Ciclo de réplica del SARS-CoV-2 en 3D
Aprender cómo las máquinas de células huésped del SARS-CoV-2 ayudarán a desarrollar estrategias terapéuticas
A medida que la pandemia mundial de coronavirus continúa, los científicos no sólo tratan de encontrar vacunas y medicamentos para combatirla, sino también de aprender continuamente más sobre el propio virus. "A estas alturas podemos esperar que el coronavirus se vuelva estacional", explica Ralf Bartenschlager, profesor del Departamento de Enfermedades Infecciosas, Virología Molecular, de la Universidad de Heidelberg. "Por lo tanto, hay una necesidad urgente de desarrollar e implementar estrategias tanto profilácticas como terapéuticas contra este virus." En un nuevo estudio, Bartenschlager, asistido por el equipo de Schwab en el EMBL de Heidelberg y utilizando la instalación central de microscopía electrónica del EMBL, realizó un detallado análisis de imágenes para determinar cómo el virus reprograma las células infectadas.
Las células infectadas fueron fotografiadas por microscopía electrónica de exploración de haz de iones enfocados, una poderosa técnica para revelar la organización de una célula a nivel subcelular en 3D. En esta imagen, un subvolumen de una célula fue segmentado para mostrar orgánulos unidos a la membrana (en gris) y vesículas de doble membrana (en rojo) - un compartimento específico del virus donde el genoma viral se replica en grandes cantidades.
Julian Hennies/EMBL
Las células que se infectan por el SARS-CoV-2 mueren bastante rápido, en sólo 24 a 48 horas. Esto indica que el virus daña a la célula humana de tal manera que es recableada y esencialmente forzada a producir progenie viral. El objetivo principal del proyecto era, por lo tanto, identificar los cambios morfológicos dentro de una célula que son inherentes a esta reprogramación. "El desarrollo de fármacos que supriman la replicación viral y, por tanto, la consecuencia de la infección, así como la muerte celular inducida por el virus, es fundamental para comprender mejor los mecanismos biológicos que impulsan el ciclo de replicación del virus", explica Bartenschlager. El equipo utilizó las instalaciones de diagnóstico por imágenes del EMBL y técnicas de diagnóstico por imágenes de última generación para determinar la arquitectura tridimensional de las células infectadas por el SARS-CoV-2, así como las alteraciones de la arquitectura celular causadas por el virus.
El equipo fue capaz de crear reconstrucciones en 3D de células enteras y sus compartimentos subcelulares. "Estamos proporcionando conocimientos críticos sobre los cambios estructurales inducidos por el virus en las células humanas estudiadas", explica Ralf Bartenschlager. Las imágenes revelaron un cambio obvio y masivo en los sistemas de la endomembrana de las células infectadas, un sistema que permite a la célula definir diferentes compartimentos y sitios. El virus induce cambios en la membrana de tal manera que puede producir sus propios orgánulos de replicación. Estos son mini compartimentos de replicación donde el genoma viral se amplifica enormemente. Para hacer esto, el virus requiere superficies de membrana. Estas se crean explotando un sistema de membrana celular y creando un orgánulo, que tiene un aspecto muy distintivo. Los científicos lo describen como una acumulación masiva de burbujas: dos capas de membrana formando un gran globo. Dentro de estos globos, que forman un compartimiento muy protegido, los genomas virales se multiplican y se liberan para incorporarse a nuevas partículas de virus.
Este sorprendente cambio puede verse en las células sólo unas pocas horas después de la infección. "Vimos cómo y dónde se replica el virus dentro de la célula, y cómo secuestra su maquinaria anfitriona para ser liberada después de la multiplicación", dice Schwab. Hasta ahora, se sabía poco sobre el origen y el desarrollo de los efectos que el SARS-CoV-2 causa en el cuerpo humano. Esto incluye la falta de conocimiento sobre el mecanismo por el cual la infección conduce a la muerte de las células infectadas. Tener esta información ahora fomentará el desarrollo de terapias que reduzcan la replicación del virus y, por lo tanto, la gravedad de la enfermedad.
El equipo se ha asegurado de que la información recogida y, en particular, el depósito sin precedentes de información estructural en 3D sobre las subestructuras inducidas por el virus pueda ser utilizada por todo el mundo. "Creo que estamos sentando un precedente en el hecho de que estamos compartiendo todos los datos que hemos producido con la comunidad científica. Representa un recurso impresionante para la comunidad", dice Yannick Schwab. "De esta manera podemos apoyar el esfuerzo mundial para estudiar cómo el SARS-CoV-2 interactúa con su anfitrión." El equipo espera que la información recogida ayude en el desarrollo de drogas antivirales.
El equipo logró producir el estudio en un tiempo increíblemente corto, a pesar de las difíciles circunstancias. "La mitad del mundo - y por supuesto Heidelberg también - estaba en completo encierro y tuvimos que improvisar casi a diario para adaptarnos a la situación. Ya sea en el EMBL o desde casa, todos estaban profundamente involucrados y generosamente dieron su tiempo y su profundo conocimiento", dice Schwab. "La velocidad con la que trabajamos, y la cantidad de datos que se produjeron, es notable."
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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