¿Estamos frente a un SARS-CoV-2 más “peligroso”?

Como cualquier otro organismo en el planeta, los virus sufren mutaciones en su material genético; pero a diferencia de los de mayor tamaño (los mamíferos o las aves), dichos cambios ocurren muy rápido. La alta velocidad en el ritmo de mutación hace que los virus puedan infectar y adaptarse rápidamente a muchos hospederos, sobre todo aquellos cuyo material genético está compuesto por ARN, como es el caso de SARS-CoV-2. Estos virus se replican con tasas de mutación extremadamente altas y exhiben una diversidad genética significativa. Esta diversidad permite que una población viral se adapte rápidamente a entornos dinámicos y desarrolle resistencia a vacunas y medicamentos antivirales. (1) Los virus de ARN adquieren mutaciones con facilidad. La mayoría de las cuales son perjudiciales y terminar por inhibir el desarrollo del viriòn. Si una mutación alcanza una frecuencia alta, se espera que la misma proporcione una ventaja selectiva al virus, generalmente manifestada por una mayor eficiencia de transmisión. (2) Uno de los mecanismos más importantes que se ha propuesto para la evolución viral es la sustitución de nucleótidos. (1)

Figura 1: Conformación de la proteína de pico y unión a ACE2. Tomado de Bio-Connect.nl. Disponible en: https://www.bio-connect.nl/covid-19-proteins/cnt/page/6610

Al igual que otros betacoronavirus, el genoma del SARS-CoV-2 tiene una poliproteína ORF1ab larga en el extremo 5', seguida de cuatro proteínas estructurales principales, que incluyen la glicoproteína de pico (S), la envoltura (E), la membrana (M) y la proteína nucleocápside (N). (3)(4) El ciclo de replicación viral inicia cuando el virus se une a los receptores de la superficie de la célula huésped utilizando la proteína de pico (S) que le permite mediar la fusión de la envoltura viral con la membrana celular. La glicoproteína está conformada por tres heterodímeros S1-S2 y está presente en la superficie del virus. El dominio de unión al receptor (RBD) ubicado en la cabeza del dominio S1 de la proteína viral Spike (S) se une con la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2), que se expresa en grandes cantidades en tipos de células específicas del ser humano, principalmente el pulmón (5). Asi también participa la serina proteasa transmembrana tipo II (TMPRSS2), presente en la célula huésped, al escindir la proteína Spike en la unión S1-S2, donde está presente un sitio de escisión de furina reconocido por proteasas, que facilita la entrada de SARS-CoV-2 por la membrana (6)(7)(8). Siendo los residuos de aminoácidos que componen la proteína de pico o espiga de gran importancia para determinar el tropismo del virus. (8)(9).

Una variante de SARS-CoV-2 que lleva el cambio de aminoácidos en la proteína Spike ha sido identificada en Europa. La variante se denominó G614, la cual es causada por una mutación de nucleótidos G-a-A en la posición 23 403 en la cepa de referencia de Wuhan, lo que resulta en un cambio del aminoácido 614 de Aspartato (D) a Glicina (G), así como se encuentra acompañada de otras 2 mutaciones: una mutación silenciosa C-a-T en el gen nsp3 en la posición 3.037 y una mutación C-a-T en la posición 14.409 que da como resultado una ARN polimerasa dependiente de ARN. La combinación de estas 3 mutaciones se convirtieron en la base del clado que emergió en Europa, denominado “clado G”. A pesar de que al inicio de la pandemia la forma D614 era más común en la mayoría de los países, a lo largo de marzo, G614 se hizo cada vez más común en toda Europa y para abril comenzaba a hacerse dominante. (Figura2) De igual forma, en América del Norte las infecciones se iniciaron y se establecieron en todo el continente mediante la forma D614 original, pero a principios de marzo, el G614 se introdujo tanto en Canadá como en los EE. UU. y a finales de marzo se había convertido en la forma dominante en ambas naciones. Es así que dondequiera que G614 ingresara a una población, siguió un rápido aumento en su frecuencia y, en muchos casos, G614 se convirtió en la forma local dominante en cuestión de solo unas pocas semanas. Estos datos ya venían mostrando que G614 confiere una ventaja selectiva que se refleja repetidamente en cambios dramáticos a las formas G614 en epidemias regionales durante un período de varias semanas. (10) El patrón de aumento de la frecuencia de G614 en muchas poblaciones diferentes en las que co-circulaban D614 y G614 es muy significativo, lo que sugiere que G614 puede estar bajo selección positiva.

