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Según el documento a continuación, la secuencia de la proteína del pico de coronavirus estaba disponible para los científicos a fines de febrero de 2020, el inicio de la línea de tiempo de marzo de 2020. Tenía esta pregunta de que ¿por qué la secuenciación de una proteína viral lleva tanto tiempo (soy un ingeniero de software, actualmente estoy estudiando biología molecular para comprender mejor la pandemia, por lo tanto, no lo sé en serio!)? El motivo de la pregunta es porque, en caso de otra epidemia, es posible que tengamos que dedicar mucho tiempo de nuevo a secuenciar la proteína. ¡Esto podría ser una preocupación real!
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7151553/#:~:text=At%20the%20time%20of%20the,remain%20identical%20or%20almost%20so.
La secuenciación de un genoma viral requiere el aislamiento del virus, la propagación en cultivo celular, la extracción de ácidos nucleicos y la preparación de una biblioteca de secuenciación. Una vez que se obtienen las secuencias, se puede ensamblar un genoma de novo utilizando lecturas de escopeta (no dirigidas), y las brechas en el genoma se pueden abarcar con la secuenciación de Sanger (dirigida). Este proceso puede llevar de semanas a meses dependiendo de la disponibilidad de recursos y las características de crecimiento del virus.
Para obtener detalles sobre cómo se secuenció el genoma de 2019-nCoV, consulte Zhu et al., publicado en enero de 2020:
Un nuevo coronavirus de pacientes con neumonía en China, 2019
La secuenciación del ADN (que es lo que se hizo para el virus COVID, después de la transcripción inversa, ya que es un virus de ARN) no lleva mucho tiempo. Un instrumento NextSeq puede proporcionar resultados en <24 horas. Las secuencias de proteínas se infieren a partir de la secuencia de ADN utilizando un software de llamada de genes / ORF.
@Acvill sugiere algo de esto, aunque creo que son pesimistas sobre las estimaciones de tiempo. Los genomas virales son bastante fáciles de ensamblar (en cuestión de horas). En principio, también puede prescindir del paso de aislamiento, aunque eso hace que el análisis sea más complejo.
Son todas las cosas médicas y bioinformáticas relacionadas con la secuenciación, p. Ej. aislamiento y análisis y papeleo ético (¡necesario!), que lleva tiempo.
La secuenciación de COVID-19
La Dra. Charlotte Houldcroft emerge brevemente de su tienda dentro de un laboratorio en el Cambridge Biomedical Campus.
La Dra. Charlotte Houldcroft emerge brevemente de su tienda dentro de un laboratorio en el Cambridge Biomedical Campus.
Los laboratorios de todo el país se han convertido a la secuenciación genética de muestras de coronavirus para ayudar a rastrear su mutación y propagación. La iniciativa, COG-UK, está dirigida por Cambridge. Hablamos con uno de los científicos que nos prestó su tiempo y experiencia. & # xA0
El profesor Ian Goodfellow con la Dra.Charlotte Houldcroft y otros voluntarios de COG-UK durante la capacitación previa al cierre (antes de las directivas de distanciamiento social).
El profesor Ian Goodfellow con la Dra.Charlotte Houldcroft y otros voluntarios de COG-UK durante la capacitación previa al cierre (antes de las directivas de distanciamiento social).
Los científicos generalmente trabajan en parejas, intercambiando tareas para proporcionar alivio y comprobando el trabajo de los demás. Las muestras de virus llegan al día siguiente de ser tomadas, adjuntas a un código de barras anónimo. Una vez que se prepara la muestra, se pipetea en el puerto de inyección del último secuenciador minION portátil.
& # x201C Las propiedades químicas de cada base de ADN cambian la corriente eléctrica en la máquina, por lo que lee el ADN muy rápido, & # x201D explica Houldcroft. & # x201C En lugar de tomar hasta dos días, toma de una a ocho horas. & # x201D Esto significa que su laboratorio puede secuenciar los genomas de entre 24 y 70 muestras de virus al día. & # xA0
& # x2018 Retrocede el reloj & # x2019
Un virus es esencialmente un paquete parasitario de genética programado para copiarse a sí mismo dentro de un anfitrión. Los coronavirus están encerrados en una capa de grasa, por lo que el jabón es tan eficaz, dice Houldcroft. & # x201CIt descompone la grasa y las entrañas genéticas del virus se derraman. & # x201D
A medida que Covid-19 se replica dentro de un host, se cometen errores. La mayoría de estas pequeñas mutaciones genéticas no influyen en la eficacia del virus. Sin embargo, los científicos pueden rastrearlos mediante la secuenciación del genoma del virus.
Las mutaciones menores conducen a linajes sutilmente diferentes. Esto se puede ver en la secuencia de ARN y se usa para determinar la filogenética: el árbol genealógico del coronavirus, a medida que se divide y se diversifica. De manera muy aproximada, se produce una mutación cada 20 & # x201C eventos de transmisión & # x201D o aproximadamente una vez cada dos semanas. & # xA0
Tubos anonimizados de ARN de coronavirus que serán preparados para secuenciación por el equipo de COG-UK.
