El largo camino de Wuhan hasta la zona cero y más allá: historias del SARS-COV-2.

Miguel Juan Beltran-García

Profesor Investigador

EL LARGO CAMINO DE WUHAN HASTA LA ZONA CERO Y MÁS ALLÁ:

HISTORIAS DEL SARS-COV-2

En los veinte años que han transcurrido desde el inicio del siglo XXI, los humanos hemos enfrentado infecciones respiratorias causadas por ß-coronavirus, siempre con la amenaza potencial de convertirse en una pandemia. Los virus mencionados causaron el síndrome respiratorio agudo severo o SARS-CoV de Guandong, China, en 2002; la influenza porcina A (pH1N1), emergida en México en 2009, y el síndrome respiratorio de Medio Oriente (MERS-CoV) en Arabia Saudita, en 2012. Desde diciembre de 2019 hemos estado atentos y a la vez escépticos de la vorágine de información originada por la propagación de un nuevo coronavirus, causante de SARS, que aparentemente salió de un mercado de productos del mar 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, este nuevo coronavirus se considera menos mortal que el SARS-CoV de 2002 (10%) y el MERS de 2012 (35%). A la fecha (mayo de 2020), el SARS-CoV-2 ha infectado a más de 3.5 millones de personas y causado 250 mil muertes (menos de 3%); con respecto al virus de 2002 y al de 2013, el 2019-nCoV tiene una mayor velocidad de transmisión entre humanos (en tres meses se extendió a 120 países), y una serie de estudios mostró que la infectividad se debe a una recombinación genética en la estructura de la proteína S (S de spike o “espícula”) presen-

Yur Yenova Chávez Castrillón

Egresada de la Carrera de Ingeniería en Biotecnología

te en la superficie del virus, que sirve como punto de adhesión a las células humanas.

En los últimos 5 meses de 2020 han aparecido diez subtipos diferentes del virus entre las regiones adonde se diseminó desde Wuhan. Desde febrero circula un subtipo (A2a) que apareció en Europa y emigro rápidamente a la costa este de los Estados Unidos, y es la cepa dominante en todo el mundo desde mediados de marzo. 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 ser humano, algo que mucha gente espera para despejar sus dudas sobre el origen; ignoramos cuánto dura la inmunidad después de la infección, pero conocemos casos de reinfecciones; tampoco sabemos si el desarrollo de una vacuna, anticuerpo monoclonal o fármaco detendrá 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 su superficie, que semejan una corona. El virus tiene 125 nm de diámetro (aproximadamente 10 veces más pequeño que una célula de bacteria típica) y son ARNvirus. Los coronavirus tienen el genoma más extenso entre todos los ARN-virus (30 mil

En los últimos meses se han dado a conocer las diferentes variantes que han surgido del SARS-CoV-2 en diferentes países, siendo el de la India el más letal.

Proteína "SPIKE" Proteína E

Proteína Nucleocápside

Proteína de Membrana

Leyenda de la Figura 1. Estructura del virus SARS-CoV-2. Membrana Lípidica

bases). El virus tiene mecanismos de corrección de su ARN, impidiendo mutaciones que lo debiliten. Los fármacos contra los ARNvirus funcionan creando mutaciones, pero el coronavirus puede corregirlas. Las mutaciones pueden dar ventajas a los virus, como por ejemplo evitar las vacunas; sin embargo, los coronavirus prefieren la recombinación, intercambiando segmentos de su ARN con otros coronavirus cuando se encuentran en la misma célula, creando versiones fantásticas, que infectan nuevas células y brincan a otras especies.

En 1960 se aislaron virus con estructuras tipo “corona” que causaban resfriados comunes en los humanos. Bajo un microscopio electrónico los virus semejaban una corona solar, de ahí el termino coronavirus. El virus puede transmitirse entre los animales, y por lo general la gravedad y la mortalidad de la infección aumentan al pasar de una especie a otra. Los síntomas en humanos causados por coronavirus se asociaban con los del resfriado común, hasta que en el 2002 se observó que esos virus podían matar personas. El SARS-CoV-2 produce cuatro proteínas estructurales, que incluyen la glicoproteína spike (S), la glicoproteína de la envoltura pequeña (E), la glicoproteína de membrana (M) y la proteína de la nucleocápside, además de diversas proteínas accesorias (Figura 1). Entre todas estas, la proteína S tiene el papel más importante: la adhesión, fusión y entrada del virus a las células del humano. Por su relevancia en la infección, la proteína S se ha convertido en el blanco para el desarrollo de anticuerpos, y para la utilización de inhibidores y vacunas.

