La proteína espiga del SARS-CoV-2 facilita la invasión de la célula huésped al unirse a los receptores ACE2 integrados en la membrana celular. Crédito:Adams et al.
Con cada nueva variante de SARS-CoV-2 que ha surgido, se produce un pánico global para determinar su nivel de amenaza. Pero un grupo de biólogos cuánticos, ingenieros y físicos de virus creen que ya tenemos las herramientas para detectar y detener más fácilmente los peligrosos coronavirus y sus variantes.
En la reunión de marzo de APS de 2022, los científicos discutirán cómo las vibraciones cuánticas, el mapeo molecular, la vigilancia genética de puntos críticos y los nanodiamantes están preparados para desentrañar los secretos de la proteína de punta y el ARN del SARS-CoV-2, lo que lleva a un mejor diagnóstico, evaluación de riesgo de variantes, y tratamiento.
Compartirán sus resultados en una conferencia de prensa el jueves 17 de marzo de 2022. La conferencia se llevará a cabo en el sitio y se transmitirá a través de Zoom.
Todos los virus SARS-CoV-2 usan la proteína espiga para ingresar a las células huésped, lo que hace que esa proteína sea crucial para desarrollar mejores vacunas y medicamentos. Pero un área de la geografía del pico sigue siendo difícil de mapear:la ubicación exacta donde se adhiere el virus.
Entonces, Karissa Sanbonmatsu, bióloga estructural del Laboratorio Nacional de Los Álamos, junto con Chang-Shung Tung, aplicaron los últimos métodos computacionales para descubrir la composición molecular de la región.
"Presentamos nuevos modelos de la parte de la proteína espiga que ancla el virus al huésped que son consistentes con los datos experimentales", dijo Sanbonmatsu. En la reunión, discutirá cómo las simulaciones explican las mediciones de densidad confusas encontradas en los experimentos.
La unión entre la proteína espiga y la célula huésped también da como resultado algunas "malas vibraciones", según descubrió un grupo de la Universidad de KwaZulu-Natal.
"En el caso del SARS-CoV-2, mostramos que las vibraciones de la proteína pico pueden aumentar la probabilidad de una transferencia de electrones en los receptores del huésped", dijo Francesco Petruccione, biólogo cuántico que presentará los resultados.
El grupo investigó qué papel podría desempeñar este túnel cuántico en la infección por SARS-CoV-2 y si se podrían diseñar tratamientos para interrumpir las vibraciones que ayudan a que el virus se una. Las mutaciones que conducen a nuevas variantes también generan diferentes patrones de vibración.
"El resultado más práctico de esta investigación es la identificación de nuevas terapias para prevenir la infección por SARS-CoV-2", dijo Petruccione. "Este modelo de activación del receptor también puede ofrecer una forma de predecir la infecciosidad de nuevas cepas de SARS-CoV-2".
Determinar qué mutaciones de la proteína espiga conducirán a una mayor transmisión del virus suele desconcertar a los epidemiólogos, ya que los datos experimentales directos requerirían exponer deliberadamente a las personas a las variantes.
El físico John Barton de la Universidad de California Riverside y sus colaboradores decidieron adoptar un enfoque inesperado para el problema al combinar la vigilancia genómica y las herramientas de la física estadística.
"Nuestro método es el primero, hasta donde sabemos, en poder evaluar de manera integral los efectos de las mutaciones del SARS-CoV-2 en la transmisión viral, incluido el viaje de las personas infectadas, utilizando los millones de secuencias virales que se han recopilado durante la pandemia". ", dijo Barton.
El equipo encontró puntos críticos en el genoma del SARS-CoV-2 donde surgen mutaciones altamente infecciosas, incluso en proteínas mucho menos estudiadas que el pico. En la reunión, Barton presentará datos actualizados sobre la variante Omicron.
"Es importante destacar que nuestro modelo nos permite detectar muy rápidamente más variantes transmisibles del virus a medida que surgen:podemos detectar una transmisión significativamente mayor para las variantes Alfa y Delta cuando estaban en frecuencias de solo alrededor del 1% en regiones particulares", dijo Barton. .
Independientemente de la variante, la detección temprana de la infección por coronavirus es fundamental para detener la transmisión y los aumentos repentinos.
Investigadores dirigidos por el estudiante graduado del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Changhao Li, diseñaron un sensor cuántico para diagnosticar COVID-19. Su prueba podría arrojar una tasa de falsos negativos ultrabaja que mejora significativamente las pruebas de PCR estándar.
"Proponemos y estamos demostrando experimentalmente un sensor cuántico híbrido para el ARN del virus, basado en defectos de espín de vacantes de nitrógeno en nanodiamantes y nanopartículas magnéticas", dijo Li. El grupo publicó diseños iniciales en Nano Letters .
Li compartirá nuevos resultados experimentales preliminares en la reunión. Solo varios cientos de copias de SARS-CoV-2 serían suficientes para hacer ping al sensor cuántico, lo que significa que menos del 1% de las pruebas arrojarían resultados negativos accidentalmente. La prueba promete ser económica, rápida y fácil de ampliar.
Desde lo cuántico hasta lo computacional, desde lo estadístico hasta lo vibracional, la física y sus técnicas bien establecidas no solo podrían acelerar el final de la pandemia actual, sino también sentar las bases para responder más rápidamente a la próxima. Uso de la física para explicar los efectos de transmisión de diferentes mutaciones del SARS-CoV-2