Tubos anonimizados de ARN de coronavirus que serán preparados para secuenciación por el equipo de COG-UK.
& # x201C Miras la diversidad en el genoma y tratas de hacer retroceder el reloj: averiguar qué son las mutaciones, cuándo ocurrieron y dónde surgió esta cepa y cómo encaja en el patrón del Reino Unido, & # x201D, dice Houldcroft.
& # x201C Algunas de las primeras muestras del virus en el Reino Unido, los visitantes chinos en York y el grupo en Brighton, no están tan estrechamente relacionados con lo que estamos viendo en el país ahora. Sugiere que el rastreo y el rastreo al principio funcionaron. & # X201D
& # x201CI No fue hasta que comenzó a extenderse por Europa y los EE. UU. que recibimos múltiples presentaciones en el Reino Unido. Los grupos de virus en Gales, por ejemplo, tuvieron contribuciones de todo el mundo. No hay & # x2019s ni una sola cepa galesa. & # X201D
Como era de esperar, quizás, muchas cepas del Reino Unido están estrechamente relacionadas con las de países vecinos, como Francia y Holanda, siendo Londres la que presenta la mayor diversidad viral.
Los datos de secuenciación de todo el país se cargan varias veces al día, lo que alimenta un panorama general que se analiza minuciosamente en los niveles superiores del consorcio de la COG. Esto se puede utilizar en modelos matemáticos para proporcionar mejores indicaciones de las tasas de infección.
También puede marcar si parte del país comienza a & # x201C comportarse de manera extraña & # x201D, dice Houldcroft. & # x201C Si tiene una expansión repentina de un solo linaje viral en algún lugar, sabe que debe observar de cerca esa área & # x2019s medidas de contención, concentrar los recursos & quot.
& # x201CI Si tiene una sala de COVID con varios ejemplos del mismo linaje, es posible que tenga un brote local dentro de un área, comunidad o incluso un hospital en particular. Mientras que la diversidad de virus sugiere una infección previa al bloqueo. & # X201D Este trabajo de detective genético puede ayudar a localizar la transmisión & # x201Chot spots & # x201D, o asegurar que los pasos para controlar la infección están funcionando.
Uno de los secuenciadores de ADN MinION portátiles utilizados por Charlotte y el equipo de COG-UK.
Uno de los secuenciadores de ADN MinION portátiles utilizados por Charlotte y el equipo de COG-UK.
Una de las características verdaderamente inquietantes del nuevo coronavirus es su imprevisibilidad. Muchos casi no presentan síntomas, mientras que algunas personas jóvenes y aparentemente sanas terminan con neumonía o algo peor. Además de la detección a corto plazo, COG-UK está creando un recurso invaluable para la prevención a largo plazo.
& # x201C Usando registros médicos electrónicos, finalmente podremos ver si los cambios en el genoma viral están asociados con síntomas más o menos severos, o si causan problemas para aquellos con condiciones subyacentes particulares, & # x201D dice Houldcroft. & # xA0.
Herpes y Corona
El pariente más cercano conocido de COVID-19 & # x2019 se encontró en murciélagos hace siete años en China. Se cree que el nuevo coronavirus saltó al & # x201Creservoir & # x201D humano a través de una especie intermediaria, posiblemente el muy perseguido pangolín, comercializado por sus escamas. & # XA0 & # xA0 & # xA0
Los miembros de esta familia de virus & # x2013 nombrados así por sus proteínas protuberantes que se asemejan a una corona puntiaguda & # x2013 han causado problemas a los humanos durante mucho tiempo, causando tos y resfriados en la infancia. Houldcroft señala que la genética de las coronas familiares se remonta a la Edad Media.
& # x201C Los obtenemos de niños, desarrollamos una inmunidad y luego el único reservorio disponible para el virus es la próxima generación. Pero COVID-19 es nuevo para los humanos: nadie tiene inmunidad. & # X201D & # xA0 & # xA0 & # xA0 & # xA0
& # x201CMutaciones en las proteínas de pico, probablemente en el ancestro de los murciélagos, es lo que hizo que este virus fuera tan exitoso & # x2013 ayudándolo a acceder a las células de nuestros pulmones. Estamos atentos a nuevas mutaciones dentro de estas proteínas, que podrían afectar las estrategias de vacunación. & # X201D & # xA0
Las vacunas COVID-19 se centran en la proteína de pico, pero aquí hay otro objetivo
Crédito: Kateryna Kon / ShutterstockLos últimos resultados de los ensayos de vacunas de fase 3 COVID-19 han sido muy positivos. Estos han demostrado que vacunar a las personas con el gen de la proteína de pico del SARS-CoV-2 puede inducir una excelente inmunidad protectora.