Con el poder de la S

La región en el genoma del virus que codifica para 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 el reconocimiento de la envoltura viral con la célula humana ocurre por atracción de la proteína ACE2 (angiotensin converting enzyme 2) usando la región denominada RBD (receptor-binding domain) que está en S1. La subunidad S2 se ancla en la membrana de la célula que va a infectarse. 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 sufrió dos mutaciones de particular interés: la mutación D614G y la S943P (en lenguaje bioquímico, eso significa que en la estructura de la proteína el aminoácido aspartato en la posición 614 cambió por una glicina, y el aminoácido serina en 943 cambió por una fenilalanina). La mutación D614G se ha encontrado siete veces en 183 secuencias de virus analizadas; cuatro de ellas se encontraron en Europa, y una en México, Brasil y Wuhan. Esta mutación está acompañada por otras dos. La combinación de esas tres mutaciones forman una nueva

agrupación o clado G, que emergió en Europa y se asocia con un incremento en la transmisión de virus, porque hace que la proteína S se una más fácilmente a las células humanas e interrumpe las funciones de los anticuerpos tratando de atacarlo. La mutación D614G, además, confiere resistencia a los anticuerpos creados, haciendo al huésped más susceptible a la reinfección.

El mecanismo de infección depende de 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 a 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 humanas para infectar. En el proceso de infección, las subunidades S1-S2 son cortadas por la furina; así, S1 se une al receptor ACE2, y S2, cortada por TMPPRSS2, se une a la membrana. ¿Recuerdan la mutación D614G, la del subtipo predominante y altamente infeccioso? Bien, la mutación introduce en la proteína S un nuevo sitio especifico 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 anticuerpos antivirales por los fragmentos “señuelos” de S.

Con ACE2, el virus sí la hACE2

ACE2 es una proteína animal y humana, indispensable para que el virus invada la célula. Esta proteína, la enzima convertidora de angiotensina 2, funciona como receptor en la superficie celular, que reconoce al virus. 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 célu-

La mutación D614G se ha encontrado siete veces en 183 secuencias de virus analizadas; cuatro de ellas se encontraron en Europa, y una en México, Brasil y Wuhan.

Se han realizado estudios en más de 15 mil muestras de murciélagos con el objetivo de identificar coronavirus que puedan infectar humanos. las de nuestros órganos. La angiotensina es una hormona que controla la vasoconstricción y la presión arterial, y se expresa 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 el covid-19. Otros datos bioquímicos indican que la secuencia RBD de la proteína S del nuevo coronavirus, que se une óptimamente a hACE2, surgió tras varios pases del virus entre personas o animales.

Murciélagos, pangolines y humanos… ¿hay 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. Muchos 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, Mayo 8, 2020). El líder del grupo en Wuhan, el virólogo Shi Zengli, ha estudiado cerca de 15 mil muestras de murciélagos con el objetivo de identificar coronavirus que puedan infectar humanos. Su equipo de investigación publicó la secuencia genética de un coronavirus de un murciélago del género Rhinolophus, y esta fue similar en 96.2% al genoma del SARS-CoV-2. Esta publicación alimentó ambas especulaciones: el virus creado o un accidente del laboratorio de Wuhan. Muchos investigadores piensan que el virus brincó entre otros animales mamíferos antes de infectar al hombre, y al menos transcurrieron 20 años para convertirse en el virus pandémico que conocemos. Por lo tanto, la ciencia China está obligada a esclarecer el origen.

¿Qué sabemos sobre el origen del nuevo CoV?

