por C. Menor-Salván

En los medios y redes sociales ha causado una gran alarma la aparición, reportada en diciembre de 2020 en Gran Bretaña, de una nueva variante del virus SARS-CoV-2. Esta variante, denominada B.1.1.7, contiene varias mutaciones puntuales respecto de la variante original que se extendió en febrero-marzo de 2020. Según los datos clínicos disponibles, la variante B.1.1.7 tiene mayor infectividad y velocidades de transmisión. Desde diciembre, según el COVID-19 UK Genomics Consortium, más del 50% de los nuevos contagios son de ésta variante, que presenta una transmisibilidad incrementada entre un 50 y un 70% respecto de la variante original que llamaremos WT (por ‘wild type’). Como es lógico, la aparición de variantes con mayor transmisibilidad crean alarma, pero son perfectamente esperables, dado que estamos forzando el proceso de evolución viral: mediante confinamientos y medidas anticontagio, creamos una selección artificial de las variantes más infectivas, que prevalecen sobre las variantes originales.

La infectividad viral es una consecuencia de varios aspectos moleculares del virus; uno de ellos es la afinidad por el receptor celular, que una proteína del virus reconoce, y al que se une, iniciando el proceso de infección. La proteína viral que reconoce el receptor en la célula que va a infectar es la proteína de la espícula. Como si de un puzzle molecular se tratara, la espícula viral ‘encaja’ en el receptor. Os remito a la Noticia Nº 59 para una introducción general al SARS-CoV-2

Como es lógico, si modificamos la proteína de la espícula de modo que mejore la estabilidad de su interacción con el receptor, aumentará la infectividad. ¿como?. Para entenderlo, hay que tener en cuenta que un virus es un agregado supramolecular. Digamos que es una gran molécula heterogénea. No es un ser vivo. Si el virus tiene mayor afinidad por su receptor, quiere decir que la infección se producirá a una concentración menor. Dicho de otra manera, si aumentamos la afinidad del virus modificado por el receptor, se producirá una infección con una cantidad de virus menor que los necesarios con el virus sin modificar. Y, posiblemente, este proceso está detras del efecto de la variante UK B.1.1.7: una de sus mutaciones se encuentra precisamente en la región de la espícula que interacciona con el receptor de la célula a infectar.

En ésta entrada voy a mostraros como nosotros mismos podemos ver éste efecto: voy a tomar los datos de la estructura PDB 60MJ y, a partir de ellos, voy a:

• Calcular las interacciones por puentes de hidrógeno entre la espícula y el receptor. Estas interacciones determinan la estabilidad el complejo espícula-receptor, y, como es lógico, cuando más puentes y más fuertes, mayor estabilidad = mayor afinidad =mayor infectividad. También observaremos otras interacciones evidentes, como el stacking pi: un tipo de enlace que se produce entre aminoácidos aromáticos.
• Voy a introducir la mutación N501Y de la ‘variante británica’, que implica el cambio de la asparagina 501 de la espícula por una tirosina, justamente en la región de interacción entre la espícula y el receptor.
• Después, usando el software, el ordenador calculará la estructura más estable resultante de ése cambio y veremos si la mutación introduce la aparición de nuevas interacciones. Si la mutación implica la aparición de nuevos enlaces, esto explica fácilmente el aumento de infectividad de la ‘variante británica’.

Este procedimiento lo voy a llevar a cabo usando los softwares UCSF Chimera, Pymol y Chem3D.

La mutación N501Y de la ‘variante británica’ del SARS-CoV-2 introduce nuevas interacciones y podría aumentar la afinidad por el receptor y la infectividad

Como hemos comentado, la unión entre la espícula viral y el receptor desencadena el proceso infectivo. Esta unión se lleva cabo gracias a que se establecen una serie de interacciones no covalentes entre las dos proteínas: puentes de hidrógeno e interacciones tipo apilamiento entre anillos aromáticos. Cuanto más fuerte sea la unión, mayor estabilidad tendrá el complejo y, por tanto, mayor afinidad tendrá el virus por el receptor. Al aumentar la afinidad, aumenta la infectividad del virus, dado que se requiere una inoculación de menor cantidad de virus para producir una infección efectiva. Si, por ejemplo, el virus WT necesita (número arbitrario) introducir 1000 unidades de virus en el hospedador para producir una infección, al aumentar la afinidad por el receptor ese número se puede reducir a 500-300.

Centrándonos en las estructuras del dominio RBD de la espícula y de la proteína ACE2 (recuadrados en la figura anterior), vamos a ver el resultado que obtenemos usando los datos de la variante original del virus:

Vemos la estructura molecular del dominio RBD, en azul. Este dominio es la parte de la espícula que se une al receptor celular, la proteína ACE2. Las líneas azules representan los puentes de hidrógeno entre aminoácidos. Aquí tienen especial protagonismo el Gln 493 y la lisina 417, que forman puentes con el receptor. La fenilalanina 486 da lugar a un apilamiento pi con una tirosina del receptor. Esta interacción no existía en el SARS de 2003, y es una de las que explica la mayor afinidad (e infectividad) del SARS-CoV-2. En amarillo veis la Asn (asparagina) 501, que ya en su momento se señalaba como un aminoácido potencialmente interesante en la estructura. Vamos a ver qué ocurre cuando introducimos la mutación:

La introducción de la mutación, con la nueva tirosina en la posición 501, tiene consecuencias que son sutiles pero de gran importancia. Primero, aparecen nuevas interacciones entre el nuevo aminoácido y el receptor: nuevos puentes de hidrógeno y un enlace por stacking pi entre la tirosina 501 y una tirosina del receptor. Por otro lado, interacciones que ya existían previamente disminuyen su distancia. Los puentes de hidrógeno entre las lisina 417 y la glutamina 493 se hacen más cortos (y por tanto mas fuertes, ya que es una interacción electrostática). Como resultado la proteína mutante se une con mayor estabilidad al receptor, ya que aumentan el número de puntos de atracción electrostática y disminuye la distancia de las que ya existían. Esto da lugar a una unión más estable, y, por tanto, a un aumento de la afinidad. Esto se traduce en la práctica en un aumento de la infectividad de la variante.