La variante G614 se asocia con niveles más altos de ácido nucleico viral en el tracto respiratorio superior en pacientes humanos, lo que sugiere cargas virales más altas y con mayor infectividad en múltiples ensayos de pseudotipado donde se utilizó vectores virales pseudotipificados, esto luego de cuantificar los títulos infecciosos del virus de la estomatitis vesicular de ciclo único (VSV) pseudotipado y las partículas lentivirales que mostraban la proteína D614 o G614 SARS-CoV2 Spike, obteniendo, en múltiples tipos de células, que para los pseudotipos VSV y lentivirales, los virus portadores de G614 tenían títulos infecciosos significativamente más altos (aumento de 2.6 a 9.3 veces) que sus contrapartes D614 (Figura 3). Sin embargo, aún no se ha podido demostrar si en células pulmonares se observan títulos virales aumentados para la variante G614, ni tampoco se ha encontrado evidencia de que esta nueva variante viral agrave la COVID-19 o que pueda estar significativamente relacionada con el estado de hospitalización de paciente. (11)

La infectividad superior de G614 se ha observado que puede ser desde 5 hasta 9 veces mayor que la variante D614 y aunque aún no está claramente definida la base de este aumento de la infectividad, (12) se cree que es resultado de una disminución en la eliminación de S1, al aumentar el número de sitios de unión del dominio S1, limitando su desprendimiento y generando un nivel más alto de proteína S en el virión. Sin embargo, a pesar de las mutaciones que ocurren en la proteína S, estos cambios no influyen en el control mediado por anticuerpos siendo, las variantes que portan D614 y G614, igualmente susceptibles de neutralizar antisueros. (13)(14) No se puede descartar que a pesar de que niveles más altos de proteína S funcional observados con S G614 aumentan la posibilidad de transmisión de huésped a huésped, otros factores serían los responsables de limitar la tasa y la eficiencia de la replicación intrahospitalaria. (13)

Figura 3. Un vector fue pseudotipificado con D614G Spike y se usó para infectar células que expresaban de forma estable ACE2 de ratón o ACE2 humana. Se muestran la microscopía de fluorescencia de GFP (arriba) y la cuantificación de FACS (abajo), mostrando la mejora de la infectividad de D614G en vectores lentivirales pseudotipados.

Es clara la importancia de establecer una cercana vigilancia epidemiológica de las variantes naturales de SARS-CoV-2 con cambios de aminoácidos, sin embargo, deben considerarse también la noción de que modificaciones de glicosilación podría afectar sustancialmente la replicación viral del SARS-CoV-2 y las respuestas inmunes debido a que se han detectado mutantes en los sitios putativos de glicanos ligados a N en la proteína S, mismas que además de afectar la infectividad del virus pueden conferir mayor resistencia a la neutralización mediada por anticuerpos. (15)

En respuesta a la necesidad urgente de desarrollar vacunas eficaces y agentes terapéuticos basados ​​en anticuerpos contra el SARS-CoV-2, actualmente se están explorando más de 90 enfoques de vacunas y se está desarrollando una amplia variedad de vacunas candidatas contra el SARS-CoV-2. La mayoría de estos enfoques se dirigen a la proteína Spike (S), que media la unión y entrada de la célula huésped y es el principal objetivo de los anticuerpos neutralizantes. (10)(16) Las alteraciones en la secuencia de aminoácidos de la proteína S de la cepa de referencia podrían alterar la eficacia de las intervenciones inmunitarias. Resulta importante vigilar los cambios de un solo aminoácido porque pueden ser fenotípicamente relevantes, experiencias pasadas ya han demostrado que las mutaciones puntuales pueden conferir resistencia a los anticuerpos neutralizantes en MERS-CoV y SARS-CoV (10)

Todavía se desconoce si esta pequeña mutación afecta la gravedad de los síntomas de las personas infectadas o si aumenta la mortalidad. Si bien los reportes hasta ahora publicados tanto de ensayos in vitro como observacionales no han encontrado una asociación significativa de las mismas, son necesarios más estudios que involucren un mayor número de sintomáticos y hospitalizados para determinar el impacto de estas mutaciones en la naturaleza y gravedad de la enfermedad. Por ahora el adecuado uso del equipo de protección personal (mascarilla y protector facial) y las medidas sanitarias de distanciamiento e higiene se muestran como la única y más útil arma que tenemos contra la COVID-19.

