Descubren científicos la estructura de la proteína clave para una futura vacuna contra la hepatitis C

Fotografía tomada de El Imparcial

Una razón importante por la que aún no ha habido una vacuna contra el VHC es que los científicos aún tienen que identificar el antígeno adecuado.

LONDRES.-El virus de la hepatitis C, o VHC, provoca una infección crónica del hígado que puede provocar cicatrices permanentes en el hígado y, en casos extremos, cáncer. Afecta a alrededor de 71 millones de personas en todo el mundo y provoca aproximadamente 400,000 muertes cada año. Si bien hay tratamientos disponibles para las infecciones relacionadas con el VHC, son costosos, de difícil acceso y no protegen contra la reinfección. Una vacuna que pueda ayudar a prevenir la infección por el VHC es una importante necesidad médica y de salud pública no satisfecha.

Una razón importante por la que aún no ha habido una vacuna contra el VHC es que los científicos aún tienen que identificar el antígeno adecuado o la parte del virus que desencadenaría una respuesta inmunitaria protectora en el cuerpo.

Décadas de investigación han identificado al VHC E1E2, la única proteína en la superficie del virus, como la vacuna candidata más prometedora. Sin embargo, el desarrollo de una vacuna contra el VHC basada en esa proteína está limitado por la incertidumbre sobre su apariencia. Es necesario conocer la estructura de la proteína para descubrir cómo responde el sistema inmunitario al virus.

Entonces, ¿cómo capturan los investigadores la estructura de una sola proteína en un virus que cambia de forma?

“Somos investigadores especialistas en microscopía y diseño de vacunas. Con la nueva tecnología, pudimos visualizar los detalles moleculares de esta esquiva proteína, desbloqueando información clave sobre cómo funciona este virus y ofreciendo un plan potencial para una futura vacuna. Así es como lo hicimos”, dicen Lisa Eshun-Wilson, investigadora Postdoctoral en Biología Molecular y Celular en The Scripps Research Institute y Alba Torrents de la Peña, becaria postdoctoral en Biología Estructural y Computacional Integrativa en The Scripps Research Institute.

Desafíos de capturar un virus que cambia de forma

Una de las razones por las que ha sido tan difícil capturar la estructura de la proteína E1E2 del VHC es que es flexible y frágil. Cambia su forma con tanta frecuencia y se rompe tan fácilmente que es difícil de purificar.

Como analogía, imagine un tazón de espagueti empapado en salsa de tomate. Ahora imagine tratar de tomar una fotografía de cada pieza individual de espagueti en la misma posición a lo largo del tiempo mientras el tazón se agita. Difícil de hacer, ¿verdad? Así es como fue visualizar la proteína E1E2 completa.

También había barreras tecnológicas. Hasta hace poco, las técnicas de imagen disponibles tenían una capacidad limitada para ver proteínas microscópicas. La cristalografía de rayos X, por ejemplo, no puede capturar moléculas que cambian y cambian de forma con frecuencia, como el VHC. Además, otras opciones, como la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, requerían cortar grandes partes de la proteína o manipularla químicamente de manera que transformara su estado fisiológico y potencialmente alterara su función.

“Entonces, para examinar la estructura de E1E2, necesitábamos una forma de extraer y purificar, estabilizar y atrapar toda la proteína que cambia de forma en una configuración”, dicen las científicas.

Cómo tomar una foto de la proteína

Cryo-EM, o microscopía crioelectrónica, es un tipo de técnica de imagen que ve especímenes a temperaturas criogénicas, en este caso el punto de ebullición del nitrógeno: menos 320,8 grados Fahrenheit (menos 196 Celsius). Con temperaturas tan frías, el hielo se congela tan rápido que no tiene tiempo de cristalizarse. Eso crea un hermoso marco similar al vidrio alrededor de la proteína de interés, lo que permite una vista sin obstáculos de cada detalle estructural. Cryo-EM también requiere muy poca proteína para funcionar, lo que reduce la cantidad de material que necesitaríamos para purificar.

Ganador del Premio Nobel de Química 2017 y el premio “Método del año” 2015 de la revista Nature, Cryo-EM es excelente para obtener imágenes de macromoléculas biológicas en su estado nativo o natural en el entorno acuoso de la sangre humana. Cryo-EM también fue fundamental para caracterizar la estructura del virus COVID-19 y sus variantes.

     

Entonces, ¿cómo se toma una foto de una proteína?

“Primero, incrustamos el código genético para hacer E1E2 en células humanas en una placa de Petri para tener suficientes cantidades de proteína para estudiar. Después de purificar la proteína, la sumergimos en etano líquido seguido de nitrógeno líquido. El etano líquido se usa para congelar la proteína porque tiene un punto de ebullición más alto que el nitrógeno líquido. Esto significa que puede capturar más calor antes de convertirse en gas, lo que permite que la proteína se congele mucho más rápido de lo que lo haría en nitrógeno líquido y evita daños estructurales”.

“Una vez que la proteína se vitrificó, o en un estado de hielo similar al vidrio, pudimos no solo ver su estructura general, sino también capturar múltiples configuraciones individuales de la proteína que toma cuando cambia de forma, incluidas sus formas menos estables”.

“En este punto, nuestra proteína estaba lista para su primer plano. Empleamos un microscopio que usa un haz de electrones enfocados de alta energía y una cámara muy elegante que detecta cómo las elecciones rebotan en la superficie de la proteína. Esto creó una imagen 2D que luego transformamos matemáticamente en un modelo 3D. Y así fue como obtuvimos el codiciado “primer plano” de la proteína de superficie del VHC””.

     

“Nuestro siguiente paso fue evaluar la ubicación de cada aminoácido, o bloque de construcción de la proteína, en el espacio 3D. Debido a que cada aminoácido tiene una forma única, usamos un programa de computadora que podía identificar cada uno en nuestro mapa 3D. Esto nos permitió reconstruir manualmente un modelo de alta resolución de la proteína, un bloque de construcción a la vez”, manifestaron las expertas.

Una nueva herramienta para diseñar una vacuna contra el VHC

“Nuestro mapa 3D y el modelo de la proteína HCV E1E2 respaldan las investigaciones anteriores que describen su estructura al tiempo que brindan nuevos conocimientos sobre las características que ayudarán a allanar el camino para un diseño de vacuna buscado durante mucho tiempo contra este virus”.

“Por ejemplo, nuestra estructura revela que la interfaz entre las dos partes principales de la proteína está estabilizada por azúcares y parches hidrofóbicos, o áreas que expulsan moléculas de agua. Esto crea centros de unión pegajosos a lo largo de la proteína y evita que se desmorone, un sitio potencial para que los anticuerpos protectores y los nuevos medicamentos se dirijan”.

“Los investigadores ahora tienen las herramientas para diseñar medicamentos antivirales y vacunas contra la infección por VHC”, finalizaron.

Con información de El Imparcial.