EL LARGO CAMINO DE WUHAN A LOS PULMONES… Y MÁS ALLÁ

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POR DR. MIGUEL J. BELTRÁN-GARCÍA, Profesor-investigador de la UAG

e ING. YUR Y. CHÁVEZ CASTRILLÓN, egresada de Ingeniería en Biotecnología de la UAG

Estimados amigos:

En las últimas semanas se ha publicado una gran cantidad de “historias” sobre el coronavirus en las redes sociales. En esos intercambios de “información formal” se discuten desde teorías conspirativas sobre un virus creado por la biotecnología, hasta que Nostradamus predijo la pandemia en 1515. Algunos videos virales explican que “respirar el aire caliente de una secadora de cabello” y “vapear” aceite de orégano y otras especias de la cocina de mamá son efectivos para tratar la enfermedad. Aunque siempre les he dado vuelta a los temas de “virus”, esta desinformación me hizo acercarme a la literatura científica de frontera y encendió mi interés por hacer comunicación científica en los medios de la UAG, contando historias para hacer accesible la ciencia a la comunidad.

En los veinte años transcurridos desde que comenzó el siglo XXI, los humanos hemos enfrentado infecciones respiratorias causadas por coronavirus y virus de influenza, siempre con la amenaza potencial de convertirse en pandemias. Los virus mencionados causaron el síndrome respiratorio agudo severo o SARS-CoV de Guandong, China, en 2002, la influenza porcina A (AH1N1) emergida en México en 2009 y el síndrome respiratorio de Medio Oriente (MERS-CoV) en Arabia Saudita en 2012. Desde diciembre de 2019 estamos atentos y a la vez escépticos ante la vorágine de información sobre la propagación de un nuevo tipo de coronavirus que causa SARS y aparentemente salió de un mercado de mariscos en Wuhan, China. El comité taxonómico de los virus lo llamó SARS-CoV-2 o nuevo coronavirus 2019 (2019-nCoV), y a la enfermedad COVID-19.

Hasta el momento, el nuevo coronavirus se considera menos mortal que el SARS-CoV de 2002 (10% de mortalidad) y el MERS de 2012 (35%). A la fecha, el SARS-CoV-2 tiene menos de 3% de mortalidad; sin embargo, comparado con los virus de 2002 y 2013, el 2019-nCoV tiene una mayor velocidad de transmisión entre humanos (en tres meses se extendió a 120 países); varios estudios mostraron que la infectividad se debe a una recombinación genética en la estructura de la proteína S (S de spike o “espícula”) presente en la superficie del virus (Figura 1) y que sirve como punto de adhesión a las células humanas.

En los últimos cinco meses han aparecido diez diferentes subtipos del virus en las regiones hacia donde se diseminó desde Wuhan. Desde febrero circula un subtipo (A2a) que apareció en Europa y migró rápidamente a la costa este de los Estados Unidos, y desde mediados de marzo es la cepa dominante en todo el mundo. Como población desconocemos muchas cosas del virus y la enfermedad; por ejemplo, no sabemos qué vínculo existe entre los animales portadores del virus y el humano, y esto es indispensable para despejar cualquier duda sobre el origen del virus. Ignoramos cuánto dura la inmunidad después de la infección, pero hay casos de reinfecciones; tampoco sabemos si el desarrollo de una vacuna, anticuerpo monoclonal o fármaco va a detener efectivamente la pandemia. Se ha sugerido que el escenario más probable para los próximos meses es que el virus continúe esparciéndose e infectando a toda la población, y no se controle hasta que todos seamos inmunes.

EL VIRUS DE LA CORONA

Se le llama coronavirus (CoV) por las espículas presentes en la superficie, que semejan una corona. El virus mide 125 nanómetros (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro) de diámetro, por lo que es unas 10 veces más pequeño que una célula de bacteria típica, y su genoma se almacena como ARN (es un ARN-virus). Los coronavirus tienen el genoma más extenso entre todos los ARN-virus (30,000 bases). El virus tiene mecanismos de corrección de su ARN, impidiendo mutaciones que lo debiliten. La mayoría de los fármacos contra ARN-virus funcionan creando mutaciones, pero el coronavirus puede corregirlas. Las mutaciones pueden dar ventajas a los virus; por ejemplo, les permiten eludir al sistema inmune y las vacunas. Sin embargo, el principal mecanismo de evolución en los coronavirus es la recombinación, intercambiando fragmentos de su ARN con otros coronavirus que se encuentran en la misma célula. De esta forma surgen versiones mejoradas, que infectan nuevas células y brincan a otras especies.