AUTOR:

Microbiólogo Jorge Arturo Vega-Fernández

ORCID : https://orcid.org/0000-0003-0073-033X

Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo - Facultad de Ciencias Biológias. Departamento de Microbiología y Parasitología. Lambayeque - Perú

#COVID-19, #SARS-CoV-2, #molecular epidemiology

REFERENCIAS CONSULTADAS

1. Lauring AS, Andino R (2010) Quasispecies Theory and the Behavior of RNA Viruses. PLoS Pathog 6(7): e1001005. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1001005

2. J. Hadfield, C. Megill, S. M. Bell, J. Huddleston, B. Potter, C. Callender, P. Sagulenko, T. Bedford, R. A. Neher, NextStrain: Real-time tracking of pathogen evolution. Bioinformatics. 34, 4121–4123 (2018)

3. Phan, T. (2020). Novel coronavirus: From discovery to clinical diagnostics. Infection, Genetics and Evolution, 79, 104211. https://doi.org/10.1016/j.meegid.2020.104211

4. J. Sun, W. T. He, L. Wang, A. Lai, X. Ji, X. Zhai, G. Li, M. A. Suchard, J. Tian, J. Zhou, M. Veit, S. Su, COVID-19: Epidemiology, Evolution, and Cross-Disciplinar Perspectives. Trends Mol. Med. (2020), doi: 10.1016/j.molmed.2020.02.008

5. Muus, Christoph, et al. "Integrated analyses of single-cell atlases reveal age, gender, and smoking status associations with cell type-specific expression of mediators of SARS-CoV-2 viral entry and highlights inflammatory programs in putative target cells." BioRxiv (2020). https://doi.org/10.1101/2020.04.19.049254

6. Qu, Xiu-Xia, et al."Identification of two critical amino acid residues of the severe acute respiratory syndrome coronavirus spike protein for its variation in zoonotic tropism transition via a double substitution strategy." Journal of Biological Chemistry 280.33 (2005): 29588-29595.

7. Shirato, Kazuya, Miyuki Kawase, and Shutoku Matsuyama. "Wild-type human coronaviruses prefer cell-surface TMPRSS2 to endosomal cathepsins for cell entry." Virology 517 (2018): 9-15. https://doi.org/10.1016/j.virol.2017.11.012

8. Bhattacharyya, Chandrika, et al. "Global Spread of SARS-CoV-2 Subtype with Spike Protein Mutation D614G is Shaped by Human Genomic Variations that Regulate Expression of TMPRSS2 and MX1 Genes." bioRxiv (2020). doi: https://doi.org/10.1101/2020.05.04.075911

9. Zhang, Jiahao, et al. "The continuous evolution and dissemination of 2019 novel human coronavirus." Journal of Infection 80.6 (2020): 671-693. https://doi.org/10.1016/j.jinf.2020.02.001

10. Korber, Bette y col. "Spike mutation pipeline reveals the emergence of a more transmissible form of SARS-CoV-2". bioRxiv (2020). https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2020.04.29.069054v1

11. Korber, Bette, et al. "Tracking changes in SARS-CoV-2 Spike: evidence that D614G increases infectivity of the COVID-19 virus." Cell (2020). https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.06.043

12. Ogawa, Junko y col. "The D614G mutation in the SARS-CoV2 Spike protein increases infectivity in an ACE2 receptor dependent manner". bioRxiv (2020). https://doi.org/10.1101/2020.07.21.214932

13. Zhang, Lizhou, et al. "The D614G mutation in the SARS-CoV-2 spike protein reduces S1 shedding and increases infectivity." bioRxiv (2020). https://doi.org/10.1101/2020.06.12.148726

14. Ozono, Seiya, et al. "Naturally mutated spike proteins of SARS-CoV-2 variants show differential levels of cell entry." bioRxiv (2020). https://doi.org/10.1101/2020.06.15.151779

15. Levine, Beth. "The impact of mutations in SARS-CoV-2 spike on viral infectivity and antigenicity." Cell (2020). https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.07.012

16. Chen, Wen-Hsiang, Peter J. Hotez, and Maria Elena Bottazzi. "Potential for developing a SARS-CoV receptor-binding domain (RBD) recombinant protein as a heterologous huma vaccine against coronavirus infectious disease (COVID)-19." Human Vaccines & Immunotherapeutics (2020): 1-4. https://doi.org/10.1080/21645515.2020.1740560