paso importante hacia el desarrollo de técnicas que utilizan virus como vehículos para administrar fármacos y terapias dirigidas a todo el cuerpo.

Al realizar múltiples sustituciones de aminoácidos, los investigadores descubrieron casos de epistasis, un fenómeno en el que dos cambios producen un comportamiento diferente del comportamiento que cada cambio causa individualmente.

"Encontramos casos en los que dos cambios separados de un solo aminoácido hicieron que la capa del virus se rompiera o se volviera realmente inestable, pero hacer ambos cambios juntos produjo una estructura estable que funcionó mejor que nunca, "dijo Danielle Tullman-Ercek, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick.

El artículo titulado "Evaluación experimental de la coevolución en una partícula autoensamblante, "se publicó en la edición impresa del 19 de marzo de Bioquímica . Tullman-Ercek se desempeñó como coautor correspondiente del artículo junto con el colaborador Matthew Francis, profesor de química en la Universidad de California en Berkeley.

El trabajo se basa en investigaciones anteriores en las que Tullman-Ercek y sus colaboradores desarrollaron una nueva técnica, llamado SyMAPS (selección de partículas ensambladas y mutación sistemática), para probar variaciones de una proteína utilizada por un virus bacteriano llamado bacteriófago MS2. Sustituyendo los aminoácidos uno a la vez a lo largo de la cadena de la proteína MS2, el equipo pudo estudiar cómo el andamio de virus se vio afectado por las diferentes combinaciones, incluidos los cambios que preservaron la estructura de la cáscara o la rompieron.

La última investigación se basa en el progreso del equipo mediante el uso de SyMAPS para analizar múltiples cambios de aminoácidos dentro de la partícula MS2, un requisito para manipular eficazmente los caparazones de virus en el futuro, Dijo Tullman-Ercek. Los investigadores estudiaron cada combinación de aminoácidos dobles a lo largo de un bucle polipeptídico ubicado dentro del andamio de MS2 y midieron cómo se vio afectado el andamio del virus.

Un factor que produjo la epistasis fue el equilibrio de las cargas de aminoácidos que fueron sustituidas, dijo Tullman-Ercek, miembro del Centro de Biología Sintética de Northwestern. Intercambiando dos aminoácidos cargados positivamente, por ejemplo, hizo que la partícula se repele y se rompa, pero equilibrar un único cambio de aminoácido positivo con una carga negativa separada compensaba el cambio y conservaba la estabilidad.

"Parecía un efecto impredecible, pero si observa las tendencias generales de los datos, aprendimos que la carga es muy importante para mantener el equilibrio, ", Dijo Tullman-Ercek." No pudimos ver eso en base a los datos que acumulamos con los cambios individuales, pero seguimos volviendo a este problema de equilibrio de cargos ".

El equipo planea expandir las pruebas para determinar si los comportamientos encontrados en la partícula MS2 se aplican a virus similares.

"Se necesitan años para optimizar cada componente de un andamio de virus, ", Dijo Tullman-Ercek." Estamos tratando de reducir el tiempo que lleva optimizar el vehículo de entrega aprendiendo las reglas de cómo se ensambla para que eventualmente podamos construir uno desde cero ".

Dependiendo de su finalidad o destino final en el cuerpo, Los andamios de virus requieren propiedades de diseño únicas. Un virus que se envía al cerebro para tratar un tumor. por ejemplo, puede necesitar una mayor estabilidad en su forma que la que se envía a los pulmones. Cuanto más generales sean las reglas que rigen el diseño, la mayor variedad de partículas se puede construir y desplegar en el futuro.

"Si tenemos que optimizar el vehículo de entrega para cada caso individual, se necesitarán décadas para progresar, por lo que es importante averiguar las reglas subyacentes, ", dijo." Es un proyecto de ciencia fundamental, pero tiene el potencial de impactar realmente el diseño de muchas terapias futuras ".

Los conocimientos también llevaron al equipo a preguntarse cómo su estrategia puede combinarse con lo que ya se sabe, y se desconoce, sobre la evolución.

"En evolución, los cambios se suman uno a otro, ", Dijo Tullman-Ercek." Estamos haciendo estos cambios deliberadamente en nuestro laboratorio, lo que hace que uno se pregunte cómo la naturaleza alcanza estos estados epistáticos con combinaciones que producirían resultados negativos por sí mismos. Queremos construir esto para la entrega de medicamentos, pero los resultados plantean preguntas interesantes sobre cómo se optimizan los cambios en la naturaleza para empezar ".