En 1960 se aisló un tipo de virus hasta entonces desconocido que causaba resfriados en los humanos. Al microscopio electrónico, el virus semejaba una corona solar, de ahí el término coronavirus. El virus puede transmitirse entre los animales, y con frecuencia la gravedad y la mortalidad de la infección aumentan al pasar de una especie a otra. Los síntomas en humanos de la infección por coronavirus eran similares a los del resfriado común, pero en 2002 se observó que esos virus podían matar personas. El genoma del SARS-CoV-2 codifica cuatro proteínas estructurales, entre ellas la glicoproteína spike (S), la glicoproteína de la envoltura pequeña (E), la glicoproteína de la membrana (M) y la proteína de la nucleocápside, además de diversas proteínas accesorias (Figura 1). Entre todas, la proteína S tiene el papel más importante: la adhesión, fusión y entrada del virus a las células humanas. Por su relevancia en la infección, la proteína S se ha convertido en el blanco principal para el desarrollo de anticuerpos, inhibidores y vacunas.

CON EL PODER DE LA “S”

La región en el genoma del virus que codifica la proteína spike es la más importante para entender la infección y el origen del nuevo coronavirus. La proteína consta de dos porciones, llamadas subunidades S1 y S2, y se encarga del reconocimiento y el contacto de la envoltura viral con la célula humana por atracción de la proteína ACE2 (angiotensin converting enzyme 2) usando la región denominada RBD (receptor-binding domain) en la S1. La S2 se ancla en la membrana de la célula que va a ser infectada.

De los CoV previos, solo el SARS-CoV de 2002 reconoce la ACE2. La región RBD tiene seis aminoácidos esenciales para la unión; si comparamos al coronavirus de 2002 con el de 2019, solo la tirosina (Y) se mantiene. Se determinó que la proteína spike tiene dos cambios de interés particular: la mutación D614G y la S943P (en lenguaje bioquímico, esto significa que en la estructura de la proteína el aminoácido aspartato en la posición 614 ha cambiado por una glicina, y que el aminoácido serina en 943 cambió por una fenilalanina). La mutación D614G se ha encontrado siete veces en 183 secuencias de virus analizadas, y cuatro de ellas se aislaron en Europa, una en México, otra en Brasil y una más en Wuhan. Esta mutación está acompañada por otros dos cambios en el genoma viral. La combinación de esas tres mutaciones forma una nueva agrupación o clado G, que emergió en Europa y se asocia con el incremento en la transmisión del virus, porque hace que la proteína S se una más fácilmente a las células humanas e interrumpa las funciones de los anticuerpos que tratan de neutralizarlo. Además, la mutación D614G confiere resistencia a los anticuerpos creados, haciendo al huésped más suscepti-ble a una reinfección.

El mecanismo de infección depende de unas enzimas llamadas “proteasas” (que digieren o cortan proteínas), entre ellas las proteínas HAT, catepsinas, furina y la proteína transmembranal TMPRSS2. La furina y TMPRSS2 cortan la proteína S, activando la invasión. Lo interesante de estas proteasas es que se encuentran en la superficie de las células animales y no en el virus, por lo que el virus usa estas proteínas de las células humanas para poder infectarlas. En el proceso de infección, las subunidades S1-S2 son cortadas por la furina; así, S1 se une al receptor ACE2 y TMPPRSS2 corta a S2, que entonces se une a la membrana. ¿Recuerdan la mutación D614G, la del subtipo predominante y altamente infeccioso? Bien, esa mutación introduce en la proteína S un nuevo sitio específico de corte para otra proteasa, conocida como elastasa, que generalmente producen los neutrófilos de defensa circulantes en la sangre. Estos cortes múltiples en S reducen la respuesta inmune e inactivan los anticuerpos antivirales por los fragmentos “señuelos” de S.

