Esta imagen muestra la estructura detallada de un "pico" de un coronavirus que causa síntomas de resfriado, un pariente más leve del virus que causa COVID-19. Los picos se unen a los receptores en las células de sus víctimas para iniciar infecciones. Constan de tres moléculas de proteína, mostrado en azul, verde y naranja, salpicado de moléculas de azúcar (amarillo) que juegan un papel importante en el ciclo de vida del virus y en su capacidad para evadir el sistema inmunológico. Los científicos del SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford crearon la imagen con un nuevo método que muestra picos en su estado natural, produciendo instantáneas más rápidas y realistas del aparato de infección. Crédito:K. Zhang et al., Reseñas trimestrales de descubrimiento biofísico, 2020
Los coronavirus como el que causa el COVID-19 están repletos de "picos" de proteínas que se unen a los receptores de las células de sus víctimas, el primer paso en la infección. Ahora los científicos han hecho las primeras imágenes detalladas de esos picos en su estado natural, aún adheridos al virus y sin utilizar fijadores químicos que puedan distorsionar su forma.
Dicen su método que combina microscopía electrónica criogénica (crio-EM) y computación, debe producir instantáneas más rápidas y realistas del aparato de infección en varias cepas de coronavirus, un paso fundamental en el diseño de vacunas y medicamentos terapéuticos.
"La ventaja de hacerlo de esta manera es que cuando purificas una proteína de pico y la estudias de forma aislada, pierde un contexto biológico importante:¿Cómo se ve en una partícula de virus intacta? Posiblemente podría tener una estructura diferente allí, "dijo Wah Chiu, profesor del SLAC National Accelerator Laboratory del DOE y de la Universidad de Stanford y autor principal del estudio. Describieron sus resultados en Reseñas trimestrales Descubrimiento de biofísica .
Se sabe que siete cepas de coronavirus infectan a los seres humanos. Cuatro causan enfermedades relativamente leves; los otros tres, incluido el SARS-CoV-2, el virus que causa COVID-19 — puede ser mortal, dijo el coautor Jing Jin, experto en biología molecular de virus en el Instituto de Investigación Vitalant en San Francisco. Los científicos de Vitalant buscan virus en muestras de sangre y heces de humanos y animales, analizar muestras de sangre durante brotes como la pandemia actual, y estudiar las interacciones entre los virus y sus huéspedes.
Esta imagen giratoria muestra la estructura detallada de un "pico" de un coronavirus que causa síntomas de resfriado, un pariente más leve del virus que causa COVID-19. Los picos se unen a los receptores en las células de sus víctimas para iniciar infecciones. Constan de tres moléculas de proteína, mostrado en azul, verde y naranja, salpicado de moléculas de azúcar (amarillo) que juegan un papel importante en el ciclo de vida del virus y en su capacidad para evadir el sistema inmunológico. Los científicos del SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford crearon la imagen con un nuevo método que muestra picos en su estado natural, produciendo instantáneas más rápidas y realistas del aparato de infección. Crédito:K. Zhang et al., Reseñas trimestrales de descubrimiento biofísico, 2020
El virus que causa COVID-19 es tan virulento que solo unos pocos laboratorios de crio-EM en el mundo pueden estudiarlo con un nivel suficientemente alto de controles de bioseguridad. Dijo Jin. Entonces, para este estudio, el equipo de investigación examinó una cepa de coronavirus mucho más leve llamada NL63, que causa síntomas de resfriado común y es responsable de aproximadamente el 10% de las enfermedades respiratorias humanas cada año. Se cree que se adhiere a los mismos receptores en la superficie de las células humanas que el virus COVID-19.
En lugar de eliminar químicamente y purificar las proteínas de pico de NL63, los investigadores se congelaron instantáneamente, virus intactos en un estado vítreo que conserva la disposición natural de sus componentes. Then they made thousands of detailed images of randomly oriented viruses using cryo-EM instruments at the Stanford-SLAC Cryo-EM Facilities, digitally extracted the bits that contained spike proteins, and combined them to get high-resolution pictures.
"The structure we saw had exactly the same structure as it does on the virus surface, free of chemical artifacts, " Jin said. "This had not been done before."
The team also identified places where sugar molecules attach to the spike protein in a process called glycosylation, which plays an important role in the virus's life cycle and in its ability to evade the immune system. Their map included three glycosylation sites that had been predicted but never directly seen before.
Although a German group has used a similar method to digitally extract images of the spike protein from SARS-CoV-2, Jin said, they had to fix the virus in formaldehyde first so there would be no danger of it infecting anyone, and this treatment may cause chemical changes that interfere with seeing the true structure.
Avanzando, she said, the team would like to find out how the part of the spike that binds to receptors on human cells is activated, and also use the same technique to study spike proteins from the virus that causes COVID-19, which would require specialized biohazard containment facilities.
