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¿No sabe si tuvo COVID-19? Esta prueba se lo diría

El investigador de la Universidad Católica de América utiliza el análisis 'in silico' para acelerar la inmunidad pasiva.

Modelo estructural de infección por SARS-CoV-2.

El modelo muestra 16 virus, con las proteínas de la espiga en verde (PDB ID: 6VSB) y una membrana de bicapa lipídica real, con dímeros ACE2 en magenta. Todas estas estructuras están en resolución atómica. La longitud de la membrana es de aproximadamente 1 micrómetro. / Foto: Victor Padilla-Sanchez, La Universidad Católica de América

EurkAlert | University of Texas at Austin, Texas Advanced Computing Center

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Read in english: Re-engineering antibodies for COVID-19

Con millones de casos de COVID-19 reportados en todo el mundo, las personas están recurriendo a pruebas de anticuerpos para descubrir si han estado expuestos al coronavirus que causa la enfermedad. ¿Pero qué son los anticuerpos? ¿Por qué son importantes? Si los tenemos, ¿somos inmunes a COVID-19? Y si no, ¿Pórque no?

Las pruebas de anticuerpos buscan la presencia de anticuerpos, que son proteínas específicas producidas en respuesta a infecciones. Los anticuerpos son específicos de la enfermedad. Por ejemplo, los anticuerpos contra el sarampión lo protegerán de contraer el sarampión si está expuesto a él nuevamente, pero no lo protegerán contra las paperas si está expuesto a las paperas.

"Los anticuerpos son importantes porque previenen la infección y curan a los pacientes afectados por enfermedades", dijo Victor Padilla-Sanchez, investigador de la Universidad Católica de América en Washington DC. "Si tenemos anticuerpos, somos inmunes a la enfermedad, siempre que sigan en su sistema, está protegido. Si no tiene anticuerpos, entonces la infección continúa y la pandemia continúa ".

Esta forma de protección basada en anticuerpos extraños se denomina inmunidad pasiva: inmunidad a corto plazo que se proporciona cuando una persona recibe anticuerpos contra una enfermedad en lugar de producir estos anticuerpos a través de su propio sistema inmunitario.

"Estamos en los pasos iniciales de esto ahora, y aquí es donde espero que mi trabajo pueda ayudar", dijo Padilla-Sánchez. Padilla-Sanchez se especializa en virus. Específicamente, usa modelos de computadora para comprender la estructura de los virus a nivel molecular y usa esta información para tratar de descubrir cómo funciona el virus.

El síndrome respiratorio agudo severo (Severe Acute Respiratory Syndrome - SARS) fue la primera enfermedad infecciosa nueva identificada en el siglo XXI. Esta enfermedad respiratoria se originó en la provincia china de Guangdong en noviembre de 2002. La Organización Mundial de la Salud identificó este nuevo coronavirus (SARS-CoV) como el agente que causó el brote.

Ahora estamos en medio de otro nuevo coronavirus (SARS-CoV-2), que surgió en Wuhan, China en 2019. El COVID-19, la enfermedad causada por el SARS-CoV-2, se ha convertido en una pandemia de rápida propagación que ha llegado a la mayoría de los países del mundo. A julio de 2020, el COVID-19 ha infectado a más de 15.5 millones de personas en todo el mundo con más de 630,000 muertes.

Hasta la fecha, no hay vacunas ni terapias para combatir la enfermedad.

Dado que ambas enfermedades (SARS-CoV y SARS-CoV-2) comparten la misma proteína espiga, la clave de entrada que permite que el virus ingrese a las células humanas, la idea de Padilla-Sanchez fue tomar los anticuerpos encontrados en el primer brote en 2002: 80R y m396, y rediseñarlos para que se ajusten al virus COVID-19 actual.

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Un estudio de junio de 2020 en la revista en línea, Research Ideas and Outcomes, describe los esfuerzos de Padilla-Sanchez para resolver este problema utilizando la simulación por computadora. Descubrió que las diferencias de secuencia evitan que 80R y m396 se unan al COVID-19.

"Comprender por qué 80R y m396 no se unieron a la proteína spike del SARS-CoV-2 podría allanar el camino para diseñar nuevos anticuerpos que sean efectivos", dijo Padilla-Sánchez. "Las versiones mutadas de los anticuerpos 80R y m396 se pueden producir y administrar como una terapia para combatir la enfermedad y prevenir la infección".

Sus experimentos de acoplamiento mostraron que las sustituciones de aminoácidos en 80R y m396 deberían aumentar las interacciones de unión entre los anticuerpos y el SARS-CoV-2, proporcionando nuevos anticuerpos para neutralizar el virus.

"Ahora, tengo que demostrarlo en el laboratorio", dijo.

Para su investigación, Padilla-Sanchez confió en los recursos de supercomputación asignados a través del Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE). XSEDE es un sistema virtual único financiado por la National Science Foundation que utilizan los científicos para compartir interactivamente recursos informáticos, datos y experiencia.

Los sistemas Stampede2 y Bridges asignados por XSEDE en el Texas Advanced Computing Center (TACC) y el Pittsburgh Supercomputer Center apoyaron los experimentos de acoplamiento, ensambles macromoleculares y análisis y visualización a gran escala.

"Los recursos de XSEDE fueron esenciales para esta investigación", dijo Padilla-Sanchez.

Realizó los experimentos de acoplamiento en Stampede2 utilizando el paquete de software Rosetta, que incluye algoritmos para el modelado computacional y el análisis de estructuras de proteínas. El software prácticamente une las proteínas y luego proporciona una puntuación para cada experimento de unión. "Si encuentra una buena posición de atraque, puede recomendar que este nuevo anticuerpo mutado pase a producción".

La supercomputadora Frontera de TACC, la octava supercomputadora más poderosa del mundo y la supercomputadora más rápida en un campus universitario, también brindó una ayuda vital a Padilla-Sánchez. Utilizó el software Chimera en Frontera para generar visualizaciones de muy alta resolución. A partir de ahí, transfirió el trabajo a Bridges debido a sus grandes nodos de memoria.

"Frontera tiene un gran rendimiento al importar una gran cantidad de datos grandes. Por lo general, podemos ver solo las interacciones de proteínas, pero con Frontera y Bridges, pudimos estudiar procesos completos de infección en la computadora" , dijo. Los hallazgos de Padilla-Sanchez serán probados en un laboratorio húmedo. Al completar con éxito esa etapa, su trabajo puede proceder a ensayos en humanos.

Actualmente, varios laboratorios en todo el mundo ya están probando vacunas.

"Si no encontramos una vacuna en el corto plazo, todavía tenemos inmunidad pasiva, lo que puede prevenir la infección durante varios meses siempre que tenga los anticuerpos", dijo Padilla-Sánchez. "Por supuesto, una vacuna es el mejor resultado. Sin embargo, la inmunidad pasiva puede ser una vía rápida para proporcionar alivio a la pandemia ".

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