Cómo se vuelven patógenos los virus
Durante la maduración, la envoltura proteica de los virus sufre un gran cambio conformacional, pasando de una estructura de procápside (o procabeza) a una estructura de cápside (o cabeza), y el genoma se empaqueta dentro de esta nueva estructura conformacional. El bacteriófago HK97 de la familia Shipoviridae es un sistema modelo del que se pueden aislar intermediarios de replicación para estudiar las transiciones estructurales subyacentes. Los investigadores del proyecto financiado por la Unión Europea «Structural studies of HK97 bacteriophage assembly and maturation» (HK97 MATURATION) se propusieron determinar tanto la reorganización mecano-química y los mecanismos asociados a este fenómeno como los procesos termodinámicos y energéticos que tienen lugar durante la maduración del bacteriófago HK97. Los resultados podrían conducir al desarrollo de terapias dirigidas empleando el HK97 como sistema de administración para aplicaciones médicas basadas en la nanotecnología. El ensamblaje del HK97 implica una serie de pasos incluyendo el autoensamblaje de la procápside, la proteólisis enzimática, expansión o replicación (un importante cambio conformacional) y la formación de enlaces covalentes cruzados. Estas dinámicas están relacionadas con cambios en la energía libre disponible. En concreto, esta secuencia de eventos está caracterizada por los procesos irreversibles de la proteólisis y de la formación de enlaces covalentes cruzados, que disminuyen las barreras cinéticas y confieren estabilidad a las nuevas entidades formadas. Los investigadores emplearon un método basado en una mutación en una subunidad proteica del HK97 (libre de proteasa), que previene la formación de enlaces covalentes cruzados o de interacciones parecidas no covalentes, y en un sistema de expresión especializado. Este método permite detener la maduración en el primer intermediario de replicación (Intermediario de Replicación I) antes de la formación de enlaces covalentes cruzados. El equipo comparó estos intermediarios con partículas virales en estadio de ensamblaje Cabeza madura II obtenidas de partículas virales en estadio Procabeza I cargadas con proteasa. Para la caracterización de los intermediarios se empleó una técnica avanzada de microscopía, la microscopía crioelectrónica, incluyendo protocolos de cristalografía de rayos X, microscopía electrónica y tomografía de partícula única. Los experimentos permitieron la identificación del papel mecánico del trinquete browniano en la maduración. La teoría del trinquete browniano describe cómo fluctuaciones aleatorias bajo condiciones especiales pueden inducir fuerza mecánica y movimiento. Esta teoría ha sido ampliamente aplicada a modelos de motores moleculares. Los investigadores determinaron la estructura subnanométrica de la partícula Intermediario de Replicación I libre de enlaces covalentes cruzados. Las conformaciones de la subunidad de la envoltura vírica observadas sugieren que la liberación de tensión estructural suministra energía que ayuda a la formación de enlaces covalentes cruzados y a la maduración de la cápside. Es más, la naturaleza exotérmica de la maduración parece ser el resultado de las interacciones que estabilizan a intermediarios posteriores en el proceso de maduración. Los investigadores del proyecto HK97 MATURATION han logrado determinar con éxito los mecanismos que fomentan la transición desde una partícula vírica inicial ensamblada, frágil y no infecciosa a un virón estable e infeccioso. El trabajo supone una importante contribución al futuro desarrollo de terapias antivirales para una gran variedad de enfermedades infecciosas.
Palabras clave
Cápside, virus, HK97, bacteriófago, intermediario de replicación, formación de enlaces cruzados