Las representaciones de proteínas son algo abstractas. Para que el lector pueda ver más intuitivamente cómo se produce la unión, vamos a ver las superficies de las moléculas de proteína. Estas interaccionan ‘encajando’ y uniéndose por las interacciones electrostáticas, de modo similar a como si uniéramos unas piezas con imanes.

En cierto modo, el virus y su receptor interaccionan de modo similar a las piezas de un conector magnético, pero con una interacción electrostática en lugar de magnética.

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La fuerza y geometría de las interacciones electrostáticas determina la estabilidad de la unión entre el virus y su receptor, y, por tanto, su afinidad e infectividad. La acción de los anticuerpos se basa en un principio similar. Una pregunta habitual es si ésta nueva variante supondrá una pérdida de eficacia de las vacunas o mejorará la evasión inmune del virus. Todavía queda mucho trabajo para los científicos, pero los primeros datos indican que ésta variante no alterará la eficacia de la vacuna ni la respuesta inmune, al ser mutaciones puntuales que no afectan al reconocimiento de los anticuerpos.

Por otro lado, las modificaciones en el dominio de reconocimiento de receptor en la espícula viral, tampoco implican un aumento de la agresividad del virus, por lo que el aumento de infectividad no va asociado a un aumento de gravedad de las infecciones. Como digo, aún queda mucho que investigar y que aprender y todo puede ir cambiando, pues la pandemia evoluciona más rápido que la capacidad de los científicos para obtener resultados y avances.

Estos sencillos resultados que he mostrado, obtenidos mediante un no menos sencillo análisis computacional de datos de estructuras de proteínas, no son mas que una aproximación muy sencilla. Un estudio mas complejo y riguroso requeriría muchos mas medios y tiempo de los que dispongo, pero espero que sirva para entender la mecánica molecular que hay tras la infección del coronavirus.

Referencias

Kupferschmidt, K. Fast-spreading UK virus variant raises alarms. Science (New York, NY), 371(6524), 9-10.

Lauring, A. S., & Hodcroft, E. B. Genetic Variants of SARS-CoV-2—What Do They Mean?. JAMA.

Rynkiewicz, P., Babbitt, G. A., Cui, F., Hudson, A. O., & Lynch, M. L. A comparative survey of Betacoronavirus binding dynamics relevant to the functional evolution of the highly transmissible SARS-CoV-2 variant N501Y. bioRxiv, 2021: https://doi.org/10.1101/2020.09.11.293258

Tang, J. W., Tambyah, P. A., & Hui, D. S. (2020). Emergence of a new SARS-CoV-2 variant in the UK. Journal of Infection.

UCSF Chimera–a visualization system for exploratory research and analysis. Pettersen EF, Goddard TD, Huang CC, Couch GS, Greenblatt DM, Meng EC, Ferrin TE. J Comput Chem. 2004 Oct;25(13):1605-12

Volz, E., Mishra, S., Chand, M., Barrett, J. C., Johnson, R., Geidelberg, L., … & Ferguson, N. M. (2021). Transmission of SARS-CoV-2 Lineage B. 1.1. 7 in England: Insights from linking epidemiological and genetic data. medRxiv, 2020-12.

Zhou, Q., Yan, R., Zhang, Y., Li, Y., & Xia, L. (2020). Structure of dimeric full-length human ACE2 in complex with B0AT1. BioRxiv: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.02.17.951848v1.abstract

Por Miguel Ángel Lendínez y Celia Izurrategui. Biología Sanitaria. Universidad de Alcalá de Henares

Introducción

Retrovirus. Esa palabra es una de las muchas que se nos vienen a la cabeza a los científicos y a los lectores habituales de ciencia cuando toca hablar del síndrome de inmunodeficiencia humana, abreviado como SIDA. Lo cierto es que mucha gente no sabe qué es lo que desencadena exactamente esta enfermedad, y lo que es más, el desconocimiento general de la población de otros organismos de la misma familia que el VIH los hace realmente peligrosos. El objetivo de nuestra entrada será explicar brevemente qué son y cómo funcionan los retrovirus, pero sobre todo y más importante, qué podemos hacer para frenar el avance de estos asesinos invisibles.

¿Qué es un retrovirus?

Lo primero de todo es conocer a nuestro enemigo. Los organismos normalmente codificamos nuestra información genética mediante el ADN porque es una molécula muy estable. Sin embargo, otros seres como los virus especialmente la codifican en forma de ARN, lo que complica la manera de luchar contra ellos ya que su código genético es mucho más inestable. Los retrovirus (pertenecientes a la familia Retroviridae) son un tipo de virus de ARN muy especiales, ya que necesitan traducir ese ARN a ADN para replicarse dentro de la célula a la que infectan. Esta característica tan especial se debe a una enzima esencial del virus, conocida como retrotranscriptasa o transcriptasa inversa, de la que hablaremos más adelante. También debemos tener en cuenta otra familia de virus (Hepadnavirus) que poseen transcriptasa inversa pero que son virus ADN.[1]

Dentro de los virus, debemos distinguir entre envueltos y no envueltos. Los virus envueltos presentan una capa (la envuelta) que procede de las membranas de las células o de un órganulo llamado aparato de Golgi que se encuentra en el interior de las mismas. Los retrovirus pertenecen al segundo grupo, ya que al momento de salir de la célula infectada se rodea de la membrana de la misma, además de llevarse consigo algunas de las proteínas del Aparato de Golgi. [2]

Diferencias aparte, todos los virus poseen una cápside formada por proteínas que rodea al material genético del virus. Por suerte, en este caso los retrovirus no son una excepción. Aún así, por encima de esta capa los retrovirus poseen una matriz proteica.

Retrovirus principales

Dentro de la familia de los retrovirus encontramos varios géneros que afectan diversas especies, como por ejemplo virus que producen leucemia y tumores mamarios en ratones u otras enfermedades en diferentes aves y mamíferos. Los que afectan al ser humano pertenecen a dos géneros en concreto: Deltaretrovirus y Lentivirus.

