Un reciente artículo de revisión publicado en la revista ciencia avanzada revisó las características del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus-2 (SARS-CoV-2) y sus variantes. Usando una perspectiva de ciencia física y de materiales, la revisión también resume las variantes más significativas del SARS-CoV-2 encontradas hasta la fecha y las posibles estrategias preventivas.
Revisar: Síndrome Respiratorio Agudo Severo Tipo 2-Coronavirus Causante: Variantes y Estrategias Preventivas
El SARS-CoV-2 es el agente causante de la pandemia de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) que ha provocado una crisis de salud pública sin precedentes que ha llevado a un estado de emergencia mundial. Es un virus de ARN con un genoma monocatenario lineal de sentido positivo de aproximadamente 30 Kb de longitud que codifica 29 proteínas. El SARS-CoV-2 tiene cuatro proteínas estructurales conservadas: proteína de nucleocápside (N), proteína de punta (S), una proteína de envoltura (E) y glicoproteína de membrana (M).
Variantes del SARS-CoV-2 y sus características
En la presente revisión, los autores discutieron las características del SARS-CoV-2 y sus variantes que abarcan varios aspectos, incluidas las medidas preventivas con énfasis en los enfoques basados en la ciencia física y de materiales.
La proteína S se ha estudiado ampliamente porque tiene implicaciones significativas en la infectividad del SARS-CoV-2. Consta de dos subunidades: S1 y S2; la subunidad S1 alberga el dominio N-terminal (NTD) y el dominio de unión al receptor (RBD). La proteína S media la entrada de viriones en las células huésped a través de la enzima convertidora de angiotensina-2 (ACE2) al facilitar la fusión de las membranas del huésped y del virus.
![A) Ilustración de la unión de la proteína S-ACE2 y la ubicación de las mutaciones detectadas con frecuencia dentro de la región del pico del SARS-CoV-2. B) Visualización detallada de las mutaciones que se encuentran dentro de la estructura genómica de los linajes VoC actuales. Para mostrar los cambios de aminoácidos dentro de las proteínas S, se obtuvieron datos de secuencia genómica de cada variante (OU030649.1, OU092214.1, OU061529.1, MZ357460.1 y OL672836.1) de la base de datos GenBank, Centro Nacional de Información Biotecnológica.[66-71] Se realizaron ilustraciones comparativas en 3D de las proteínas S para cada variante utilizando CoVsurver, con la herramienta de análisis de mutaciones de hCov-19 proporcionada por GISAID utilizando hCoV-19/Wuhan/WIV04/2019 como cepa de referencia.[72] Adaptado de](https://d2jx2rerrg6sh3.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_702085_16426486167184678.jpg)
A) Ilustración de la unión de la proteína S-ACE2 y la ubicación de las mutaciones detectadas con frecuencia dentro de la región del pico del SARS-CoV-2. B) Visualización detallada de las mutaciones que se encuentran dentro de la estructura genómica de los linajes VoC actuales. Para mostrar los cambios de aminoácidos dentro de las proteínas S, se obtuvieron datos de secuencia genómica de cada variante (OU030649.1, OU092214.1, OU061529.1, MZ357460.1 y OL672836.1) de la base de datos GenBank, Centro Nacional de Información Biotecnológica.[66-71] Se realizaron ilustraciones comparativas en 3D de las proteínas S para cada variante utilizando CoVsurver, con la herramienta de análisis de mutaciones de hCov-19 proporcionada por GISAID utilizando hCoV-19/Wuhan/WIV04/2019 como cepa de referencia.[72] Adaptado de «The SARS-CoV-2 Variants of Concern», de BioRender.com (2021). Creado con BioRender.com.
Las variantes del SARS-CoV-2 se han clasificado en categorías: variante preocupante (VOC) y variante de interés (VOI) o variante en investigación (VUI).
En noviembre de 2020, se detectó el primer VOC denominado Alpha (B.1.1.7) en el Reino Unido (RU). Se asoció con altas tasas de transmisión y una mayor gravedad de la enfermedad, causando más muertes que el SARS-CoV-2 de tipo salvaje. Además, se observó una mutación, N501Y, en su proteína S que aumentó su afinidad por ACE2, aumentando así la potencia de la infectividad.
Algún tiempo después, se identificó otro VOC en Sudáfrica y se clasificó como una variante Beta (B.1.351) que contenía la sustitución E484K dentro de S RBD y las mutaciones K417N y L18F en la proteína S que resultaron en respuestas inmunitarias deficientes.
SARS-CoV-2 P.1 VOC fue la tercera variante que surgió en Japón y Brasil a principios de 2021 con una S altamente mutada. Los informes identificaron muchas mutaciones y encontraron que 12 estaban dentro del RBD en sitios clave similares a las variantes anteriores.
La variante Delta, B.1.617, observada inicialmente en India en abril de 2021, se extendió rápidamente y reemplazó a las variantes circulantes. Tenía mutaciones notables como L452R, T478K y P681R asociadas con características de alta transmisión y escape inmunológico.