La proteína de pico es el foco de la mayoría de las vacunas COVID-19, ya que es la parte del virus que le permite ingresar a nuestras células. La replicación del virus solo ocurre dentro de las células, por lo que bloquear la entrada evita que se produzcan más virus. Si una persona tiene anticuerpos que pueden reconocer la proteína de pico, esto debería detener al virus en seco.
Las tres vacunas más avanzadas (de Oxford / AstraZeneca, Pfizer / BioNTech y Moderna) funcionan al hacer que nuestras propias células hagan copias de la proteína del pico del virus. La vacuna de Oxford logra esto al introducir el gen de la proteína de pico a través de un vector de adenovirus inofensivo. Las otras dos vacunas administran el gen de la proteína de pico directamente como ARNm envuelto en una nanopartícula. Cuando nuestras propias células producen la proteína de pico, nuestra respuesta inmune la reconocerá como extraña y comenzará a producir anticuerpos y células T que la atacan específicamente.
Sin embargo, el virus SARS-CoV-2 es más complicado que una simple proteína de pico. De hecho, hay cuatro proteínas diferentes que forman la estructura general de la partícula del virus: pico, envoltura (E), membrana (M) y nucleocápside (N). En una infección natural, nuestro sistema inmunológico reconoce todas estas proteínas en diversos grados. Entonces, ¿qué importancia tienen las respuestas inmunitarias a estas diferentes proteínas? ¿Importa que las primeras vacunas no las replicarán?
Después de la infección por SARS-CoV-2, los investigadores han descubierto que en realidad producimos la mayor cantidad de anticuerpos contra la proteína N, no la proteína de pico. Esto es lo mismo para muchos virus diferentes que también tienen proteínas N. Pero la forma en que los anticuerpos de la proteína N nos protegen de las infecciones ha sido un misterio de larga data. Esto se debe a que la proteína N solo se encuentra dentro de la partícula del virus, envuelta alrededor del ARN. Por lo tanto, los anticuerpos de la proteína N no pueden bloquear la entrada del virus, no se medirán en ensayos de neutralización que prueben esto en el laboratorio y, por lo tanto, se han pasado por alto en gran medida.
Partes del coronavirus, incluida la proteína N. Crédito: OSweetNature / ShutterstockNuevo mecanismo descubierto
Nuestro último trabajo del Laboratorio de Biología Molecular MRC en Cambridge ha revelado un nuevo mecanismo sobre cómo los anticuerpos de la proteína N pueden proteger contra enfermedades virales. Hemos estudiado otro virus que contiene una proteína N llamada virus de la coriomeningitis linfocítica y hemos demostrado un papel sorprendente para un receptor de anticuerpos inusual llamado TRIM21.
Mientras que normalmente se piensa que los anticuerpos solo funcionan fuera de las células, TRIM21 solo se encuentra dentro de las células. Hemos demostrado que los anticuerpos de la proteína N que ingresan a las células son reconocidos por TRIM21, que luego tritura la proteína N asociada. A continuación, se muestran pequeños fragmentos de proteína N en la superficie de las células infectadas. Las células T reconocen estos fragmentos, identifican las células como infectadas y luego matan la célula y, en consecuencia, cualquier virus.
Esperamos que este papel recientemente identificado para los anticuerpos de la proteína N en la protección contra la infección por virus sea importante para el SARS-CoV-2, y se está trabajando para explorar esto más a fondo. Esto sugiere que las vacunas que inducen anticuerpos contra la proteína N, así como anticuerpos de pico, podrían ser valiosas, ya que estimularían otra forma en la que nuestra respuesta inmune puede eliminar el SARS-CoV-2.
La adición de proteína N a las vacunas contra el SARS-CoV-2 también podría ser útil porque la proteína N es muy similar entre diferentes coronavirus, mucho más que la proteína de pico. Esto significa que es posible que una respuesta inmune protectora contra la proteína N del SARS-CoV-2 también ofrezca cierta protección contra otros coronavirus relacionados, como el Mers.
Otro beneficio potencial que puede surgir de la inclusión de la proteína N en las vacunas contra el SARS-CoV-2 se debe a las bajas tasas de mutación observadas en la secuencia de la proteína N. Se han informado algunos cambios en la secuencia de SARS-CoV-2 durante el transcurso de esta pandemia, y los cambios más significativos ocurren en la proteína de pico. Existe cierta preocupación de que si la secuencia de picos se altera demasiado, se necesitarán nuevas vacunas. Esto podría ser similar a la necesidad actual de actualización anual de las vacunas contra la influenza. Sin embargo, como la secuencia de la proteína N es mucho más estable que el pico, es probable que las vacunas que incluyen un componente dirigido a la proteína N sean efectivas durante más tiempo.
