Desarrollar antivirales de forma racional: "despuntando" las tijeras del sars-cov-2

¿Cuántas veces hemos deseado en los últimos meses que se desarrollen pronto antivirales específicos contra el SARS-CoV-2? Muchas veces, obviamente, y con razón. Pero, ¿cómo podemos hacer realidad este deseo? ¿Qué estrategias podemos utilizar, aprovechando la información que se deriva del aislamiento y la secuenciación del material genético del virus?

En primer lugar, tenemos que identificar un objetivo molecular al que podamos apuntar nuestras armas. Y aquí es de suma importancia tener un conocimiento previo de la biología del Coronavirus. Por cierto, hasta hace veinte años los Coronavirus se consideraban poco peligrosos, y quienes los estudiaban parecían estar interesados en un problema de escasa aplicabilidad para la salud humana. Es gracias a estos estudios guiados por la curiosidad de muchos científicos, la investigación básica, que hoy tenemos una brújula para guiar nuestros movimientos en la batalla contra el virus.

Cuando los Coronavirus infectan las células, liberan su material genético (una gran molécula de ARN) y éste es utilizado por nuestra maquinaria celular - literalmente secuestrada - para sintetizar las proteínas del virus. El propio virus está organizado de tal manera que algunas de sus proteínas se sintetizan unidas, como las perlas de un collar. Para formar nuevas partículas virales, las proteínas tienen que desprenderse unas de otras. Y aquí intervienen unas tijeras moleculares, las proteasas víricas que, cortando el collar en puntos concretos, liberan las proteínas para que cada una cumpla su función.

La principal proteasa del SARS-CoV-2 se llama Mpro; ¡sin su acción, el virus no puede replicarse e infectar nuevas células! Por lo tanto, una molécula que "despunte" estas tijeras virales sería un compuesto con potencial acción antiviral. Estos compuestos se denominan inhibidores porque bloquean la actividad natural de la proteasa. La Mpro es una diana aún más atractiva debido a su singularidad, es decir, al hecho de que en el cuerpo humano no hay proteínas con una estructura y función similares, por lo que un compuesto que inhiba la acción de la proteasa viral tendría menos probabilidades de provocar efectos secundarios graves en el paciente.

¿Cómo podemos diseñar una molécula que inhiba la Mpro? Si nos está siguiendo en esta serie, a estas alturas ya sabe la respuesta: nada mejor que visualizar la estructura de la proteína, ver qué parte de ella constituye la "hoja" de la tijera y qué forma tiene para construir algo que le impida realizar sus cortes moleculares. Lo que queremos es obtener un compuesto que tenga alta afinidad hacia la proteína, es decir, que sea capaz de inhibir a Mpro, aunque esté presente en pequeñas cantidades. Además, es importante que tenga una alta especificidad, es decir, que evite que otras proteínas de las células la distraigan de su tarea.

Detalle del ciclo de replicación del SARS-CoV-2. La envoltura del virus se fusiona con la membrana celular. Una vez que el ARN se libera en el citoplasma, se traduce en poliproteínas, incluida la proteasa principal (las tijeras en la figura). La proteasa hace cortes en las poliproteínas: uno de estos cortes origina la enzima Polimerasa ARN, esencial para la replicación del virus.

Ya en febrero, los grupos de investigación del prof. Rao y Hilgenfeld determinaron las primeras estructuras de la Mpro del SARS-CoV-2 tanto en su forma de "tijera abierta" como unida a varios inhibidores, uno de los cuales es altamente específico y con alto potencial para representar un futuro antiviral. La proteasa Mpro es un dímero, es decir, para funcionar debe estar formada por dos cadenas iguales asociadas entre sí, y posee un bolsillo en la superficie donde se corta la poliproteína viral. Las características de este bolsillo (forma, tamaño) deben utilizarse para diseñar un inhibidor óptimo.

Detalle de la estructura dimérica de Mpro del SARS-CoV-2, representada como una superficie molecular, con las dos cadenas coloreadas en dos tonos de verde. El análisis de las características estructurales de la proteína permitió identificar un bolsillo de superficie en el que se corta la poliproteína viral y diseñar inhibidores. Un ejemplo lo representa un compuesto complementario en forma y características químicas al bolsillo de superficie y que inhibe la actividad de Mpro. La estructura utilizada para realizar las imágenes está depositada con el código 6Y2F en el Protein Data Bank (http://www.rcsb.org/pdb ). Cortesía del Dr. Degano.

En la actualidad se han determinado 152 estructuras de Mpro unidas a diferentes fragmentos de moléculas que dan indicaciones sobre cómo mejorar la afinidad y especificidad de los inhibidores. En este caso la técnica utilizada es la cristalografía de rayos X: desde 1945 sigue permitiendo visualizar moléculas biológicas con un detalle hasta el nivel del átomo único. En el próximo episodio veremos qué es la cristalografía y cómo funciona.