Estratexias do virus paira a invasión celular

1996/01/01 Nieva, Jose Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Mikrobiologia
• Osasuna

Os virus adoitan situarse no límite entre vivos e inertes. Os viriones non posúen maquinaria metabólica propia, é dicir, non son capaces de construír por si mesmos os seus compoñentes estruturais a partir de antecedentes metabólicos. Por iso, paira poder reproducirse é necesario invadir a outros seres (hóspedes) e apropiarse da maquinaria metabólica das células dos mesmos.

Dentro da información xenética que levan os virus protexidos no seu interior, acumúlanse as ordes paira inhibir o metabolismo da célula infectada e orientar a síntese dos compoñentes do virus. Por tanto, os virus son parásitos moleculares que ás veces poden converterse en depredadores e levar á morte sen piedade ao ser infectado.

Por tanto, paira replicar, os virus son imprescindibles que o seu xenoma (ADN ou ARN) entre no interior do hóspede. O proceso que deben seguir paira iso denomínase introdución. Dado que a entrada é obrigatoria paira poder producirse a lnección, isto ten gran importancia no ciclo de vida dos virus. No caso de virus que penetran en células eucariotas, os viriones deben superar a cuberta molecular externa ou membrana que rodea á célula.

Así mesmo, os animais e os virus máis importantes con capacidade de infectar ao home están rodeados dunha membrana como a das células chamadas cubertas (Figura 1). Co fin de orientar a entrada, estes virus desenvolveron mecanismos de integración coas cubertas das células que invadirán as súas propias cubertas. Una vez conseguida a fusión das membranas da célula de destino e o virión, o xenoma do virus pode chegar ao citoplasma da célula (Figura 2) desde onde empezar a replicar.

As estratexias de entrada desenvolvidas polos virus encubertos son procesos moi complexos que, paira comprendelos ben, os científicos están a realizar constantes esforzos, xa que se puidésemos aprender como evitar a entrada do inimigo asasinado estariamos en vías de protección paira certas infeccións. Co obxectivo de atopar una forma sinxela e global de inhibir as infeccións víricas, os investigadores buscaron os elementos comúns da entrada.

Desgraciadamente, as cousas non son tan sinxelas como queiramos. Como sabemos até agora, polo menos cada familia de virus foi desenvolvendo una estratexia de entrada diferente, polo que a hipótese de que existe un mecanismo de entrada xeral e común foi perdendo forza. Ademais, as investigacións sobre os mecanismos de entrada de virus aínda non deron moitos resultados, xa que a principios dos anos 80, cando os científicos déronse conta de que non era posible producir una vacúa universal contra o virus que produce a gripe, este campo comezou a desenvolverse e pode considerarse de recente creación.

En palabras do investigador español Rafael Blasco: "a investigación sobre calquera virus está morta no momento en que se desenvolve a vacina paira tratar a enfermidade que provoca". O Sr. Blasco é o especialista máis importante do Estado na introdución de virus como o Poxvirus que crea as vexigas. O virus de Navarra é o primeiro ser que os seres humanos habemos feito desaparecer intencionadamente do planeta, polo que Blasco di que non hai demasiada responsabilidade sobre a entrada dos seus familiares que se consideran pouco importantes.

O erro desta formulación púxose de manifesto nos últimos tempos, sen saber como deter as pragas de gripe e SIDA. Hoxe en día non é posible predicir o tipo de virus que provocará a seguinte epidemia. Paira superar esta incapacidade, sería un paso importante desenvolver una terapia universal que servise paira tratar calquera infección vírica. Paira iso tamén é necesario investigar en profundidade os procesos de entrada de virus. O virus da gripe, por exemplo, é especialista en trufar coa nosa protección inmunitaria. Paira poder neutralizar tamén os virus e outros axentes estraños, as defensas do corpo humano deben coñecer e diferenciar previamente a estes axentes estraños. Isto conséguese na actualidade mediante vacinas. As vacinas pon de manifesto a identidade dos axentes estraños ás defensas do corpo, de maneira que se consegue que as células que van producir anticorpos que se deben unir a estes axentes estean listas antes de que se produza a infección.

