El inicio de la infección vírica es un proceso unimolecular, en el que solo una o unas pocas células son infectadas por un único virus. El resultado de una infección a partir de un único virus, puede depender críticamente de la naturaleza estocástica o aleatoria de los acontecimientos fisicoquímicos individuales implicados en el ciclo viral. Por tanto, resulta pertinente estudiar al nivel de moléculas individuales (single-molecule) los mecanismos fisicoquímicos que emplea un virus para completar su ciclo infectivo.
Empleando técnicas avanzadas a nivel de moléculas individuales, un equipo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) —compuesto por investigadores en Biología Molecular y en Física de la Materia Condensada— ha profundizado en el estudio del rinovirus (RV) humano, principal causante del resfriado común.
Los resultados, publicados en la revista Small (Wiley), han permitido a los científicos comprender mejor la liberación del contenido genético del virus, uno de los eventos fisicoquímicos necesarios para que el virus complete su ciclo infectivo.
Detección y cuantificación de ARN en virus individuales
En primer lugar los investigadores constataron la integridad de las partículas virales mediante la adquisición de imágenes topográficas de alta resolución (del orden de los nanómetros) obtenidas mediante microscopía de fuerzas atómicas.
Posteriormente implementaron varios controles para asegurar que efectivamente estaban analizando la liberación del ARN en virus individuales. Finalmente, con la ayuda de la espectroscopía de fuerzas y microscopía de fluorescencia, pudieron detectar la liberación del ARN y cuantificar su velocidad de externalización y la energía asociada a dicho proceso.
“Los hallazgos del estudio sugieren que la liberación del ARN viral es un proceso estocástico, regulado por una barrera de energía moderada, lo que da lugar a una población heterogénea de partículas víricas en las que se habían extruido diferentes longitudes de la molécula de ARN. Este modelo podría ser extensible a otros virus del mismo género que comparten mecanismos de infección”, detallan los autores.
Adicionalmente, el equipo descubrió que hay una relación directa entre la velocidad de liberación del ARN y la infectividad del virus, lo que tiene implicaciones potenciales para el desarrollo de tratamientos antivirales.
“Los efectos de compuestos antivirales o de una mutación deletérea de la cápsida sobre la liberación del RNA revelaron una correlación directa entre la velocidad de reacción y la infectividad del virus. El resultado de la infección de un organismo huésped por un virus puede depender en gran medida de la barrera de energía libre de esta reacción para uno o pocos viriones que puedan entrar en el hospedador”, concluyen los autores.
Rinovirus humano
El Rinovirus humano es un virus respiratorio que causa la mayor parte de los resfriados, lo que lo convierte en responsable de numerosos días de ausencia en el trabajo y en las escuelas, generando un importante impacto económico.
Además, este virus desempeña un papel en complicaciones clínicas como la exacerbación del asma y la obstrucción pulmonar crónica, enfermedad que, según la Organización Mundial de la Salud, es la tercera causa de muerte en el Mundo. Estas complicaciones son especialmente prevalentes en individuos de edad avanzada, niños y personas con sistemas inmunológicos comprometidos.
El trabajo ha sido dirigido por los doctores Mauricio G. Mateu (catedrático del departamento de Biología Molecular), Alejandro Valbuena (profesor ayudante doctor en el departamento de Biología Molecular) y realizado en colaboración con el grupo del doctor P. J. de Pablo (profesor titular del departamento de Física de la Materia Condensada).
Referencia bibliográfica: Valbuena, A., Strobl K., Gil-Redondo, J.C., Valiente, L., de Pablo, P. J., Mateu M. G. Single-Molecule Analysis of Genome Uncoating from Individual Human Rhinovirus Particles, and Modulation by Antiviral Drugs 2023 Wiley Online Library
Doi: 10.1002/smll.202304722
Imagen: Fotografía del grupo de Ingeniería de Virus y Nanotecnología, CBM-UAM. De izq. a dcha.: Luis Valiente, Mauricio G. Mateu, Juan Carlos Gil, Alejandro Valbuena y Judith Escrig./ CBM-UAM
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