Dentro de los Deltalentivirus encontramos HTLV-I y HTLV-II, virus linfotrópicos (con afinidad por linfocitos) de las células T humanas, que son causantes de leucemias de estas células. El HTLV fue el primer retrovirus humano infeccioso y oncogénico descubierto.

El descubrimiento de este virus comenzó en 1978 cuando un paciente de 28 años fue erróneamente diagnosticado con linfoma cutáneo de células T o micosis fungoide. Tras cultivar células T de una biopsia de nódulos linfáticos y ser sometidas a los estudios estándar de la época se descubrió un retrovirus no descrito anteriormente. Se cultivaron los viriones y cuando estaban parcialmente purificados se realizó la caracterización bioquímica y la de la retrotranscriptasa asociada a estos. Tras esta caracterización se realizaron numerosos estudios que ayudaron a demostrar la naturaleza única del HTLV. [3]

En el género Lentivirus encontramos los virus de la inmunodeficiencia humana, VIH-I y VIH-2, conocidos por producir el síndrome de inmunodeficiencia adquirida o SIDA.

Los primeros casos del SIDA fueron detectados en Nueva York y Los Angeles en 1981. Se observó en pacientes jóvenes, sobre todo homosexuales, previamente sanos el desarrollo de infecciones oportunistas como neumonía, infecciones de mucosas por Candida albicans y la aparición de sarcoma de Kaposi. Algunos pacientes presentaban linfadenopatía generalizada precediendo el desarrollo de estas manifestaciones infecciosas. Se asociaron estas manifestaciones con una inmunodeficiencia celular adquirida no descrita hasta ese momento. Estamos hablando del inicio de la epidemia. Poco tiempo después se describieron otros grupos de riesgo que incluían pacientes con hemofilia, usuarios de drogas intravenosas, haitianos y receptores de hemoderivados. La evidencia epidemiológica apuntaba hacia un agente infeccioso transmisible por vía sexual o sanguínea.

A pesar de estos importantes antecedentes y de que Gallo sospechaba desde un inicio que el agente causal de esta nueva enfermedad era un retrovirus, tuvo dificultades para aislar, en un principio, el virus causante del SIDA y otro grupo de investigadores se adelantaría. En 1985 se llevó a cabo la clonación y secuenciación del genoma del virus, y una caracterización precisa de las proteínas de su envoltura.[4]

Enfermedades que provocan y sintomatología

Vamos a comenzar con el VIH. Dentro de los primeros días de la adquisición del VIH ocurre una enfermedad transitoria, en ocasiones sintomática asociada a altos niveles de replicación del VIH y a una rápida caída de los linfocitos T CD4 (también llamados linfocitos T helpers, que se encargan de ayudar en la respuesta inmune). Inmediatamente después de la exposición y transmisión, el virus se replica en la mucosa y en la submucosa, que son la parte más externa del tejido infectado (ya sea el tejido vaginal, rectal, uretral… etc) y drena hacia el tejido linforeticular, donde se encuentran muchos linfocitos, y ya no puede ser detectado en sangre. Esta fase es denominada “fase de eclipse” y dura entre 7 a 21 días. Se comienza a considerar infección aguda cuando encontramos una gran cantidad del RNA del virus en el plasma sanguíneo.

La respuesta inicial es inespecífica, y llevada a cabo por anticuerpos no neutralizantes y no selectivos. Los anticuerpos que neutralizan el virus son encontrados después de tres meses de la infección aguda. Tanto los anticuerpos específicos como inespecíficos atacan al virus destruyendo diferentes glicoproteínas de la envoltura. [5]

Debemos diferenciar entre 2 tipos de pacientes: sintomáticos y asintomáticos. Los primeros presentan un cuadro clínico similar a la mononucleosis que consisten en fiebre elevada, malestar general y fatiga. Esto suele estar acompañado por el rash cutáneo (erupción de la piel característica de la infección con VIH). Para controlar la propagación del virus en el caso de pacientes asintomáticos, se deben realizar pruebas de detección a las personas que pertenezcan a algún grupo de riesgo de contraer el virus, por ejemplo, consumidores de droga mediante vía parenteral, prostitutas, etc. [6]

En cuanto al HTLV-I, el virus de las células-T linfotrópico humano es el primer virus identificado en causar leucemia en células adultas linfoides T (CD4+ y CD8+) y más raramente la paraparesis tropical espástica (TSP). Esta última provoca una debilidad corporal, específicamente en las piernas, incontinencia de la orina, causadas por lesiones ocasionadas en la médula espinal por la acción de citoquininas producidas por linfocitos T citotóxicos sanos que destruyen a los infectados con HTLV-I, los cuales dañan los nervios encontrados en ésta.

La Organización Mundial de la Salud según la clasificación de tumores de tejidos hematopoyéticos y linfáticos logró, en 2008, dividir la severidad de las patologías causadas por los retrovirus “transformadores” y su incidencia mundialmente, en: agudo 60%(versión temprana de la leucemia, donde los linfocitos T se infectan) , linfomatosa 20%(o linfoblástica, donde la médula ósea produce linfocitos inmaduros), crónica 15%(crecimiento anormal de linfocitos T) y latente 5%(la médula ósea no funciona normalmente, también se le llama preleucemia).[7]

Retrotranscripción

La retrotranscripción es un proceso por el que una enzima determinada hace una copia de ADN a partir ARN. La enzima más reconocida y que generalmente hace la copia de ADN se llama retrotranscriptasa y se encuentra sobre todo en retrovirus como el VIH que llevamos mencionando. Este proceso tiene la ventaja de que lo podemos realizar además en un laboratorio para llevar a cabo distintas pruebas. Vamos a pasar a describir la enzima que lleva a cabo el proceso y el proceso en sí.