No caso da gripe, con todo, as cousas non son tan fáciles. As vacinas antigripais teñen que ser modificadas anualmente, xa que cada escoria do virus da gripe presenta antígenos diferentes (é dicir, diferentes grupos de moléculas víricas que poden identificar os anticorpos). É máis, parece que o propio virus vai cambiar nas seguintes xeracións sabendo que pon de manifesto intencionadamente estas moléculas. Desta forma podemos producir anticorpos fronte ao virus con facilidade, pero só o propio virus coñecerá esas moléculas "maliciosamente expostas".

Noutras palabras, a protección que ofrecen as vacinas obtidas mediante o uso de virus antigos ou dunha escoria determinada non ten valor fronte a novos virus ou outras escorias. E por suposto, a natureza ou "identidade" do virus pódese cambiar case anualmente. doutra banda, é evidente que os virus non fan nada propio. Debido á súa elevada taxa de replicación, os procesos selectivos adoitan incidir con gran intensidade nos virus e a súa evolución adoita ser escrava. Neste proceso evolutivo os tipos de virus favorecidos son os máis variables, xa que estes adoitan ter una maior facilidade paira superar os sistemas inmunitarios.

Así as cousas, os investigadores do Centro Mundial de Gripe, situado cada ano en Atlanta, tratan de pescudar con entusiasmo a identidade do responsable da próxima epidemia de gripe. Dous ou tres meses antes da chegada do inverno, o virus debe ser identificado, purificado e preparado en grandes cantidades. Pola contra, una parte importante da poboación formada por anciáns, enfermos crónicos e outros inmunodeprimidos estaría en perigo (indirectamente, a gripe provoca máis mortes anuais que a SIDA). No caso da gripe, a importancia de atopar una alternativa terapéutica diferente á vacina é evidente.

Pero o exemplo máis coñecido da falta de éxito das vacinas é a vacina contra o axente vírico da SIDA, que hoxe goza de fama desgraciada. Este virus, denominado VIH (Virus da Inmunodeficiencia Humana), é un virus de tipo retrovirus que no seu ciclo de vida dá un longo espazo integrado nas células dos hóspedes. Por tanto, tras entrar no hóspede, a información xenética do virus pode ocultarse entre a información xenética da célula e manterse en estado latente durante varios anos (estímase que esta situación pode durar varios anos).

A principal defensa contra este tipo de virus é a detección e destrución de células infectadas, é dicir, o proceso denominado inmunidade celular. En moitas ocasións, as células invadidas presentan na súa pel fragmentos de axente estraño que, por dicilo dalgunha maneira, indican o seu estado. Nestes casos, as células especializadas con función de lavado detectan estes símbolos "" e destrúen as células infectadas. As células limpadoras son células T citotóxicas. En situacións infecciosas estas células necesitan doutras células intermediarias que permitan o crecemento dos mesmos.

Estas células, que cumpren a función de intermediarios especializados, son linfocitos cedente, máis concretamente linfocitos tipo T4. Ademais, estes linfocitos son imprescindibles paira coordinar outros homicidios inmunitarios. Desgraciadamente, os linfocitos T4 son presas favoritas do virus do VIH e este sistema defensivo non perfecto en si mesmo pode converterse en máis defectuoso si a infección polo VIH provoca a desaparición dos linfocitos T4 que actúan como intermediarios. Así, ao chegar ao colapso do sistema prodúcese una inmunodeficiencia que fai que o organismo quede desprotexido ante calquera infección e poida chegar á morte.

Este tipo de infección dificulta o desenvolvemento da vacina. Por unha banda, a vacina sería una cura pouco eficaz paira as persoas infectadas, xa que os anticorpos só poderán detectar virus ensamblados externos ao traballo celular (é dicir, con cuberta), xa que o virus VIH en latencia é indetectable paira nosas defensas. Doutra banda, as vacinas máis efectivas até o momento foron as preparadas con virus máis débiles, é dicir, vacinas que poden causar infeccións a pequena escala. Obviamente, a unha persoa sa non se lle pode administrar este tipo de vacina de VIH, xa que o risco de infección irreversible e mortal é excesivo.