La primera ola de vacunas contra el SARS-CoV-2 brinda una esperanza genuina de que este virus se pueda controlar mediante la vacunación. A partir de aquí, será una búsqueda constante desarrollar vacunas aún mejores y otras que puedan seguir siendo efectivas frente a un virus en evolución. Las vacunas futuras probablemente se centrarán en algo más que la proteína de pico del SARS-CoV-2, y la proteína N es un objetivo prometedor para agregar a las estrategias actuales que se están considerando.
Este artículo se ha vuelto a publicar de The Conversation con una licencia de Creative Commons. Lea el artículo original.
Para obtener más información sobre las tecnologías de secuenciación de ADN y su uso:
MedlinePlus Genetics analiza si todos los cambios genéticos afectan la salud y el desarrollo.
El Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano proporciona una ilustración de la disminución del costo de la secuenciación del ADN, incluida la causada por la introducción de nuevas tecnologías.
El Colegio Estadounidense de Genética y Genómica Médica ha establecido sus políticas con respecto a la secuenciación del exoma completo y del genoma completo, incluido cuándo deben usarse estos métodos, qué resultados pueden surgir y qué podrían indicar los resultados.
GeneReviews compara la secuenciación del genoma completo, la secuenciación del exoma completo y la secuenciación de una selección de genes individuales, particularmente su uso en el diagnóstico de enfermedades genéticas.
La Fundación PHG proporciona una descripción general de la secuenciación del genoma completo y cómo se puede utilizar en la atención médica.
El Centro de Genómica de la Facultad de Medicina de Mount Sinai describe las técnicas utilizadas en la secuenciación del exoma completo.
La exposición del Museo Nacional Smithsonian de Historia Natural 'Genoma: Desbloqueo del código de la vida' analiza los avances realizados en la secuenciación del ADN.
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- Autores: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
- Editor / sitio web: OpenStax
- Título del libro: Biología para cursos AP®
- Fecha de publicación: 8 de marzo de 2018
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Receptores de superficie celular
Receptores de superficie celular, también conocidos como receptores transmembrana, son proteínas de la superficie celular, ancladas a la membrana (integrales) que se unen a moléculas de ligando externas. Este tipo de receptor atraviesa la membrana plasmática y realiza la transducción de señales, en la que una señal extracelular se convierte en una señal intercelular. Los ligandos que interactúan con los receptores de la superficie celular no tienen que entrar en la célula a la que afectan. Los receptores de la superficie celular también se denominan proteínas o marcadores específicos de la célula porque son específicos de los tipos de células individuales.
Cada receptor de la superficie celular tiene tres componentes principales: un dominio de unión a ligando externo, una región hidrófoba que atraviesa la membrana y un dominio intracelular dentro de la célula. El dominio de unión al ligando también se denomina dominio extracelular. El tamaño y la extensión de cada uno de estos dominios varían ampliamente, dependiendo del tipo de receptor.
Debido a que las proteínas receptoras de la superficie celular son fundamentales para el funcionamiento celular normal, no debería sorprender que un mal funcionamiento en cualquiera de estas proteínas pueda tener consecuencias graves. Se ha demostrado que los errores en las estructuras proteicas de ciertas moléculas receptoras influyen en la hipertensión (presión arterial alta), el asma, las enfermedades cardíacas y el cáncer.
Cómo reconocen los virus a un anfitrión
A diferencia de las células vivas, muchos virus no tienen membrana plasmática ni ninguna de las estructuras necesarias para sustentar la vida. Algunos virus están compuestos simplemente por una capa de proteína inerte que contiene ADN o ARN. Para reproducirse, los virus deben invadir una célula viva, que sirve como anfitrión, y luego apoderarse del aparato celular del anfitrión. Pero, ¿cómo reconoce un virus a su anfitrión?
Los virus a menudo se unen a los receptores de la superficie celular de la célula huésped. Por ejemplo, el virus que causa la influenza humana (gripe) se une específicamente a los receptores en las membranas de las células del sistema respiratorio. Las diferencias químicas en los receptores de la superficie celular entre los huéspedes significan que un virus que infecta a una especie específica (por ejemplo, humanos) no puede infectar a otra especie (por ejemplo, pollos).
Sin embargo, los virus tienen cantidades muy pequeñas de ADN o ARN en comparación con los humanos y, como resultado, la reproducción viral puede ocurrir rápidamente. La reproducción viral produce invariablemente errores que pueden conducir a cambios en los virus recién producidos, estos cambios significan que las proteínas virales que interactúan con los receptores de la superficie celular pueden evolucionar de tal manera que pueden unirse a los receptores en un nuevo huésped. Dichos cambios ocurren aleatoriamente y con bastante frecuencia en el ciclo reproductivo de un virus, pero los cambios solo importan si un virus con nuevas propiedades de unión entra en contacto con un huésped adecuado. En el caso de la influenza, esta situación puede ocurrir en entornos donde los animales y las personas están en contacto cercano, como las granjas avícolas y porcinas. Una vez que un virus pasa a un nuevo anfitrión, se puede propagar rápidamente. Los científicos observan de cerca los virus que aparecen recientemente (llamados virus emergentes) con la esperanza de que tal monitoreo pueda reducir la probabilidad de epidemias virales globales.
