Qué información proporciona la secuenciación del genoma
del coronavirus SARS-CoV-2
Amparo Tolosa, Genotipia
Conoce a tu enemigo. La conocida frase del famoso tratado de
estrategia “El Arte de la guerra” adquiere un carácter esencial frente al nuevo
agente microscópico que amenaza la salud de miles de personas y pone a prueba
la organización y sistemas sanitarios de múltiples países: el coronavirus
SARS-CoV-2.
Una de las mejores formas de conocer un organismo, es
secuenciar su genoma, que contiene las instrucciones necesarias para hacerlo
funcionar. Cuando se produce una pandemia como la de COVID-19, conocer el genoma
del agente infeccioso responsable proporciona información con gran relevancia
para los investigadores. Les permite identificar qué es lo que causa la
enfermedad, conocer su origen y evolución con el tiempo o desarrollar
estrategias terapéuticas para hacerle frente.
Identificación de SARS-CoV-2
La primera
secuencia del genoma del agente infeccioso responsable de la epidemia
iniciada en Wuhan se obtuvo en enero. Esta información fue crítica para
identificar al virus como un coronavirus, muy similar al coronavirus
responsable del Síndrome Agudo Respiratorio Grave (SARS en sus siglas
en inglés), enfermedad respiratoria originada en Asia en 2003, que se propagó
por diversos países. Los coronavirus son virus de ARN que se
reciben su nombre por la característica estructura de su forma infectiva,
similar a la corona solar. Este tipo de virus es responsable de muchos de los
resfriados comunes, que no tienen consecuencias importantes sobre la salud. No
obstante, otros pueden causar enfermedades mortales como el SARS o el
síndrome respiratorio de oriente medio (MERS en sus siglas en inglés).
La similitud del nuevo coronavirus con el virus responsable
del SARS, denominado SARS-CoV, fue determinante para denominar al nuevo virus
SARS-CoV-2.
Características del nuevo coronavirus
El análisis del genoma de SARS-CoV-2, en combinación con las
pruebas bioquímicas y las imágenes obtenidas por microscopía electrónica,
permite conocer mejor sus características, incluyendo aquellas que pueden ser
aprovechadas por los investigadores para desarrollar terapias. Así, a
partir de pruebas bioquímicas y estructurales los investigadores han
determinado que la parte más variable del genoma del coronavirus se
encuentra precisamente en el dominio de unión al receptor de la proteína S,
una proteína necesaria para la invasión del virus. En humanos, este dominio
proteico tiene una afinidad especial por los receptores ACE2 de las células del
hospedador.
Cuando los coronavirus infectan una célula, liberan en su
interior su ARN que puede ser leído por la maquinaria celular para producir una
larga cadena polipeptídica que es posteriormente fragmentada en péptidos
funcionales para el virus. Otra característica encontrada en el genoma de
SARS-CoV-2 es que esa cadena polipeptídica presenta un fragmento en que
facilita la separación de los péptidos correspondientes a la proteína S.
Una de las cuestiones más discutidas sobre el coronavirus
SARS-CoV-2 es su origen. Las primeras investigaciones apuntaban a un posible
origen animal, sin que estuviera claro cuál era exactamente. La hipótesis más
aceptada en la actualidad es que el virus deriva de un virus de
murciélagos que pasó a nuestra especie a través de un intermediario, como
ocurrió en el caso de los coronavirus responsables del SARS y del MERS.
En paralelo a los estudios científicos, también empezaron a
surgir también diversas teorías sobre si el coronavirus había sido creado en un
laboratorio y liberado intencionada o accidentalmente. Un reciente análisis,
que considera la información disponible del genoma del virus, descarta la
creación del virus y plantea los posibles escenarios de su evolución.
Los autores del análisis indican que es muy poco
probable que SARS-CoV-2 haya sido creado a partir de la manipulación de otro
coronavirus. La estructura del genoma de SARS-CoV-2 no deriva de la
de otro virus, que sería lo que se esperaría si fuera de diseño. Además, aunque
el dominio proteico de unión al receptor de la proteína S mencionado
anteriormente tiene afinidad por los receptores ACE2 humanos, esta afinidad no
está optimizada mediante predicciones. Es diferente de lo que los algoritmos
predictivos estimarían.
Los investigadores plantean diversos escenarios
posibles de aparición del SARS-CoV-2. En el primero de ellos, el virus
habría adquirido sus características a través de la selección natural en una
especie animal antes de que el virus saltara a la especie humana. Entre los
datos que apoyarían esta posibilidad está el hecho de que la variación del
dominio de unión de la proteína S encontrada en SARS-CoV-2 es similar a la
observada en otros coronavirus encontrados en pangolines. Sin embargo, los
coronavirus más cercanos a SARS-CoV-2 presentes en animales no tienen la
secuencia que favorece fragmentación de péptidos de la proteína S.