La variante SARS-CoV-2 Omicron (B.1.1.529) es el último COV detectado en noviembre de 2021 en Sudáfrica. En comparación con el virus original, Omicron tiene 30 cambios de aminoácidos, tres pequeñas deleciones y una pequeña inserción en la proteína espiga. En los bronquios (vías respiratorias de los pulmones), Omicron se multiplica unas 70 veces más rápido que la variante Delta. Aún así, parece ser menos grave que las cepas anteriores, especialmente cuando se compara con la variante Delta. Puede ser más difícil para Omicron penetrar en el tejido pulmonar profundo. En comparación con la variante delta, las infecciones de Omicron provocan un 91 % menos de muertes y un 51 % menos de hospitalizaciones. Debido a su tasa de propagación extremadamente alta y su capacidad para evadir tanto las vacunas dobles como el sistema inmunitario del organismo, el número de pacientes que requieren tratamiento hospitalario en un momento dado sigue siendo muy alto. Se han identificado muchas mutaciones en esta variante, algunas de las cuales han preocupado a los científicos. La variante Omicron tiene un total de 60 mutaciones en comparación con la variante de referencia/ancestro: 50 mutaciones no sinónimas, 8 mutaciones sinónimas y 2 mutaciones no codificantes. Veintidós mutaciones afectan a la proteína espiga, el principal objetivo antigénico de los anticuerpos que se generan durante las infecciones y por muchas vacunas. Muchas de esas mutaciones no se han identificado previamente en cepas anteriores.
Vacunas y medicamentos contra el COVID-19
La vacunación es la estrategia más eficaz y eficiente para controlar las enfermedades infecciosas. Con más de 9700 millones de dosis de vacunas contra la COVID-19 administradas en todo el mundo, han contribuido significativamente a prevenir la propagación del virus, disminuir las hospitalizaciones y la gravedad de la enfermedad, y reducir el impacto de la pandemia.
Los países con altos recursos de vacunas han logrado tasas de vacunación más altas que las naciones de bajos recursos, y esta inequidad en el acceso y la distribución de vacunas puede crear un caldo de cultivo para más variantes que amenazan a las regiones con tasas de vacunación sólidas.
La terapia antiviral como Remdesivir inhibe la replicación del ARN del SARS-CoV-2 y es el antiviral más utilizado para el tratamiento de COVID-19. El uso de antibióticos también se ha explorado en el contexto del tratamiento de COVID-19. El antibiótico glicopéptido teicoplanina inhibe la catepsina L, que es vital para la entrada viral en las células. También se han sugerido terapias con anticuerpos monoclonales y plasma convaleciente para el tratamiento de COVID-19 como medidas adicionales.
Ilustración esquemática de la transmisión del SARS-CoV-2 y el alcance de las medidas preventivas discutidas en esta revisión. Creado con BioRender.com.
Se han diseñado algunas terapias novedosas a nivel molecular basadas en la unión de la proteína S a ACE2. Los estudios examinaron la infectividad del SARS-CoV-2 mediante el despliegue de objetivos señuelo para la terapia. Por ejemplo, un estudio realizado en células de riñón embrionario humano (HEK)-293T con alta expresión de ACE2 con nanopartículas basadas en membrana enriquecidas con ACE2 reveló que el SARS-CoV-2 S interactuó selectivamente con nanopartículas ACE2 que neutraliza la unión de S al ACE2 real expresado por las células HEK, dejándolas no infectadas.
Se ha demostrado que el polifosfato inorgánico (poliP), que se secreta de forma natural a partir de las plaquetas, interrumpe la unión de S con el ACE2 huésped en forma nanoencapsulada en otro estudio. En otro desarrollo novedoso, se está evaluando un compuesto polimérico (gelán y λ-carragenina) en forma nasal para la profilaxis y prevención de la COVID-19. Además, se ha demostrado que un ingrediente del té verde, el galato de epigalocatequina, previene la infección por SARS-CoV-2 antes de la entrada en la célula.
Los enfoques de la ciencia de materiales para desarrollar superficies repelentes de virus pueden prevenir de manera efectiva la transmisión viral indirecta por contacto. La membrana SARS-CoV-2 cargada positivamente puede ser repelida creando superficies cargadas positivamente basadas en el concepto fundamental de repulsión electrostática. Se demostró que las superficies creadas por electropulverización con quitosano cargado positivamente repelen los virus que podrían analizarse para SARS-CoV-2.
En conclusión, la presente revisión exploró varias intervenciones posibles, como terapias clínicas, métodos basados en la ciencia física y la ciencia de los materiales para contrarrestar el COVID-19. Si bien se requiere más investigación, los enfoques basados en la ciencia física y de materiales podrían ser prometedores porque estas intervenciones son independientes de la evolución y las mutaciones virales.