El repaso de la creciente literatura científica publicada en los últimos meses muestra dos posibles escenarios. En el primero, se debe a la selección natural en un animal antes de ser transmitido al hombre; en el segundo, a la selección natural entre humanos después de haber sido transferido por los animales. Los primeros casos de covid-19 están ligados al mercado de Huanan en Wuhan, y es posible que un animal expuesto para su venta haya sido la fuente. La similitud existente entre los coronavirus de 2002 y 2019 indica que es probable que el murciélago sirvió 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 a hACE2, y esto descarta su infectividad en humanos.

En la revista Nature, el pasado 4 de mayo (2020) se publicó 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%, y 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 incluye uno. Por ello, 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 ese sitio de corte se seleccionó durante la transmisión entre humanos. Se propuso la hipótesis de que el virus se transmite entre humanos de forma indetectable desde hace algún tiempo (Figura 2). Como nota añadida, las mutaciones, inserciones y pérdidas que experimentan los coronavirus en su secuencia ocurren cerca de S1-S2, un sitio en donde hay muchos cortes por enzimas proteasas. Por lo tanto, aunque aún no se descifra 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 desde el mercado de Huanan hasta México

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

Muchos nos hemos preguntado cómo llegó el virus a México. Hoy, la movilidad aérea de los humanos es alta, y es posible estar en varios sitios 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 28 de abril. El análisis del genoma de 160 SARs-CoV-2 aislados de humanos en el mundo con covid-19 muestra que en su recorrido por los países el virus ha mutado cientos de veces, y se han podido organizar tres grupos. El grupo A es el ancestro, cercano al coronavirus del murciélago secuenciado en 2013, sin embargo, este es muy distante del genoma viral del enfermo de Wuhan mues-

Figura 2. El origen del virus y los órganos que infecta dentro del cuerpo, en el recorrido desde su aparición en diciembre de 2019 en Wuhan hasta febrero en México.

LOS CIENTÍFICOS SON EL PRINCIPAL FRENTE PARA COMBATIR AL COVID-19 Y LAS DIFERENTES MUTACIONES QUE SE ESTÁN GENERANDO EN EL MUNDO.

Molécula de la proteasa principal del coronavirus SARS-CoV-2 treado 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, se encontró en EE. UU. y Australia. En referencia particular al grupo B, este se deriva de A por dos mutaciones y se halló en los genomas virales de pacientes de EE. UU., 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. Con respecto al virus mexicano, incluido en el grupo B, el análisis molecular indica que su origen es Europa, específicamente Italia. El 28 de febrero se diagnosticó a 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 proviene 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). El viaje del virus de Wuhan a México tomó un mes, y en ese tiempo ocurrieron diez mutaciones.

Un motín en el cuerpo

El nuevo coronavirus 2019 ataca violentamente a las células humanas en puntos múltiples; 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. La formación de coágulos sanguíneos pequeños durante la infección se está convirtiendo en una complicación frecuente (20-30%) de los enfermos graves hospitalizados por covid-19. La formación de 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 el paso de sangre oxigenada a través de ellos (Nature Briefing Newsletter, 11 de mayo). Una explicación sobre la formación de microcoágulos es que las células del endotelio que recubren los vasos sanguíneos tienen ACE2.

En retrospectiva al proceso infectivo, las gotas de saliva secretadas e impulsadas por un estornudo contienen el virus, y cuando este es inhalado, entra a la nariz y la garganta. Las células de la nariz le dan la bienvenida, porque esas células tienen en su superficie ACE2… Por cuestiones de espacio, voy a detener esta historia aquí, pero 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 6489) de la revista Science.

La investigación científica ha reunido en pocos meses conocimiento que costó varios años obtenerlo en las últimas dos décadas. Esta pandemia nos recuerda que los fondos para la investigación científica no solo son necesarios, son imprescindibles. <

Más información sobre lo escrito aquí: “Phylogenetic network analysis of SARS-CoV-2 genomes”, PNAS (2020), doi: 10/.1073/ pnas.2004999117; “Characterization of spike glycoprotein of SARS-CoV-2…” Nature Comm. (2020) 11:1620, doi: 10.1038/s41467-02015562-9; “Identifying SARS-CoV-2 related coronaviruses in Malayan pangolins”, Nature (2020), doi:10.1038/s41586-020-2169-0.