Transcriptasa inversa

La transcriptasa inversa es una enzima característica de retrovirus que permite la replicación del material genético viral, el ARN, y lo transforma en ADN, simplificando mucho el proceso. También ayuda en la formación de una doble hélice de ADN una vez que el ARN ha experimentado una transcripción inversa en una sola cadena de cDNA. Esta enzima fue descubierta por David Baltimore y Howard Temin en 1970, aunque la descubrieron por separado. [8]

Bien, ¿y cómo actúa esta enzima? Cuando el ARN de una sola hebra del retrovirus entra en la célula, lleva consigo la transcriptasa inversa. La transcriptasa primero sintetiza una hebra de ADN complementaria al ARN y se forma un híbrido ARN-ADN. A continuación, se degrada la hebra de ARN y se reemplaza por ADN, así el resultado es una doble hebra de ADN que normalmente se integra en el genoma de la célula infectada. Este genoma integrado utiliza la maquinaria celular para transcribir sus genes y proteínas. [9]

Sin embargo, la transcriptasa inversa no es una enzima exclusiva de virus. Nosotros, los humanos, al igual que otros seres vivos poseen en sus cromosomas una enzima llamada telomerasa que actúa como una transcriptasa inversa. A partir de un molde de ARN que lleva consigo, alarga el ADN de los telómeros con el fin de evitar la senescencia celular antes de tiempo. Aun así, esta enzima no está activa durante toda la vida de la célula (sólo en los estadíos de desarrollo tempranos, ya que, si lo estuviera toda la vida celular, la célula no moriría y se transformaría en una célula cancerosa).

Aplicaciones, RT-PCR

Sin embargo como hemos mencionado antes, podemos aprovechar las características de la transcriptasa inversa a nuestro favor. La podemos usar para identificar cantidades muy pequeñas de ARN en la prueba conocida como RT-PCR (Reverse transcription polymerase chain reaction o reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa). Si queremos cuantificar y detectar la cantidad de ARN de una muestra, tenemos que realizar además una PCR cuantitativa. Esta prueba por ejemplo la usamos en el momento de detectar el Sars-CoV-2, ya que es un virus de ARN.

¿Cómo se lleva a cabo esta reacción? Vamos a poner como ejemplo el caso del coronavirus. Primero debemos obtener el ARN viral. Para ello, tomamos una muestra (de la garganta de la persona infectada a la que le vamos a realizar la prueba en nuestro caso) y la llevamos al laboratorio. Esa muestra contiene fragmentos de ADN también, por lo que lo primero es aislar el ARN del virus y degradar ese ADN residual.

Una vez hayamos hecho esto, es el momento de amplificar (aumentar la cantidad) el ARN viral. En esta ocasión, añadimos a la muestra de ARN nuestra transcriptasa inversa, cebadores para el inicio de la transcripción (primers) y dNTPs (desoxinucleótidos trifosfato para incorporar a la cadena de nueva síntesis). Finalmente obtenemos nuestro ADNc (copia) a partir de ARN.

En este momento, cuando tengamos el ADN copia, procedemos a hacer una PCR normal, por lo que añadimos de nuevo primers, dNTP y por último en lugar de transcriptasa inversa usamos la Taq polimerasa, la enzima usada en esta prueba para sintetizar nuevas cadenas de ADN y así poder cuantificar. Además, si queremos cuantificar el amplificado de ADN debemos añadir un componente fluorescente para así poder detectar el número de cadenas amplificadas en los ciclos que repitamos.

La reacción de la PCR se puede resumir en 4 pasos fundamentales:

1. Desnaturalización del DNA molde mediante altas temperaturas (a unos 95ºC).
2. Adición de los cebadores previa síntesis en el laboratorio.
3. Hibridación (annealing o anillamiento) de cebadores al ADN molde que depende de cada tipo de cebador, aunque se baja la temperatura a 50-70ºC, para que los cebadores se puedan unir a la cadena molde. El tiempo de hibridación debe ser muy corto para evitar que las cadenas se puedan volver a unir.
4. Aumento de la temperatura hasta 72ºC (temperatura óptima de la Taq polimerasa) que provoca una extensión del cebador mediante la adición de nucleótidos, es decir, se producirá la síntesis de ADN mediante la Taq polimerasa. Esta etapa de extensión durará dependiendo de la dimensión de la muestra, teniendo en cuenta que se sintetizan unos 1000 nucleótidos por minuto.

Si queremos cuantificar para obtener un positivo en la prueba, se dice que realizamos una PCR cuantitativa. Esto quiere decir que establecemos 3 parámetros para medir los ciclos que tarda una PCR en dar positivo: la línea base (que determina la fluorescencia basal detectada por el aparato) el umbral de fluorescencia (línea que deben cruzar las cadenas amplificadas para que se detecte positivo) y el valor Ct (cantidad de ciclos necesarios para cruzar el umbral) Cuantos menos ciclos necesite la prueba para dar positivo, mayor es la cantidad de ARN que tenemos en la muestra. [10]

Vamos a poner un ejemplo: si una muestra necesita 40 ciclos para dar positivo, se dice que hay poca cantidad viral, en cambio si otra muestra necesita tan solo 10, hay mucha más cantidad de ARN del virus que en la primera muestra.

ORIGEN, TRANSMISIÓN Y TRATAMIENTOS DEL VIH

Origen y replicación vírica

Bueno, ahora que ya sabemos qué es un retrovirus y qué es la transcriptasa inversa, podemos explicar un poco más a fondo la naturaleza del VIH.