Paira superar esta barreira, actualmente estanse estudando vacúas sintéticas e recombinantes. Aínda que ambos os modelos de vacinas están en fase de ensaio, paira ser eficaces no futuro deberán superar un gran obstáculo: do mesmo xeito que no caso da gripe, as características inmunogénicas máis destacadas do VIH son á vez as máis cambiantes, das que parecen mostrar intencionadamente o propio virus. Se puidésemos diferenciar as partes inmunogénicas inalterables, teriamos máis posibilidades de preparar una vacúa eficaz. Paira iso e como veremos máis adiante, é necesario investigar en profundidade a bioloxía do virus. Mentres tanto e nun futuro próximo, a vacina contra o VIH parece un soño. Así o confirmaron os expertos que se achegaron ao Congreso Mundial de SIDA que se celebrou en Osaka a principios de agosto de 1994.

O problema das pandemias de gripe e sida lévanos a investigar a bioloxía dos virus que provocan estas enfermidades. Ambos son virus con cuberta, é dicir, rodeados dunha membrana lipídica como as membranas celulares (Figura 1). De feito, os viriones rouban a membrana da célula que eles naceron. Con todo, as membranas dos virus non conteñen as mesmas proteínas que a membrana celular, senón as glicoproteínas víricas especiais chamadas proteínas espiñentas. Nestas proteínas específicas podería estar o pescozo da loita contra os virus como a gripe e o VIH.

En palabras de judith White, o maior especialista do mundo na introdución do virus da gripe: "As proteínas de espiñas son máquinas esenciais paira a entrada, xa que estas proteínas polivalentes son as que enganan ao sistema inmunitario, coñecen ao receptor celular que limita o tropismo celular (que tipo de célula vaise a invadir) e son superiores paira desempeñar as funcións de fusionar a membrana celular e vírica". Como se verá máis adiante, estas proteínas son esenciais neste proceso, xa que o bloqueo de calquera destas funcións podería pór en perigo a capacidade de penetración celular dos viriones.

Tentar frear a entrada pode ser un bo método na loita contra a infección vírica. Paira iso necesitamos un bo coñecemento da función e estrutura das proteínas espiñentas. Una vez coñecidas as partes funcionais destas proteínas e aclarados os factores necesarios paira a súa inclusión no hóspede, podemos empezar a deseñar vías que permitan a interrupción da entrada. As proteínas espiñentas da cuberta do VIH e os virus da gripe son paradigmáticas neste sentido. A súa estrutura e funcións son as máis investigadas (Figuras 3-5).

Estas proteínas de membrana teñen una estrutura oligómica, é dicir, están formadas por diferentes módulos. A proteína espiña do virus da gripe, a hemaglutinina, é heterotrimero, é dicir, está construída con tres monómeros formados por dous subunidades diferentes, HA1 e HA2. A subunidad da capela é ha1 e a subunidad con péptido de fusión é ha2. Esta última é a que ao activarse co pH ácido do endosoma, fai aparecer o péptido de fusión e intégrase na membrana da célula de destino.

A proteína de espino do VIH é tetrámero, é dicir, está formada por catro monómeros chamados gp120/41. Neste virus, a activación da subunidad con péptido de fusión (chamado gp/41) é totalmente diferente ao virus da gripe. Para que se produza a activación hai que liberar esta subunidad da subunidad denominada gp120 que se atopa no chapeu, seguindo un mecanismo que até o ano pasado non estaba do todo claro, sóltase o Gp41 en dous pasos. Na primeira coñécese e intégrase o receptor CD4 do linfocito gp120. O coñecemento do CD4 é imprescindible paira iniciar o proceso de fusión entre membranas, pero non activa a subunidad fusogénica. Os lkerlaris comprobaron que GlBa non infecta células de ratas cun receptor CD4 similar ao humano xerado por unha enxeñaría xenética, a pesar de que estas células mutantes demostraron a súa capacidade de adhesión ao virus equivalente ao linfocito T4.