Los receptores de la superficie celular están involucrados en la mayor parte de la señalización en organismos multicelulares. Hay tres categorías generales de receptores de superficie celular: receptores ligados a canales iónicos, receptores ligados a proteínas G y receptores ligados a enzimas.
Figura 2. Los canales iónicos con compuerta forman un poro a través de la membrana plasmática que se abre cuando la molécula de señalización se une. El poro abierto permite que los iones entren o salgan de la celda.
Receptores ligados a canales de iones se unen a un ligando y abren un canal a través de la membrana que permite el paso de iones específicos. Para formar un canal, este tipo de receptor de superficie celular tiene una extensa región que atraviesa la membrana. Para interactuar con las colas de fosfolípidos de ácidos grasos que forman el centro de la membrana plasmática, muchos de los aminoácidos en la región que atraviesa la membrana son de naturaleza hidrófoba. Por el contrario, los aminoácidos que recubren el interior del canal son hidrófilos para permitir el paso del agua o los iones. Cuando un ligando se une a la región extracelular del canal, hay un cambio conformacional en la estructura de las proteínas que permite el paso de iones como sodio, calcio, magnesio e hidrógeno (Figura 2).
Receptores ligados a proteína G se unen a un ligando y activan una proteína de membrana llamada proteína G. La proteína G activada luego interactúa con un canal iónico o una enzima en la membrana (Figura 3). Todos los receptores ligados a proteína G tienen siete dominios transmembrana, pero cada receptor tiene su propio dominio extracelular específico y sitio de unión a proteína G.
La señalización celular que usa receptores ligados a proteína G ocurre como una serie cíclica de eventos. Antes de que el ligando se una, la proteína G inactiva puede unirse a un sitio recientemente revelado en el receptor específico para su unión. Una vez que la proteína G se une al receptor, el cambio de forma resultante activa la proteína G, que libera GDP y recoge GTP. Las subunidades de la proteína G luego se dividen en α subunidad y la βγ subunidad. Como resultado, uno o ambos de estos fragmentos de proteína G pueden activar otras proteínas. Después de un tiempo, el GTP en el activo α subunidad de la proteína G se hidroliza a GDP y la βγ la subunidad está desactivada. Las subunidades se vuelven a asociar para formar la proteína G inactiva y el ciclo comienza de nuevo.
Figura 3. Las proteínas G heterotriméricas tienen tres subunidades: α, β, y γ. Cuando una molécula de señalización se une a un receptor acoplado a proteína G en la membrana plasmática, una molécula de GDP asociada con el α La subunidad se intercambia por GTP. los β y γ subunidades se disocian de la α subunidad, y una respuesta celular es desencadenada por la α subunidad o la disociada βγ par. La hidrólisis de GTP a GDP termina la señal.
Los receptores ligados a la proteína G se han estudiado extensamente y se ha aprendido mucho sobre su papel en el mantenimiento de la salud. Las bacterias que son patógenas para los seres humanos pueden liberar venenos que interrumpen la función específica del receptor ligado a la proteína G, lo que conduce a enfermedades como la tos ferina, el botulismo y el cólera.
Figura 4. Transmitido principalmente a través del agua potable contaminada, el cólera es una de las principales causas de muerte en el mundo en desarrollo y en áreas donde los desastres naturales interrumpen la disponibilidad de agua potable. (crédito: Comisión Sanitaria de la Ciudad de Nueva York)
En el cólera (Figura 4), por ejemplo, la bacteria transmitida por el agua Vibrio cholerae produce una toxina, el cólerageno, que se une a las células que recubren el intestino delgado. Luego, la toxina ingresa a estas células intestinales, donde modifica una proteína G que controla la apertura de un canal de cloruro y hace que permanezca continuamente activo, lo que resulta en grandes pérdidas de líquidos del cuerpo y, como resultado, una deshidratación potencialmente fatal.
El saneamiento moderno elimina la amenaza de brotes de cólera, como el que azotó la ciudad de Nueva York en 1866. Este cartel de esa época muestra cómo, en ese momento, no se entendía la forma en que se transmitía la enfermedad.
