Hallan la clave de la virulencia del VIH

Los científicos han intentado durante mucho tiempo entender cómo se construye la cápside del VIH y para ello han utilizado una variedad de técnicas de laboratorio, como criomicroscopía electrónica, tomografía crio-EM, espectroscopia de resonancia magnética nuclear y cristalografía de rayos X, para mirar las partes individuales de la cápside con el fin de revelar detalles y obtener un sentido completo.

Sin embargo, hasta la llegada de los superordenadores petaescala nadie podía juntar toda la cápside del VIH, un conjunto de más de 1.300 proteínas idénticas que forman una estructura en forma de cono, de forma detallada a nivel atómico. Las simulaciones que agregan las piezas que faltan en el rompecabezas se llevaron a cabo durante las pruebas de 'Blue Waters', un nuevo superordenador del Centro Nacional para Aplicaciones de Supercomputación de la Universidad de Illinois, en Urbana-Champaign, Estados Unidos.

"Esta es una estructura grande, una de las estructuras más grandes jamás resueltas", dijo el profesor de Física de la Universidad de Illinois Klaus Schulten, quien, con el investigador postdoctoral Juan R. Perilla, llevó a cabo las simulaciones moleculares de los datos integrados de los experimentos de laboratorio realizados por colegas en la Universidad de Pittsburgh y la Universidad de Vanderbilt, ambas en Estados Unidos. "Estaba muy claro que se necesitaría una gran cantidad de la simulación, la mayor simulación jamás publicada. La participación de 64 millones de átomos", destacó.

Investigaciones anteriores habían demostrado que la cápside del VIH contiene una serie de proteínas idénticas. Los científicos sabían que las proteínas se disponen en pentágonos y hexágonos y supusieron que los pentágonos forman las esquinas más fuertemente redondeadas de la forma cápside visao con un microscopio electrónico, pero desconocían cuántos de estos bloques de construcción de proteínas eran necesarios o cómo los pentágonos y hexágonos se unen para formar la cápside.

Dirigido por el profesor de Biología Estructural Peijun Zhang, el equipo de Pittsburgh expuso los componentes básicos de la cápside a condiciones de alta salinidad, llevando a las proteínas a juntarse en tubos hechos de hexágonos. Otros experimentos revelaron interacciones entre las regiones específicas de las proteínas que son "fundamentales para el ensamblaje de la cápside y la estabilidad y la infectividad viral", informan los investigadores.

El equipo también realizó una tomografía crioelectrónica de la cápside completa, con corte en secciones para obtener una idea aproximada de su forma general. Perilla y Schulten utilizaron los datos de estos experimentos y de sus propias simulaciones de las interacciones entre los hexámeros y pentámeros para llevar a cabo una serie de simulaciones por ordenador a gran escala que representaban las propiedades estructurales de los bloques de construcción de la cápside.

"El trabajo de hacer coincidir la cápside general, hecha de 64 millones de átomos, con los diversos datos experimentales sólo puede hacerse a través de simulación por ordenador usando una metodología que hemos desarrollado llamada ajuste flexible de dinámica molecular --explicó Schulten--.

Es, básicamente, simular las características físicas y el comportamiento de las moléculas biológicas grandes, además de incorporar los datos en la simulación para que el modelo en realidad se dirija hacia una concordancia con los datos".

PROTEÍNA FLEXIBLE

Las simulaciones revelaron que la cápside del VIH contenía 216 proteínas hexágonos y 12 proteínas pentágonas dispuestas como los datos experimentales indicaban. Las proteínas que componen estos pentágonos y hexágonos eran todas idénticas pero, sin embargo, los ángulos de unión entre ellas variaron de una región de la cápside a otra. "Eso es realmente el misterio --señaló Schulten--. ¿Cómo puede un solo tipo de proteína formar algo tan variado como esto? La proteína tiene que ser inherentemente flexible".

Los pentágonos "inducen la aguda curvatura de la superficie", informaron los investigadores, permitiendo a la cápside ser una estructura cerrada que no habría sido posible si la cápside se compusiera sólo de hexágonos.

La posesión de una estructura química detallada de la cápside del VIH permitirá a los investigadores estudiar más a fondo cómo funciona, con implicaciones para las intervenciones farmacológicas con el fin de interrumpir esa función, dijo Schulten.

"La cápside del VIH tiene en realidad dos viviendas completamente opuestas -subrayó este investigador--. Se tiene que proteger el material genético, pero una vez que se mete en la célula tiene para liberar el material genético en muy buen momento: demasiado rápido no es bueno, demasiado lento no es bueno".

En este sentido, explicó que el momento de la apertura de la cápside es esencial para el grado de virulencia del virus, por lo que en ese instante es en el que se podría quizás interferir mejor en la infección por el VIH.