É dicir, aínda que este receptor CD4 de células ratas mutantes funcionaba como no ser humano (era capaz de unirse ao virus), a súa adhesión ao receptor non era suficiente paira canalizar a fusión. Por tanto, ademais do receptor CD4, outro factor misterioso debía influír nas membranas dos linfocitos T4 humanos para que estas células fosen sensibles ao VIH. Por iso, postulouse que o VIH debía ter un segundo receptor específico. No outono de 1993, o equipo de Ara Hovanessia do Instituto Pasteur descubriu que identificara a este destinatario.

Antigamente coñecíase que os anticorpos monofuncionales creados contra o lugar antigénico V3 (Figura 3) na superficie do Gp120 podían deter a infección. O posible éxito das vacinas sintéticas baseadas no GP120 que actualmente se está tratando dependería da protección que poderían ofrecer anticorpos capaces de coñecer este lugar. Neste lugar hai una secuencia permanente de aminoácidos, é dicir, una secuencia de aminoácidos que non cambia de xeración en xeración. Por que ese lugar é especial? Esta secuencia permanente é a secuencia "consensus". As proteasas son encimas que dividen as proteínas. Con todo, as encimas non cortan por todas as partes a cadea proteica, senón polos lugares onde hai determinadas secuencias de aminoácidos. Estas secuencias denomínanse consensus.

Cada tipo de proteasa só coñece una secuencia de "consensus". A secuencia en V3 só pode coñecer unhas proteasas especiais do ser humano e una delas é a molécula receptora denominada CD26 que se atopa na superficie do linfocito T4. O equipo do Instituto Pasteur demostrou que paira entrar no hostal, o VIH necesita a actividade proteásica do CD26. Na súa falta non hai infección. É máis, os anticorpos monofuncionales fabricados contra o CD26 (que só se poden fusionar co CD26) eran capaces de evitar a entrada do VIH en calquera tipo de célula. Ademais, se as células que normalmente non conteñen CD4 nin CD26 provocan a produción destas moléculas, os científicos deste grupo reivindicaron que calquera tipo de célula era sensible á infección por VIH.

Ese sería, por tanto, o factor misterioso que mencionamos. Segundo este achado, no segundo paso do mecanismo de activación do GP41 que se propón na actualidade, o CD26 cortaría a cadea proteica no lugar V3 do GP120 que estaba unido a CD4. O corte suporía un cambio no conformado de GP120, o que suporía una diminución da afinidade con GP41. A perda de afinidade provocaría a liberación do gp41 ao redor da membrana da célula de destino. Desta forma asegúrase a correcta inserción do péptido de fusión.

O esquema xeral da entrada segue sen completarse. Aínda que sabemos que a unión ao receptor e a introdución de péptidos de fusión son pasos necesarios, aínda non sabemos como se realiza a fusión entre o virus e as membranas da célula de destino. Con todo, os datos experimentais que temos neste momento indícannos que o mecanismo inespecífico (Figura 6) sería o seguinte: una vez inseridos os péptidos de fusión, o virus da espiña que produciu a fusión forma unha canle que pode comunicar a célula (este paso pode dicir que ten una gran base experimental) e posteriormente, grazas a un mecanismo aínda non claro, o canlón sofre un colapso e, por último, a membrana do virus e o lipídico. Una vez aberto o poro, a cápsida do virus pode chegar ao citomopiámara da célula.

Aínda non sabemos en que medida serannos útiles estes procesos xerais paira inhibir a entrada de virus, pero podemos ir traballando en posibles vías paira levar a cabo esta hipotética inhibición. Así mesmo, a medida que se vaian aclarando os detalles dos mecanismos básicos do proceso, a posibilidade de atopar solucións será cada vez maior. De feito, tentar inhibir o proceso de entrada descrito non é una simple ocorrencia, senón una realidade que xa se está pondo en práctica na actualidade. Co obxectivo de frear a infección do VIH, xa se están utilizando as fraccións solubles do receptor CD4 como base dunha terapia.

