Científicos ayudan a desarrollar terapias dirigidas a infección viral de la hepatitis B
Con hasta 2,4 millones de casos en EE. UU. y más de 250 millones de casos crónicos en todo el mundo, la infección por hepatitis B persiste a pesar de la disponibilidad de una vacuna.
Las vacunas actúan inmunizando al cuerpo contra un virus para prevenir la infección; sin embargo, no existe cura para las personas que se infectan (por ejemplo, al nacer). La infección por hepatitis B puede provocar daño hepático e incluso cáncer, lo que representa una amenaza para la salud pública.
Comprender los pasos fundamentales de la infección viral puede ayudar a diseñar medicamentos para interrumpir estos procesos y prevenir la infección crónica. Con este fundamento, investigadores del Instituto Beckman y el Departamento de Química modelaron el proceso de desmontaje de la cápside del virus de la hepatitis B a un nivel atómico sin precedentes.
El equipo incluyó a Zhaleh Ghaemi, autor principal del estudio y científico investigador en química; Emad Tajkhorshid, profesor de bioquímica; y Martin Gruebele, profesor de química. Su artículo, titulado "Mecanismo molecular de desmontaje de la cápside en el virus de la hepatitis B", se publica en PNAS.
Una cápside viral es una estructura que contiene el material genético de un virus; en el caso de la hepatitis B, la cápside es una estructura icosaédrica de unos 36 nanómetros de diámetro y compuesta por 240 proteínas idénticas. El desmontaje de la cápside, en el que la cápside se rompe físicamente, es esencial para que un virus infecte una célula, ya que permite que el virus libere su propio material genético en el núcleo de la célula huésped y, finalmente, utilice la maquinaria de replicación de la célula huésped para multiplicarse. Comprender este proceso a nivel atómico es imperativo para un enfoque terapéutico para combatir la hepatitis B y otras infecciones similares.
"Durante las últimas décadas, los desarrollos de software de simulación avanzado como NAMD, desarrollado aquí en UIUC, y un tratamiento más preciso de las interacciones entre átomos, nos permitieron simular un sistema de este tamaño y complejidad", dijo Ghaemi.
"Un aspecto novedoso de este trabajo es el desarrollo y la aplicación de un método que nos permitió perturbar la cápside de manera eficiente", dijo Tajkorshid, quien dirige el Centro de Biotecnología de NIH para Modelado Macromolecular y Bioinformática. "Hace cinco o diez años, no teníamos ni la capacidad de cálculo ni un método apropiado para realizar este tipo de trabajo".
Armado con capacidades computacionales de vanguardia, el equipo separó el proceso de desmontaje de la cápside viral de la hepatitis B. "En el lado experimental, es una situación en la que no puedes tener tu pastel y comértelo también. Puedes hacer experimentos de microscopía, pero siempre hay una compensación. Hay experimentos que te darán información parcial. Algunos te darán tienes una resolución espacial más alta, una resolución de tiempo mejor, pero no hay un experimento como estas simulaciones que hicimos que solo te muestre lo que sucede, átomo por átomo ”, dijo Gruebele.
Una cápside viral es una estructura que contiene el material genético de un virus; en el caso de la hepatitis B, la cápside es una estructura icosaédrica de unos 36 nanómetros de diámetro y compuesta por 240 proteínas idénticas. El desmontaje de la cápside, en el que la cápside se rompe físicamente, es esencial para que un virus infecte una célula, ya que permite que el virus libere su propio material genético en el núcleo de la célula huésped y, finalmente, utilice la maquinaria de replicación de la célula huésped para multiplicarse. Comprender este proceso a nivel atómico es imperativo para un enfoque terapéutico para combatir la hepatitis B y otras infecciones similares.
Usando técnicas computacionales recientemente desarrolladas para aplicar tensión mecánica, los investigadores identificaron qué áreas de la cápside impactan el proceso de desmontaje. Sorprendentemente, se encontró que regiones específicas de la proteína de la cápside contribuyen a la rotura más que otras, y no en el patrón que se había supuesto previamente basándose únicamente en las propiedades mecánicas.
Al sondear e investigar el desmontaje de la cápside, que se estableció para que ocurriera de manera eficiente en solo unos pocos nanosegundos de simulación, el equipo predijo que las primeras grietas que conducen al desmontaje son el resultado de la expansión de la estructura de la cápside en solo un 2,5%. Este alto nivel de precisión no sería posible con muchas técnicas disponibles en la actualidad.
"El trabajo aquí se basa en simulaciones, pero podemos confirmar las simulaciones con experimentos que implican la mutación de aminoácidos específicos que se predice que son 'puntos calientes' para el desmontaje", dijo Ghaemi. La experiencia única aportada por cada miembro del equipo fue vital para desarrollar el método, simular el proceso y predecir fenómenos con asombrosa precisión. Los métodos desarrollados para este estudio equiparán a los científicos de hoy para avanzar en sus campos, desde la virología hasta la bioinformática y la física.
"Lo hermoso de este artículo es que diferentes partes entusiasmarán a diferentes tipos de personas, dependiendo de si eres un físico o un investigador biomédico", dijo Gruebele. "Herramientas como ésta nos equipan con un microscopio computacional mediante el cual podemos observar complejos procesos moleculares.
Escrito y publicado por: Tejas Mahadevan Padmanabhan, Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas | Phys Org
7 de septiembre de 2021
Enlace original: https://phys.org/news/2021-09-scientists-simulate-hepatitis-viral-infection.html