La hipótesis más aceptada establece que el VIH es producto de una zoonosis, una enfermedad transmitida de animales al hombre. En concreto, gracias a técnicas de sampling y analizando ADN mitocondrial de los chimpancés, se cree que este virus surgió al mutar el SIV (virus de inmunodeficiencia en simios) a VIH-1. Lo que resultó curioso es que se pensaba que el SIDA (que provoca una bajada de linfocitos T helpers) comenzó a detectarse con la aparición del VIH, pero en realidad la enfermedad se detectó ya en estos chimpancés, cuando en unos análisis de su sangre pudieron confirmar una presencia de linfocitos Th 3 veces menor comparado con el número normal de estas células.[11]

El virus del VIH-2 también se cree que procede del SIV, pero en este caso el estudio que plantea la hipótesis utiliza un análisis filogenético (un análisis «de parentesco» entre distintas especies) para llegar a la conclusión de que a partir de uno de los genes del SIV se derivaba otro del VIH-2. [12]

Ya puestos en contexto, vamos a hablar sobre cómo se replica el virus del VIH. Recordando un poco la estructura del virus, mencionamos que había dos glucoproteínas, que se llaman gp120 y gp41. Gp120 facilita el reconocimiento del receptor de la célula diana, que es el receptor CD4 presente en linfocitos Th sobre todo (aunque también se encuentra en otras células como macrófagos, monocitos y células dendríticas), aunque también se ha visto que el virus necesita reconocer a otros correceptores adicionales para permitir la fusión. Una vez reconocido el receptor, la proteína gp41 provoca que la membrana de la célula se fusione con la membrana vírica y el virus entre por fusión al interior de la célula.[13]

Gracias a la transcriptasa inversa, el ARN del virus forma un híbrido ARN-ADN que a su vez terminará formando un ADN duplexo debido a que la transcriptasa inversa elimina el ARN viral. Una vez hecho esto, el ADN penetrará en el núcleo para integrarse dentro del cromosoma y pasar a un estado latente dentro de la célula o por el contrario iniciar un ciclo productivo.

La ARN polimerasa dependiente de ADN se encargará de transcribir los genes virales para formar los mensajeros y dar lugar a las proteínas necesarias para los nuevos viriones mediante su traducción en los ribosomas. Los genes que lleva el virus se conocen como gag, pol y env. El gen env codifica las proteínas de la envoltura (gp120 y gp41), gag codifica las proteínas estructurales (las que forman parte de la matriz, cápside y nucleocáside) y pol las enzimas principales del virus (transcriptasa inversa, integrasa para la integración en el cromosoma celular y proteasa para cortar poliproteínas).

Finalmente, el virus termina de madurar en el citoplasma y sale de la célula por exocitosis, llevándose parte de la membrana celular que tendrá proteínas glicosiladas procedentes del aparato de Golgi. [13]

Dependiendo del tipo de célula el virus decide hacer un ciclo u otro:

• En linfocitos T queda latente hasta que decide iniciar un ciclo lítico. Este efecto se corresponde con la inmunosupresión.
• En otras células como macrófagos el virus realiza un ciclo persistente, es decir, libera los virus poco a poco sin matar a la célula, lo que sirve al virus como reservorio. Esto puede llevar a alteraciones neurológicas si los macrófagos infectados viajan al sistema nervioso.

Formas de transmisión

El virus se transmite de muchas maneras, y las vamos a mencionar de mayor a menor riesgo de contagio[14]:

• Sexo anal sin protección: Es la forma más fácil de contagiarse del VIH. Es más peligroso ser la persona pasiva que la activa. Esto es debido a que la piel que tapiza el recto es muy fina, entonces durante la penetración puede desgarrarse fácilmente y permitir que el virus entre en el cuerpo. También el virus se puede introducir en el cuerpo de la persona activa a través de desgarros en el pene, pequeñas heridas…
• Sexo vaginal sin protección: Ambos en la pareja pueden contagiarse de VIH durante el sexo. Las mujeres se contagian y pueden contagiar a través de la mucosa vaginal y sangre que pueda quedar en la vagina y el cérvix. El hombre, como en el caso anterior se contagia por heridas en el pene.
• Vía parenteral: El virus se transmite si se comparten jeringuillas o agujas usadas por seropositivos, porque siempre quedan restos de su sangre. También es alto el riesgo de contraer otras ETS, además de la hepatitis B y C.
• Transmisión vertical: Una madre puede transmitir el VIH a su hijo durante el embarazo, nacimiento o lactancia. Es la forma más común de transmisión de VIH en niños. De todos modos, si la madre toma antirretrovirales durante el embarazo y la lactancia, y da medicina al niño durante 4-6 semanas después de nacer, el riesgo de contraer el VIH es menor al 1%.

Estas son las formas principales de contagio, pero hay otras más raras como el sexo oral, lugar de trabajo (al rozarse con objetos afilados o agujas contaminadas), mordeduras de otras personas infectadas, besos con lengua… Pero todas estas formas de contagio requieren sangre de la persona infectada.

Se transmite a través de fluidos corporales como la sangre, semen, líquido preseminal, fluido rectal, fluido vaginal y leche materna.

Ahora bien, también hay otros factores que incrementan el riesgo de padecer la enfermedad, como puede ser el abuso de drogas intravenosas, tener otras ETS o la carga viral.

Tratamientos actuales contra el VIH

Tras comunicar a una persona que ha dado positivo en VIH, se le transmite información sobre los posibles tratamientos a seguir para paliar los efectos del virus del que, desafortunadamente, no conocemos la cura. Se informa al paciente de los riesgos y efectos secundarios que provocan estos medicamentos.

Los medicamentos más utilizados actualmente son[15]:

• Los inhibidores de la transcriptasa inversa no análogos de nucleósidos (ITINN), que bloquean una proteína que el VIH necesita para replicarse.
• Los inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de nucleósidos o nucleótidos (ITIN) son versiones defectuosas de los componentes básicos que el VIH necesita para replicarse.
• Los inhibidores de la proteasa (IP) inactivan la proteasa del VIH, otra proteína que el VIH necesita para replicarse.
• Los inhibidores de la integrasa funcionan inhibiendo a una proteína llamada integrasa que el VIH utiliza para insertar su material genético en los linfocitos T CD4.
• Los inhibidores de entrada o fusión bloquean la entrada del VIH en los linfocitos T CD4.

El tratamiento inicial consiste en la combinación de dos NRTI (inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de nucleótidos/nucleósidos) combinados con un tercer agente, que puede ser un inhibidor de integrasa, un ITINN o bien un inhibidor de la proteasa. Se ha visto que los inhibidores de integrasa son muy efectivos contra el virus, además de que apenas presentan efectos secundarios.[16]

Como curiosidad, se ha visto que en las zonas o comunidades con gran prevalencia de SIDA, el uso de terapias antirretrovirales disminuye enormemente la detección de nuevos casos de la enfermedad, así como la disminución de la carga viral dentro de dicha zona.