CON ACE-2 EL VIRUS SÍ LA HACE-2

ACE2, la enzima convertidora de angiotensina 2, es una proteína animal indispensable para que el virus invada la célula. Funciona como receptor en la superficie celular que el virus reconoce. Bioquímicamente, la interacción entre S y ACE2 es muy fuerte gracias a un puente salino entre una arginina de RBD y el ácido glutámico de hACE2 (h de humano). Por lo tanto, la proteína S es la llave, y ACE2 es la cerradura. hACE2 está distribuida en muchas de las células de nuestros órganos. La angiotensina es una hormona que controla la vasoconstricción y la presión arterial, y se expresa extensamente en las membranas de células de los pulmones, el corazón, el cerebro, el hígado, los riñones, el intestino y la vejiga, lo que también explica el movimiento del virus desde la zona cero (los pulmones) hacia otros órganos y el desorden sistémico que causa la COVID-19.

Otros datos bioquímicos indican que la secuencia RBD de la proteína S del nuevo coronavirus que se une óptimamente a hACE2 surgió durante varios pa-ses del virus entre personas o animales.

MURCIÉLAGOS, PANGOLINES Y HUMANOS… ¿ALGUIEN MÁS?

En el colectivo social, el origen del virus es el punto más controvertido del SARS-CoV-2, y el mundo entero demanda saberlo. La mayor parte de los científicos son escépticos sobre la teoría del escape del virus de un laboratorio, y los virólogos chinos del Instituto de Virología de Wuhan rechazan la idea (Science, 8 de mayo). El líder del grupo en Wuhan, el virólogo Shi Zengli, ha estudiado cerca de 15 mil muestras de murciélagos para identificar especies de coronavirus que puedan infectar humanos. Su equipo de investigación publicó la secuencia genética del coronavirus aislado de un murciélago del género Rhinolophus, y esta fue similar en 96.2% con el genoma del SARS-CoV-2. Esta publicación alimentó las especulaciones de que el virus es creado o producto de un accidente del laboratorio de Wuhan. Muchos investigadores piensan que el virus brincó entre otros mamíferos antes de infectar al hombre, y al menos transcurrieron veinte años para convertirse en el virus pandémico que conocemos. Mientras tanto, la ciencia china está obligada a esclarecer el origen.

¿QUÉ SABEMOS SOBRE EL ORIGEN DEL NUEVO COV? 

Un repaso de la cada vez más extensa literatura científica publicada en los últimos meses muestra dos posibles escenarios. En el primero, es resultado de la selección natural sobre el virus en un animal que después se transmitió al hombre, y en el segundo la selección natural ocurrió entre humanos después de adquirir el virus de los animales. Los primeros casos de COVID-19 están ligados con el mercado de Huanan en Wuhan, y es posible que un animal expuesto para su venta fuera la fuente. La similitud existente entre los coronavirus de 2002 y 2019 indica que es probable que un murciélago sirviera de reservorio. Como mencionamos, el genoma del virus RaTG13 del murciélago Rhinolophus affinis es 96% idéntico al SARS-CoV-2, pero la región RBD es diferente, lo que indica que el virus del murciélago no se une eficientemente con hACE2 y esto limita su infectividad en humanos.

La revista Nature publicó el pasado 4 de mayo el hallazgo de seis secuencias de ARN de coronavirus cercanas al SARS-CoV-2 que infectan a los pangolines (Manis javanica), un oso hormiguero escamoso, la especie animal más traficada en Asia. La similitud en una de las secuencias fue de 75%, pero llamó la atención que la región RBD del virus del pangolín incluye cinco de los seis aminoácidos clave, mientras que la región del murciélago solo contenía uno. Se observan señales de recombinación adquirida entre los Cov de los pangolines, los del murciélago y el 2019-nCoV humano. Sin embargo, ninguno de los dos coronavirus de los animales tiene los sitios de corte de la furina en la proteína S, por lo que se piensa que el sitio de corte fue el que se seleccionó durante la transmisión entre los humanos, surgiendo la hipótesis de que el virus se transmitía entre humanos de forma indetectable hace algún tiempo (figura 2). Como nota adicional, las mutaciones, inserciones y pérdidas que experimentan los coronavirus en su secuencia ocurren cerca de S1-S2, el cual es un sitio donde hay muchos cortes por enzimas proteasas. Por lo tanto, aunque no se ha descifrado totalmente el origen del virus, la información hasta ahora publicada debería poner en alerta a la humanidad sobre su acercamiento imprudente a los animales silvestres.