Receptores ligados a enzimas son receptores de superficie celular con dominios intracelulares que están asociados con una enzima. En algunos casos, el dominio intracelular del propio receptor es una enzima. Otros receptores ligados a enzimas tienen un pequeño dominio intracelular que interactúa directamente con una enzima. Los receptores ligados a enzimas normalmente tienen grandes dominios extracelulares e intracelulares, pero la región que atraviesa la membrana consta de una única región alfa helicoidal de la hebra peptídica. Cuando un ligando se une al dominio extracelular, se transfiere una señal a través de la membrana que activa la enzima. La activación de la enzima desencadena una cadena de eventos dentro de la célula que eventualmente conduce a una respuesta. Un ejemplo de este tipo de receptor ligado a enzimas es el receptor de tirosina quinasa (Figura 5). Una quinasa es una enzima que transfiere grupos fosfato del ATP a otra proteína. El receptor de tirosina quinasa transfiere grupos fosfato a moléculas de tirosina (residuos de tirosina). Primero, las moléculas de señalización se unen al dominio extracelular de dos receptores de tirosina quinasa cercanos. Los dos receptores vecinos se unen o se dimerizan. A continuación, se añaden fosfatos a los residuos de tirosina en el dominio intracelular de los receptores (fosforilación). Los residuos fosforilados pueden luego transmitir la señal al siguiente mensajero dentro del citoplasma.
Pregunta de práctica
Figura 5. Un receptor de tirosina quinasa es un receptor ligado a enzima con una única región transmembrana y dominios extracelulares e intracelulares. La unión de una molécula de señalización al dominio extracelular hace que el receptor se dimerice. A continuación, los residuos de tirosina en el dominio intracelular se autofosforilan, lo que desencadena una respuesta celular aguas abajo. La señal termina con una fosfatasa que elimina los fosfatos de los residuos de fosfotirosina.
HER2 es un receptor de tirosina quinasa. En el 30 por ciento de los cánceres de mama humanos, HER2 se activa permanentemente, lo que resulta en una división celular no regulada. El lapatinib, un medicamento que se usa para tratar el cáncer de mama, inhibe la autofosforilación del receptor de tirosina quinasa de HER2 (el proceso por el cual el receptor agrega fosfatos sobre sí mismo), reduciendo así el crecimiento tumoral en un 50 por ciento. Además de la autofosforilación, ¿cuál de los siguientes pasos sería inhibido por Lapatinib?
Se revela que los virus son uno de los principales impulsores de la evolución humana
La batalla constante entre patógenos y sus huéspedes ha sido reconocida durante mucho tiempo como un motor clave de la evolución, pero hasta ahora los científicos no han tenido las herramientas para observar estos patrones a nivel mundial en especies y genomas. En un nuevo estudio, los investigadores aplican análisis de big data para revelar el alcance total del impacto de los virus en la evolución de los seres humanos y otros mamíferos.
Sus hallazgos sugieren un asombroso 30 por ciento de todas las adaptaciones de proteínas desde que la divergencia de los humanos con los chimpancés ha sido impulsada por virus.
"Cuando tienes una pandemia o una epidemia en algún momento de la evolución, la población a la que ataca el virus se adapta o se extingue. Lo sabíamos, pero lo que realmente nos sorprendió es la fuerza y la claridad del patrón que encontramos, ", dijo David Enard, Ph.D., becario postdoctoral en la Universidad de Stanford y primer autor del estudio. "Esta es la primera vez que se ha demostrado que los virus tienen un impacto tan fuerte en la adaptación".
El estudio fue publicado recientemente en la revista eLife y se presentará en The Allied Genetics Conference, una reunión organizada por la Genetics Society of America, el 14 de julio.
Las proteínas realizan una amplia gama de funciones que hacen que nuestras células sigan funcionando. Al revelar cómo pequeños ajustes en la forma y composición de las proteínas han ayudado a los humanos y otros mamíferos a responder a los virus, el estudio podría ayudar a los investigadores a encontrar nuevas pistas terapéuticas contra las amenazas virales actuales.
"Estamos aprendiendo qué partes de la célula se han utilizado para combatir virus en el pasado, presumiblemente sin efectos perjudiciales en el organismo", dijo el autor principal del estudio, Dmitri Petrov, Ph.D., Michelle y Kevin Douglas, profesor de biología. y presidente asociado del Departamento de Biología de Stanford. "Eso debería darnos una idea de los puntos de presión y ayudarnos a encontrar proteínas para investigar nuevas terapias".
Las investigaciones anteriores sobre las interacciones entre virus y proteínas se han centrado casi exclusivamente en proteínas individuales que están directamente involucradas en la respuesta inmune, el lugar más lógico en el que esperaría encontrar adaptaciones impulsadas por virus. Este es el primer estudio que analiza globalmente todos los tipos de proteínas.
"El gran avance aquí es que no son solo las proteínas inmunes muy especializadas las que se adaptan contra los virus", dijo Enard. "Prácticamente cualquier tipo de proteína que entra en contacto con los virus puede participar en la adaptación contra los virus. Resulta que hay al menos tanta adaptación fuera de la respuesta inmune como dentro de ella".
El primer paso del equipo fue identificar todas las proteínas que se sabe que interactúan físicamente con los virus. Después de revisar minuciosamente decenas de miles de resúmenes científicos, Enard seleccionó la lista de unas 1.300 proteínas de interés. Su siguiente paso fue construir algoritmos de big data para rastrear bases de datos genómicas y comparar la evolución de las proteínas que interactúan con los virus con la de otras proteínas.