Una mirada al futuro

Proyectos de vacunas contra el VIH

Una vacuna terapéutica contra el VIH se administra a las personas seropositivas con el objetivo de reforzar su respuesta inmunitaria. En la actualidad existen muchas limitaciones en los conocimientos que tenemos de los mecanismos inmunológicos de control de replicación viral del VIH y la eficacia de las vacunas terapéuticas ha sido modesta en el mejor de los casos.

Una de las vacunas más estudiadas ha sido Remune, la cual contiene el virus completo inactivado mediante la extracción de una proteína de la envoltura. Se administró a más de 3000 personas que tenían el virus controlado por el tratamiento TAR. Los resultados mostraron que era capaz de inducir respuestas específicas de los linfocitos Th (los CD4), pero no se observó la capacidad de control inmunológico de la replicación viral.

La capacidad de las vacunas terapéuticas se demostró con un estudio en el que se utilizó una vacuna de células dendríticas en el modelo animal con infección por SIV en el que se obtuvieron increíbles resultados. El problema llegó a la hora de probarlo en 12 pacientes humanos los resultados fueron bastante peores. La vacuna no provocó efectos adversos importantes.

Otros candidatos a ser usados como vacunas terapéuticas son las basadas en ADN que incluyen algunas proteínas. Presentan todo el genoma del VIH con pérdida del gen de la integrasa y se han administrado intradérmicamente en modelos de monos con resultados prometedores. [17]

También podemos encontrar proyectos de vacunas basados en bacterias lácticas para producir inmunidad en las mucosas. esto podría resultar efectivo teniendo en cuenta que las mucosas la puerta de entrada del VIH en el caso de que se transmita por contacto sexual. El tratamiento consiste en la administración de Lactobacillus lactis modificada para expresar determinadas proteínas que inducen la formación de anticuerpos específicos a nivel de las mucosas. Solo ha sido probada en ratones, pero puede representar una estrategia tecnológica para desarrollar una vacuna contra el SIDA efectiva y segura. [18]

Casos de curación completa del VIH

Aunque mediante los tratamientos con antirretrovirales se consigue que el sistema inmunológico de las personas que padecen VIH se restablezca parcialmente y se retrase la progresión de la enfermedad, la cura de la infección por este virus sigue siendo inalcanzable con los métodos de los que disponemos actualmente. Esto se debe principalmente al establecimiento de depósitos de VIH en células de larga vida que permiten que siga existiendo replicación del virus tras retirar los tratamientos antirretrovirales.

Los estudios enfocados a la cura del VIH actualmente se basan en la mutación Δ32 del gen CCR5 que provoca que las células sean resistentes a diferentes cepas del virus. De hecho, se ha demostrado la viabilidad del trasplante de células madre hematopoyéticas de donantes que tienen esta mutación en pacientes infectados con VIH y que padecen leucemia mieloide aguda en recaída, documentándose la ausencia de viremia durante los primeros 20 meses tras retirar el tratamiento antirretroviral. Con estos resultados favorables, se cree que el camino hacia la cura de la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana está en la investigación del gen y la mutación anteriormente mencionados, aunque exista la incertidumbre de si realmente ese paciente está realmente curado. De hecho, en otros pacientes, tras el trasplante con células madre que tenían esta mutación, se retiraron los tratamientos para el VIH y existieron rebrotes virales debido a la existencia de los reservorios del virus dentro del organismo, demostrando que no se podía obtener la eliminación completa del virus.

El estudio del que obtenemos la información sobre este tema trató de evaluar la capacidad de reconstrucción de los linfocitos T colaboradores, que contaban con la mutación Δ32, en un seguimiento de 3 años y medio tras en trasplante tanto a nivel sistémico como en el sistema inmunológico de la mucosa. En sus resultados se demostró la exitosa reconstrucción de estas células y además se encontró una reducción del tamaño de los reservorios de VIH. Si bien las células recuperadas seguían siendo susceptibles de infección por el virus, el paciente permanecía sin evidencia de infección tras 3 años y medio de la retirada de los tratamientos antirretrovirales. A partir de esto resultó razonable concluir que el paciente había sido curado de la infección por VIH. [19]

Campañas de prevención

La primera campaña en España no tuvo lugar hasta el año 1987, lo que resultan un tanto tardío, teniendo en cuenta que existían casos desde 1982, y fue diseñada por Mariscal. En esta se trataba de informar de las vías de contagio del VIH a una población en ese momento muy desinformada, pero la forma de hacerlo fue bastante infantil. A favor de esta campaña se puede decir que trataba de esquematizar todas las formas de contagio, información que era necesaria e imprescindible. el problema era que la importancia del peligro del SIDA y la necesidad urgente del cambio en el comportamiento de las personas resultó mermada por la forma en la que era transmitido el mensaje: unos dibujos animados que emitían repetidamente el juego de palabras «Si da, no da».

Si se observa la campaña de 1988 (que se siguió utilizando hasta 1992), nos damos cuenta de que tanto la imagen como el lema «El sida te engancha por el pico» pueden dar lugar a equivocación porque en realidad el virus del sida no está en la heroína: si uno consume una dosis con su jeringuilla y destruye ésta después, no coge el SIDA. Por lo tanto las primeras campañas dirigidas a las personas drogodependientes cayeron en confundir el mensaje de prevención del sida con el de las campañas antidrogas, y sería necesario aclarar que el SIDA no se encontraba ni en la heroína ni en una jeringuilla nueva.