En el segundo escenario, la selección natural en el virus se
habría producido en humanos tras la transferencia del virus desde una especie
animal. La adquisición de la secuencia de corte habría sido incorporada también
una vez en la especie humana.
Un tercer escenario posible planteado por los investigadores
es que los cambios en el genoma de SARS-CoV-2 respecto a otros virus (es decir,
su origen) hayan ocurrido por accidente en cultivos celulares de investigación.
Los autores del análisis no encuentran evidencias de que ese haya sido el caso
e indican que no creen que este escenario sea plausible. No obstante,
señalan que con la información actual no se puede concluir de forma definitiva
cuál de los tres escenarios es el correcto y será necesario investigar más.
Mapa filogenético de relaciones genéticas entre los genomas
obtenidos de personas infectadas con SARS-CoV-2. Imagen tomada de
Nexstrain.org.
Evolución del coronavirus y seguimiento de la enfermedad
La secuenciación de los genomas de los virus SARS-Cov-2 que
se van aislando de las personas diagnosticadas como infectadas permite elaborar
un registro de cómo va evolucionando el virus. Una característica
de los virus de ARN como SARS-Cov-2 es que mutan
rápidamente, y van acumulando cambios en su genoma. Registrar estos cambios
es una herramienta epidemiológica muy útil para hacer el seguimiento de la
infección.
Desde el inicio de la pandemia de COVID-19 los
investigadores están compartiendo las secuencias de SARS-Cov-2 obtenidas en los
diferentes países, lo que ha permitido elaborar un mapa dinámico de la evolución de
SARS-Cov-2 que permite visualizar la progresión espacial y temporal del virus.
Las primeras secuencias de los coronavirus aislados en España fueron incorporadas el
pasado viernes, tras ser obtenidas por el Servicio de Secuenciación y
Bioinformática de FISABIO y por el grupo de investigación en Epidemiología
Molecular del I2SysBio, liderados por Fernando González-Candelas, catedrático
de Genética de la Universitat de València.
Con la información proporcionada por los diferentes
equipos, se sabe que el virus está mutando y que la tasa de mutación de
SARS-Cov-2 es más lenta que la del virus de la gripe. Sin embargo, todavía
no hay datos sobre si ha cambiado su virulencia. Conforme se obtengan más
secuencias de más pacientes podrá mejorarse la resolución en el mapa de
evolución del virus, y obtenerse más detalles.
Mapa de las transmisiones de SARS-CoV-2 a partir de la
información obtenida de genomas de virus aislados de personas infectadas.
Imagen: Nextstrain.org.
Diseño de terapias
En la actualidad, el objetivo final de todas las
investigaciones sobre el coronavirus SARS-Cov-2 es encontrar una forma de
detenerlo y tratar a los pacientes. En este sentido conocer qué regiones
del genoma del virus son más o menos susceptibles a tener mutaciones puede ser
utilizado en el diseño de estrategias terapéuticas.
Por una parte, la similitud del genoma de SARS-Cov-2 con el
del virus SARS-Cov-1 plantea la posibilidad de utilizar o adaptar estrategias que
han mostrado potencial en SARS a la enfermedad causada por SARS-Cov-2. Por otra
muchas de las aproximaciones para hacer frente a los virus dependen del
reconocimiento de moléculas, bien ARN bien proteínas. En este sentido,
interesará diseñar los agentes terapéuticos para que reconozcan moléculas con
baja probabilidad de sufrir cambios.
En resumen, la secuenciación del genoma de SARS-Cov-2
es una herramienta esencial para estudiar la progresión y evolución del virus,
así como para poder desarrollar tratamientos o vacunas para COVID-19.
Referencias:
Andersen KG, et al. The proximal origin of SARS-CoV-2. Nat
Med. 2020. https://doi.org/10.1038/s41591-020-0820-9
Liu C, et al. Research and Development on Therapeutic Agents
and Vaccines for COVID-19 and Related Human Coronavirus Diseases. ACS Cent Sci.
2020. Doi: https://doi.org/10.1021/acscentsci.0c00272
Fuentes:
Las primeras secuencias genómicas del virus SARS-CoV-2 de
dos pacientes españoles se han obtenido en València. https://www.uv.es/instituto-biologia-integrativa-sistemas-i2sysbio/es/novedades-1285990801509/Novetat.html?id=1286122919661
¿De qué sirve secuenciar el coronavirus? https://theconversation.com/de-que-sirve-secuenciar-el-coronavirus-133717
¿Cómo cambian los virus? https://theconversation.com/como-cambian-los-virus-132996
29-03-2020 Modificación del título. Se cambia SARS-CoV
por SARS-CoV-2, que es el coronavirus del que trata el artículo.
Tomado de genética
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