La hepatitis C afecta a unos 71 millones de personas en todo el mundo y causa alrededor de 400.000 muertes al año.
Invade el hígado, lo que puede provocar cicatrices y, en algunos casos, cáncer.
Aunque existen tratamientos, son caros, de difícil acceso y no protegen frente a una nueva infección.
Aquí, los científicos explican la investigación que les está permitiendo allanar el camino hacia el tan buscado diseño de una vacuna contra este virus.
El virus de la hepatitis C, o VHC, provoca una infección hepática crónica que puede causar cicatrices hepáticas permanentes y, en casos graves, cáncer. Afecta a alrededor de 71 millones de personas en todo el mundo y causa aproximadamente 400.000 muertes al año. Mientras que existen tratamientos para las infecciones por VHC, son caros, de difícil acceso y no protegen frente a una nueva infección. Una vacuna que pueda ayudar a prevenir la infección por VHC constituye una necesidad médica y de salud pública importante y aún no cubierta.
Una de las principales razones por las que aún no existe una vacuna contra el VHC es que los científicos todavía no han identificado el antígeno adecuado, es decir, la parte del virus que desencadenaría una respuesta inmunitaria protectora en el organismo.
Décadas de investigación han identificado E1E2 del VHC, la única proteína de la superficie del virus, como el candidato a vacuna más prometedor. Sin embargo, el desarrollo de una vacuna contra el VHC basada en esa proteína se ve limitado por la incertidumbre sobre su aspecto. Conocer la estructura de la proteína es necesario para determinar cómo responde el sistema inmunitario al virus.
Entonces, ¿cómo logran los investigadores captar la estructura de una sola proteína en un virus que cambia de forma?
Somos investigadores especializados en microscopía y diseño de vacunas. Gracias a una nueva tecnología, pudimos visualizar los detalles moleculares de esta esquiva proteína, lo que nos ha permitido conocer en profundidad cómo funciona este virus y ofrece un posible modelo para una futura vacuna.
Así lo hicimos.
Desafíos para captar un virus que cambia de forma
Una de las razones por las que ha sido tan difícil captar la estructura de la proteína E1E2 del VHC es que es a la vez flexible y frágil. Cambia de forma con tanta frecuencia y se rompe tan fácilmente que resulta difícil purificarla.
Como analogía, imaginemos un plato de espaguetis cubiertos de salsa de tomate. Ahora imaginemos intentar fotografiar cada uno de los espaguetis en la misma posición a lo largo del tiempo mientras el plato se sacude. Difícil, ¿verdad? Eso es lo que supuso obtener una imagen de la proteína E1E2 completa.
También hubo barreras tecnológicas. Hasta hace poco, las técnicas de imagen disponibles tenían limitaciones para observar proteínas microscópicas. La cristalografía de rayos X, por ejemplo, no puede captar moléculas que cambian con frecuencia de forma, como el VHC. Además, otras opciones, como la espectroscopía de resonancia magnética nuclear, requerían cortar grandes partes de la proteína o manipularla químicamente de un modo que transformaría su estado fisiológico y podría alterar su función.
Así, para examinar la estructura de E1E2, necesitábamos una forma de extraer y purificar, estabilizar y atrapar la proteína completa, que cambia de forma, en una única configuración.
Cómo fotografiar una proteína
Crio-EM, o microscopía crioelectrónica, es un tipo de técnica de imagen que observa las muestras a temperaturas criogénicas; en este caso, el punto de ebullición del nitrógeno: menos 320,8 grados Fahrenheit (menos 196 grados Celsius). Con temperaturas tan bajas, el hielo se congela tan rápido que no tiene tiempo de cristalizar. Así se crea un marco vítreo y hermoso alrededor de la proteína de interés, lo que permite una observación sin obstáculos de cada detalle estructural. Además, la crio-EM requiere muy poca proteína para funcionar, lo que reduce la cantidad de material que necesitaríamos purificar.
Ganadora del Premio Nobel de Química de 2017 y Nature de la revista, en 2015, del “Método del año”, la crio-EM es excelente para obtener imágenes de macromoléculas biológicas en su estado nativo o natural, en el entorno acuoso de la sangre humana. La crio-EM también fue fundamental para caracterizar la estructura del virus de la COVID-19 y sus variantes.
Entonces, ¿cómo se fotografía una proteína?
En primer lugar, incorporamos el código genético para producir E1E2 en células humanas en una placa de Petri, de modo que tuviéramos cantidades suficientes de proteína para estudiarla. Tras purificar la proteína, la sumergimos en etano líquido y después en nitrógeno líquido. El etano líquido se utiliza para congelar la proteína porque tiene un punto de ebullición más alto que el nitrógeno líquido. Esto significa que puede absorber más calor antes de convertirse en gas, lo que permite que la proteína se congele mucho más rápido que en nitrógeno líquido y evita daños estructurales.
Una vez vitrificada la proteína, o en un estado de hielo vítreo, pudimos no solo observar su estructura general, sino también captar múltiples configuraciones individuales que adopta la proteína al cambiar de forma, incluidas sus formas menos estables.
En este punto, nuestra proteína estaba lista para su primer plano. Utilizamos un microscopio que emplea un haz de electrones enfocados de alta energía y una cámara muy sofisticada que detecta cómo rebotan los electrones en la superficie de la proteína. Así se creó una imagen 2D que después transformamos matemáticamente en un modelo 3D. Y así obtuvimos el tan deseado “primer plano” de la proteína de la superficie del VHC.
Nuestro siguiente paso fue determinar la ubicación de cada aminoácido, o bloque constructivo de la proteína, en el espacio 3D. Como cada aminoácido tiene una forma única, utilizamos un programa informático capaz de identificar cada uno en nuestro mapa 3D. Esto nos permitió reconstruir manualmente un modelo de alta resolución de la proteína, un bloque constructivo a la vez.
Una nueva herramienta para diseñar una vacuna contra el VHC
Nuestro mapa 3D y el modelo de la proteína E1E2 del VHC respaldan investigaciones anteriores que describen su estructura, a la vez que aportan nuevos conocimientos sobre características que ayudarán a allanar el camino hacia el tan buscado diseño de una vacuna contra este virus.
Por ejemplo, nuestra estructura revela que la interfaz entre las dos partes principales de la proteína está estabilizada por azúcares y parches hidrofóbicos, es decir, zonas que repelen las moléculas de agua. Esto crea centros de unión pegajosos a lo largo de la proteína y evita que se desmorone: un posible lugar al que pueden dirigirse anticuerpos protectores y nuevos fármacos.
Los investigadores ya disponen de las herramientas para diseñar fármacos antivirales y vacunas contra la infección por VHC.
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