Os investigadores creen que os viriones uniranse a estas fraccións e se inactivarán. Como xa se mencionou anteriormente, varias vacinas sintéticas baseadas no GP120 tentan esperar que os anticorpos contra os lugares inmunológicos de leste péptido sexan capaces de frear a infección do VIH. Os estudos "in vitro" demostraron que os péptidos de fusión obtidos mediante síntese química poden evitar a entrada do VIH. Non se sabe aínda cal pode ser a causa desta inhibición, pero é posible que estes péptidos libres provoquen distorsiones na estrutura das canles construídas polas proteínas espiñentas. Nos experimentos realizados "in vitro observouse que varios péptidos sintéticos con secuencias de operación de varias secuencias de V3 son capaces de inhibir a entrada de péptidos sintéticos.

Coa axuda da leituga, estes péptidos poden ser capaces de frear o proceso de recollida do CD26. Co obxectivo de tratar infeccións gripais, están a deseñarse fármacos capaces de inhibir a liberación de péptido de fusión de hemaglutina. Estes fármacos uniríanse á subunidad HA2, preto da zona de localización do péptido, e como un tapón, dificultarían o movemento do péptido de fusión. Existen axentes capaces de evitar a formación de poros lipídicos que poden ser utilizados paira dificultar a fusión das membranas do virus e da célula.

A investigación sobre a entrada do virus acaba de comezar. Pódese pensar que nun ensaio científico continuo van aparecer moitos puntos de inflexión. No momento en que a natureza nos autorice, chega a hora de deseñar una terapia antiviral que se poida utilizar nas persoas. Esta terapia podería estar baseada na inhibición do proceso de entrada. Ata que chegue ese momento, o que está claro hoxe en día é que no campo da infección vírica, actuar nun só aspecto da investigación como a vacina non vai a posibles puntos de traxedia. Os esforzos por comprender os mecanismos moleculares básicos que interveñen na introdución vírica tamén terán una gran influencia na procura de posibles terapias.

• todo un virus composto por un Ácido Nuclear (ADN e ARN) e una cuberta proteica.
• síntese doutras dúas moléculas utilizando como modelo una molécula de ADN de replicación. Nalgúns casos, facer copias do propio virus.
• xenoma Conxunto de xenes propios dunha especie. A diferenza dos eucaríticos, nos procariotas está organizado nun único cromosoma.
• escorias Conxunto de virus coas mesmas características xenéticas e patógenas.
• sustancia que produce anticorpos tras a súa introdución no Organismo Antígeno.
• sustancia (inmunoglobulina) producida polo organismo tras a introdución do anticorpo, que participa no mecanismo de inmunidade.
• Retrovirus Virus que contén ARN como material xenético, moitos destes tipos de virus provocan cancro e deste tipo é tamén o causante da SIDA.
• inmunidade obtida por inmunidades celulares linfocitas (glóbulos brancos) e macrófagos.
• glicoproteína Na súa composición, a heteroproteína ou proteína complexa que contén, ademais de aminoácidos, una molécula de azucre.
• inmunogénico Responsable inmune.
• endocitad Asimilación de algo extracelular a través do proceso denominado endocitosis por unha célula.
• endosoma Compoñente non diferenciado do núcleo celular.
• molécula orgánica de aminoácidos carboxilo e grupos aminos. Algúns aminoácidos son compoñentes de proteínas.
• péptido de fusión Péptido que pon en marcha o proceso de elaboración dunha membrana de virus e una membrana celular.
• molécula na que se produce a unión dun número limitado de péptidos Aminoácidos.
• monómero Molécula capaz de reaccionar cos seus iguais.
• monoclonal producido a partir do propio clon celular.
• disposición tridimensional doutros átomos ou radicais unidos a un átomo de conformado.