Los resultados revelaron que las adaptaciones se han producido tres veces más frecuentemente en proteínas que interactúan con virus en comparación con otras proteínas.
"Todos estamos interesados en cómo es que nosotros y otros organismos hemos evolucionado, y en las presiones que nos hicieron lo que somos", dijo Petrov. "El descubrimiento de que esta batalla constante con los virus nos ha moldeado en todos los aspectos, no solo en las pocas proteínas que combaten las infecciones, sino en todo, es profundo. Todos los organismos han estado viviendo con virus durante miles de millones de años. Este trabajo muestra que esas interacciones han afectado a todas las partes de la célula ".
Los virus secuestran casi todas las funciones de las células de un organismo huésped para replicarse y propagarse, por lo que tiene sentido que impulsen la evolución de la maquinaria celular en mayor medida que otras presiones evolutivas como la depredación o las condiciones ambientales. El estudio arroja luz sobre algunos misterios biológicos de larga data, como por qué especies estrechamente relacionadas han desarrollado una maquinaria diferente para realizar funciones celulares idénticas, como la replicación del ADN o la producción de membranas. Los investigadores anteriormente no sabían qué fuerza evolutiva podría haber causado tales cambios. "Este documento es el primero con datos lo suficientemente grandes y limpios para explicar muchos de estos acertijos de una sola vez", dijo Petrov.
El equipo ahora está utilizando los hallazgos para profundizar en las epidemias virales pasadas, con la esperanza de obtener información que ayude a combatir las enfermedades en la actualidad. Por ejemplo, los virus similares al VIH se han propagado a través de las poblaciones de nuestros antepasados, así como de otras especies animales en múltiples puntos a lo largo de la historia evolutiva. Observar los efectos de tales virus en poblaciones específicas podría darnos una nueva comprensión de nuestra guerra constante con los virus y cómo podríamos ganar la próxima gran batalla.
Influenza, comúnmente conocida como gripe, es causada por un virus que ataca el tracto respiratorio superior (es decir, la nariz, la garganta y los pulmones). El clima frío y seco permite que el virus sobreviva más tiempo fuera del cuerpo que en clima cálido. Por lo tanto, en regiones templadas como América del Norte, cuando planeamos disfrutar de Halloween, Acción de Gracias o Navidad, también es el momento en que nosotros o los miembros de nuestra familia tenemos una mayor probabilidad de contraer la gripe.
Hay tres tipos de virus de la influenza: A, B y C. El tipo A puede infectar a los seres humanos, otros mamíferos y aves y puede propagarse rápidamente y afectar a muchas personas. Los tipos B y C afectan solo a los humanos y el tipo C solo causa una infección leve. Los virus de la influenza tipo A se subdividen en dos categorías según las proteínas, específicamente las proteínas hemaglutinina y neuraminidasa, en la superficie del virus. El virus usa la proteína hemaglutinina (a menudo abreviada "H" o "HA") para adherirse a la célula del huésped y usa la proteína neuramidasa (a menudo abreviada "N" o "NA") para propagar la infección. Los virus de los tipos A y B evolucionan genéticamente continuamente, con cambios en el secuencia de aminoácidos de las proteínas H y N. Dado que los anfitriones reconocen la H y la N proteínas de superficie Para identificar y atacar el virus, al cambiar un poco estas proteínas, el virus evita que los huéspedes disfruten de una protección prolongada contra el virus.
Cuando una persona se vacuna contra la influenza vacuna, debería estimular una respuesta inmunitaria protectora, en particular contra las proteínas de la superficie viral en las cepas virales utilizadas para fabricar la vacuna específica. La vacuna contra la influenza generalmente contiene tres cepas de virus, dos son subtipos del tipo A y uno es del tipo B. El tipo C no está incluido en la vacuna porque solo causa una enfermedad leve y no conduce a epidemias. Para preparar la vacuna contra la influenza, se utilizan fragmentos de genes que codifican las proteínas de superficie viral H y N de cada cepa. Para que la vacuna brinde a una persona una buena protección contra el virus, la secuencias de proteínas para las proteínas H y N que se utilizan en la vacuna deben coincidir estrechamente con las secuencias de las cepas a las que la persona puede estar expuesta. Cada febrero, la Organización Mundial de la Salud (OMS), basándose en el análisis de varios laboratorios en todo el mundo, decidirá qué cepas del virus de la influenza incluir en la vacuna para el nuevo año.