Una de las campañas que mejor funcionó fue «Protégete» (2002) creada en el 20 aniversario de los primeros casos de sida en España. Hace hincapié en la necesidad de utilizar el preservativo como estrategia fundamental de prevención y es lo suficientemente clara y directa para no dar lugar a segundas interpretaciones. El motivo utilizado, el preservativo-salvavidas, se convirtió en símbolo que acompañaba a otras campañas, como la del año 2003, con el lema «rompe la cadena, protégete». [20]

En cuanto a la campaña que se está llevando actualmente en España, el Misterio de Sanidad afirma que el VIH está produciendo una oleada de nuevas infecciones en hombres homosexuales, ya que uno de cada tres diagnósticos de VIH en nuestro país debe a prácticas sexuales entre hombres. En los estudios realizados, más del 10% de los hombres que tienen relaciones homosexuales están infectados por el VIH.

La conclusión que se puede sacar de este apartado es que los responsables de las políticas de prevención de SIDA deberían de ser conscientes de la importancia que tiene diseñar campañas cuyo mensaje resulte coherente, contundente, suficientemente informativo y científicamente correcto.

Bibliografía

1. Gallo, R. C. and Montagnier, L. (2003) ‘The Discovery of HIV as the Cause of AIDS’, New England Journal of Medicine, 349(24), pp. 2283–2285. doi: 10.1056/nejmp038194.
2. Domingo, E., Parrish, C. and Holland, J., 2011. Origin And Evolution Of Viruses. Amsterdam: Academic Press.
3. Coffin, J. M. (2015) ‘The discovery of HTLV-1, the first pathogenic human retrovirus’, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 112(51), pp. 15525–15529. doi: 10.1073/pnas.1521629112.
4. Carrillo Maravilla, Eduardo, & Villegas Jiménez, Armando. (2004). El descubrimiento del VIH en los albores de la epidemia del SIDA. Revista de investigación clínica, 56(2), 130-133.
5. Pintos Pascual, I., Muñez Rubio, E., & Ramos Martínez, A. (2018). Diagnosis of acute and chronic HIV infection and their evolutionary stages. Medicine (Spain), 12(56), 3329–3331.
6. Esteban, C. S. (2014). VIH: Infeccion aguda, pesquisa y manejo. Revista Médica Clínica Las Condes, 25(3), 419–424.
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8. Baltimore, D. (1970) ‘Viral RNA-dependent DNA polymerase: RNA-dependent DNA polymerase in virions of RNA tumour viruses’, Nature, pp. 1209–1211. doi: 10.1038/2261209a0.
9. Lehninger, A., Nelson, D. and Cox, M., 2013. Principios De Bioquímica.
10. Real García, M., Rausell Segarra, C. and Latorre, A., 2017. Técnicas De Ingeniería Genética. Madrid: Síntesis.
11. Sharp, P. M. and Hahn, B. H. (2010) ‘The evolution of HIV-1 and the origin of AIDS’, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 365(1552), pp. 2487–2494. doi: 10.1098/rstb.2010.0031.
12. Santiago, M. L., Range, F., Keele, B. F., Li, Y., Bailes, E., Bibollet-Ruche, F., Fruteau, C., Noe, R., Peeters, M., Brookfield, J. F. Y., Shaw, G. M., Sharp, P. M. and Hahn, B. H. (2006) ‘Simian Immunodeficiency Virus Infection in Free-Ranging Sooty Mangabeys (Cercocebus atys atys) from the Tai Forest, Cote d’Ivoire: Implications for the Origin of Epidemic Human Immunodeficiency Virus Type 2’, Journal of Virology, 80(9), pp. 4645–4645. doi: 10.1128/jvi.80.9.4645.2006.
13. Freed, E. O. (2001) ‘HIV-1 replication’, Somatic Cell and Molecular Genetics, 26(1–6), pp. 13–33. doi: 10.1023/A:1021070512287.
14. https://www.cdc.gov/hiv/basics/hiv-transmission/ways-people-get-hiv.html
15. https://www.mayoclinic.org/es-es/diseases-conditions/hiv-aids/diagnosis-treatment/drc-20373531
16. Cihlar, T. and Fordyce, M. (2016) ‘Current status and prospects of HIV treatment’, Current Opinion in Virology. Elsevier B.V., 18, pp. 50–56. doi: 10.1016/j.coviro.2016.03.004.
17. García, F., Ruiz, L., López-Bernaldo de Quirós, J. C., Moreno, S., & Domingo, P. (2005). Inmunoterapia y vacunas terapéuticas en la infección por VIH. Enfermedades Infecciosas y Microbiología Clínica, 23, 84–94. https://doi.org/10.1016/s0213-005x(05)75164-8
18. Luna Cruz, I., Rodríguez Padilla, C., Tamez Guerra, R., & Alcocer González, J. (2003). Desarrollo de vacunas basadas en bacterias lácticas para inducir inmunidad en mucosas contra VIH. Ciencia UANL, 6(1).
19. Church, J. A. (2011). Evidence for the cure of HIV infection by CCR5δ32/Δ32 stem cell transplantation. Pediatrics, 128(SUPPL. 3), 2791–2799. https://doi.org/10.1542/peds.2011-2107IIII
20. Hernánez, R. M. (2009). El Sida Ante La Opinión Pública : El Papel De La Prensa Y Las Campañas De. Revista de Humanidades, 15(2009), 237–268.

Ignacio Moratilla Rivera. Biología Sanitaria-Universidad de Alcalá de Henares.

La vincapervinca (Vinca minor) y la vinca de Madagascar (Catharanthus roseus) son plantas de la familia de las apocináceas que destacan por su gran belleza. Es bastante común encontrarlas en jardines como ornamentales (por ejemplo, en los jardines colgantes de Madrid) y también son de hábito silvestre. Pero a pesar de su anodina apariencia contiene una serie de compuestos químicos que tienen la capacidad de luchar contra el cáncer.

Estos compuestos son los conocidos como alcaloides de la vinca. Tenemos dos muy conocidos pero existen muchos más, estos son la vinblastina y la vincristina. Algunos se han creado sintéticamente como la vinflunina.

Los alcaloides de la vinca fueron los primeros alcaloides biosintetizados en plantas que se usaron para remediar el cáncer.

Su mecanismo de acción consiste en la inhibición de la polimerización de los microtúbulos, que como sabemos son imprescindibles para llevar a cabo la división celular. Las células cancerosas se caracterizan por su inusitada capacidad proliferativa, por lo que la propiedad de estos alcaloides los hace idóneos para frenar su avance.