EL LARGO CAMINO HASTA MÉXICO

El virus tiene en su genoma secuencias de origen animal. Pero la diferencia existente en la región de unión a la proteína ACE2 hizo al virus aún más infectivo que sus predecesores. Salvo error de apreciación, pienso en varios escenarios sobre el origen: uno, donde el virus persiste en la comunidad china/mundial desde el primer SARS y que mutó o se recombinó entre humanos y fue diseminado (los tres coronavirus que han causado infecciones desde 2002 tienen como origen un virus en el murciélago). Dos, que el humano entró en contacto con el pangolín y se creó parte de la versión que conocemos. Y tres, que nos falta conocer al otro “actor”, sea quien sea, en el desarrollo del 2019-nCoV que soporta al primero o al segundo escenario.

Muchos nos hemos preguntado cómo llegó el virus a México. Hoy, la movilidad aérea de los humanos es alta, y en pocas horas se puede estar en varios países en un mismo día. Sin embargo, creo que la pregunta más importante debe ser: ¿con cuál de los virus está emparentado el virus mexicano? La respuesta la tenemos desde el pasado 28 de abril. El análisis del genoma de 160 SARs-CoV-2 aislado de humanos en el mundo con COVID-19 muestra que al recorrer diferentes países el virus ha mutado cientos de veces, y las variantes conocidas han podido organizarse en tres grupos. El grupo A es el ancestro, el más cercano al coronavirus del murciélago secuenciado en 2013; sin embargo, éste es muy distante del genoma viral del enfermo de Wuhan muestreado el 24 de diciembre. Los genomas de los virus de los grupos A y C se ubican fuera del este de Asia, en Europa y Estados Unidos. Por otra parte, se estima que el grupo B es el más común en Asia. El grupo C, el que más mutaciones ha tenido, fue encontrado en Estados Unidos y Australia. En referencia particular al grupo B, este se deriva del A por dos mutaciones y se halló en los genomas virales de pacientes de Estados Unidos, Canadá, México, Francia, Alemania, Italia y Australia. El grupo C difiere del B por una mutación y es la familia de virus distribuido en los países europeos, pero también se ha hallado en Brasil y California. En cuanto al origen del virus mexicano, que está incluido en el grupo B, el análisis molecular indica que su origen es Europa, específicamente Italia. El enfermo diagnosticado el 28 de febrero es un mexicano que había viajado a Italia, lo que confirma no solo que el virus italiano es el origen del mexicano, sino que el virus italiano viene de un paciente alemán que se infectó en Shanghái de una persona china que había recibido la visita de sus padres de Wuhan (figura 2). Este viaje del virus de Wuhan a México tomó un mes, y en ese periodo ocurrieron diez mutaciones.

UN MOTÍN EN EL CUERPO

El nuevo coronavirus 2019 ataca violentamente las células humanas en puntos múltiples, y en el proceso infeccioso los pulmones se consideran la “zona cero”. El virus alcanza otros órganos, incluyendo el corazón, los vasos sanguíneos, los riñones, los intestinos y el cerebro. Se destaca que la formación de coágulos sanguíneos pequeños se está convirtiendo en una complicación frecuente (20-30%) de los enfermos graves hospitalizados por COVID-19. La formación de los microcoágulos explica por qué las personas con la infección tienen lecturas críticamente bajas de oxígeno. Para algunos investigadores esto es un “doble golpe” al estado de salud del infectado: la neumonía obstruye los sacos alveolares en los pulmones con líquido o pus, y los microcoágulos restringen el paso de sangre oxigenada a través de ellos (Nature Briefing Newsletter, 11 de mayo). Una explicación para la formación de microcoágulos es que las células del endotelio que recubren los vasos sanguíneos expresan la proteína ACE2.

En retrospectiva al proceso infectivo, las gotas de saliva secretadas e impulsadas por un estornudo contienen al virus, y cuando este es inhalado por otra persona, entra a la nariz y la garganta. Las células de la nariz le dan la bienvenida, porque esas células tienen en su superficie ACE2. Los invito a leer un análisis del camino del virus en el cuerpo desde la zona cero a todos los tejidos, publicado el 24 de abril pasado en el volumen 368 (número 6,489) de la revista Science.

La investigación científica ha logrado en pocos meses conocimiento que hace dos décadas habría tomado varios años. Esta pandemia nos recuerda que los fondos para investigación científica no solo son necesarios, son imprescindibles.