BOTÁNICA

Tanto la V. minor como C. roseus pertenecen a la familia Apocynaceae, al igual que la adelfa (Nerium oleander), Rauvolfia serpentaria o el estrofanto (Strophantus).

V. minor suele ser rastrera o puede trepar sobre tutores. Esta presenta hojas pediculadas, elípticas y opuestas, normalmente de un color verde oscuro. Las flores suelen ser lilas con cinco pétalos soldados en la base, dando las partes libres un aspecto de hélice. El centro de las flores encontramos un hueco cuyos bordes delimitan una estrella y en su interior se hallan los órganos reproductores.

C. roseus es muy similar a la vinca, aunque teniendo las hojas menos puntiagudas. Lo más característico y bello son las flores. Estas oscilan en una gran gama cromática de rosas, rojas, magentas y blancos. Presentan 5 pétalos y el centro de la flor presenta un agujero circular que alberga el androceo y gineceo.

Ambas son especies monoicas de flores hermafroditas.

MICROTÚBULOS

Los microtúbulos son estructuras tubulares que forman parte del citoesqueleto y van a intervenir en diversas funciones como dar forma a la célula, transporte, transducción de señales y, lo más relevante ahora, el movimiento de los cromosmas.

Están constituidos por dos proteínas globulares que se organizan en espiral: son la tubulina α y la tubulina β.

Estas estructuras no son siempre estables como en axones neuronales o cilios, sino que pueden estar en constante polimerización y despolimerización.

Para la polimerización las tubulinas se incorporan en dímeros de β y α tubulina, los cuales previamente se han debido de unir con GTP. Los dímeros se unen por uno de los extremos del microtúbulos, y pasado un tiempo el GTP de la tubulina β se hidroliza al GDP, mientras que el de la tubulina α no lo hace.

La unión del GTP no es covalente, sino que se estabiliza por puentes de hidrógeno de grupos OH y NH₂ de las cadenas laterales de los aminoácidos presentes en el sitio de unión. Además existe un átomo de Mg²⁺ que estabiliza su posición. Por último, la base de guanina forma un stacking con un residuo de Tyr.

Dicha unión previa a GTP debe ser correcta para el óptimo ensamblaje de los microtúbulos.

Vinblastina y vincristina

Estas dos moléculas son sintetizadas a partir de otros dos alcaloides indólicos (derivados del Trp), esto hace que tengan es su estructura dos grupos indol (heterociclo nitrogenado) y se conozcan como alcaloides binarios. Son acumuladas en las partes aéreas de las plantas y en bajas concentraciones.

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Estas dos se diferencian la una de la otra en un solo radical: la viblastina tiene grupo metilo y la vincristina tiene grupo formilo. Este sutil cambio hace que sus propiedades anticancerígenas cambien. Los dos no afecta por igual a todos los tipos de neoplasias.

La vinblastina ha sido empleada en linfomas de Hodgking, cáncer de células germinales en el testículo y cáncer de mama.

La vincristina se ha utilizado en leucemias, linfomas y neuroblastomas.

Vamos a centrarnos en el mecanismo molecular de la inhibición de la polimerización.

La tubulina β presenta en su estructura el conocido como domino de unión a vinca. Es en esta región donde se unen estos alcaloides.

Esta zona se encuentra adyacente al sitio de unión de GTP de la tubulina, produciendo un cambio conformacional que impide la correcta unión del nucleótido y que por lo tanto no pueda realizarse satisfactoriamente la polimerización de los microtúbulos.

La unión tiene una alta afinidad y es reversible, producida por puentes de hidrógeno. Estos son dos en la vinblastina establecidos por una Asn con N del grupo indol y un oxígeno que forma parte de un enlace peptídico con un grupo OH.

En las divisiones celulares los microtúbulos están en constante polimerización y despolimerización, ya que tienen que colocar los cromosomas en el ecuador de la célula formando la placa metafásica o plano ecuatorial. De tal manera que los alcaloides detienen la división justo en el momento de la metafase.

TOXICIDAD

Una vez entendido cómo actúan estos compuestos no es de extrañar que traigan consigo una serie de efectos secundarios tóxicos para el paciente. Se pueden intentar paliar mediante una disminución en la frecuencia de la toma o bajando la dosis.

La neurotoxicidad es común en estos alcaloides, pero parece que es más severa la vincristina. Las neuronas realizan el transporte axonal a través de microtúbulos y proteínas como la quinesina y la dineina. Al interferir en el ensamblaje de estos componentes citoesqueléticos la células nerviosas disminuyen su transporte generando problemas a nivel del sistema nervioso central (alucinaciones, confusión, insomnio o depresión) y periférico (hormigueo, dolor muscular).

Otras afecciones comunes son las gastrointestinales debido a lo prolíficas que son las células epiteliales del intestino, cursando con dolor abdominal, nauseas, diarrea o estreñimiento. Por este mismo motivo también se produce la caída del cabello o alopecia.

Se han reportado también casos de azoospermia, ceguera, disnea y broncoespasmo.

Debido al efecto leucopenizante de la vinblastina, durante la medicación se debe evitar la vacunación por su posible reactividad. Se contraindica además para mujeres embarazas como para aquellas que estén proporcionando lactancia.

Referencias:

1. Moudi M, Go R, Yien CY, Nazre M. Vinca alkaloids. Int J Prev Med. 2013;4(11):1231-1235.

2. Grindey, G. B. (1989) ‘Vinca alkaloids.’, Current opinion in oncology, 1(2), pp. 203–205. doi: 10.1016/B978-0-444-53717-1.01632-2.

3. Paniagua R, Nistal M, Sesma P, Álvarez-Uría M, Fraile B, Andón R, Sáez F.J. (2007). Biología celular y molecular 4ª edición. Madrid. Ed: Mc Graw Hill Education.

4. Bruneton J. (2001). Farmacognosia, fitoquímica, plantas medicinales 2ª edición. Ed: Acribia.