¿Cómo pueden los científicos comprobar que la secuencia de proteínas de las proteínas H y N utilizadas en la vacuna coincida con las de las cepas de virus contra las que quieren proteger a las personas? Si imagina que puede sostener la proteína H o N con ambas manos y estirarla, entonces tendrá una secuencia lineal de proteínas en sus manos. Una secuencia de proteínas se compone de aminoácidos. A diferencia del alfabeto inglés, que tiene 26 letras, hay 20 aminoácidos estándar que se pueden usar para "deletrear" una proteína. In English, it is easy to align two words and compare their spellings. Even so, there is often more than one possible alignment, as shown in Figures 1 and 2. In Figure 1, one possible alignment of the words "strawberry" and "blueberry" is shown, where the only matching letter, "r," is highlighted in red.
s t r a w B mi r r y B l u mi B mi r r y _ In Figure 2, another possible alignment of these words is shown, where several matching letters, spelling "berry,"
s t r a w B mi r r y _ B l u mi B mi r r y For the words "strawberry" and "blueberry," the alignment in Figure 2 clearly gives us a greater number of matched letters between these words. Similarly, you can take two protein sequences and compare if their spelling is alike this is called sequence alignment in bioinformatics.
The alignment example is simple enough that we can do it manually. However, when we want to align two protein sequences, they can be over 100 letters long and consequently it is much more difficult and more time consuming to do it manually. Luckily, bioinformatics comes to the rescue. Bioinformática is the collection and analysis of large amount of biological data using computers and computational/statistical methods.
A powerful Internet-based bioinformatics tool for aligning sequences is EXPLOSIÓN, which stands for Basic Local Alignment Search Tool. It aligns your query sequence of interest to a collection of sequences stored in the database, or to a specific second sequence you are interested in. It compares the results, telling you which sequences or segments are similar to your query sequence.
All else being equal, we would expect that a strong match between the protein sequences for the H and/or N proteins used in the vaccine virus and the corresponding sequences in the "wild" virus to result in good protection against that virus. On the other hand, a poor match would result in weak protection against the virus. But to create a strong match, the WHO would need to accurately predict which strains people should be vaccinated against for the upcoming flu season. Is the prediction always accurate? How often is there a good match, and how often does the prediction fail and the vaccine does not give good protection against the common strains of the season? In this genetics and genomics science project, you will use BLAST to measure the quality of the match and estimate the effectiveness of a vaccine against different viruses.
Epidemiology in the Virology Laboratory
During the outbreak in 1993, definitive proof that the agent causing HPS was a novel hantavirus was obtained using a genetic detection assay. Oligonucleotide primers were designed on the basis of regions of the M segment (G2 coding region) conserved among hantaviruses and were used in a nested RT-PCR assay to amplify hantavirus-specific DNA fragments from RNA extracted from the tissues of patients. The amplified DNA fragments were then sequenced. Comparative and phylogenetic analyses of derived sequence data demonstrated that the hantavirus associated with the HPS outbreak (SNV) was a novel virus most closely related to Prospect Hill virus (PHV). In addition, a direct genetic link was made between the human HPS cases and the virus harbored byperidomestic P. maniculatus rodents. Characterization of hantaviral genetic sequences recovered from human tissues demonstrated that these sequences were identical to those from rodents captured at the site of the patient&rsquos presumed infection. This characterization has continued to facilitate identification of the site of infection when more than one such site exists and therefore focus the public health response. These techniques also allow implication of a specific rodent host in areas of overlapping hosts.
Vaccine vs Spike Protein
Given how crucial the spike protein is to the virus, many antiviral vaccines or drugs are targeted to viral glycoproteins.
For SARS-CoV-2, the vaccines produced by Pfizer/BioNTech and Moderna give instructions to our immune system to make our own version of the spike protein, which happens shortly following immunisation. Production of the spike inside our cells then starts the process of protective antibody and T cell production.
The SARS-CoV-2 virus is changing over time. NIAID-RML, CC BY
One of the most concerning features of the spike protein of SARS-CoV-2 is how it moves or changes over time during the evolution of the virus. Encoded within the viral genome, the protein can mutate and changes its biochemical properties as the virus evolves.
Most mutations will not be beneficial and either stop the spike protein from working or have no effect on its function. But some may cause changes that give the new version of the virus a selective advantage by making it more transmissible or infectious.
One way this could occur is through a mutation on a part of the spike protein that prevents protective antibodies from binding to it. Another way would be to make the spikes “stickier” for our cells.
This is why new mutations that alter how the spike functions are of particular concern – they may impact how we control the spread of SARS-CoV-2. The new variants found in the UK and elsewhere have mutations across spike and in parts of the protein involved in getting inside your cells.
Experiments will have to be conducted in the lab to ascertain if – and how – these mutations significantly change the spike, and whether our current control measures remain effective.
ABOUT THE AUTHOR
Connor Bamford is a Research Fellow, Virology, Queen’s University Belfast. Bamford is a virologist with over a decade of experience in studying how the immune system defends humans and other animals against disease-causing microbes like viruses, such as the hepatitis C virus, influenza virus and Zika virus. Bamford recently moved to Queen’s University Belfast as a ‘Wellcome Trust Institutional Strategic Support Fund (ISSF) Early Career Research Fellow’ to continue his research into the human immune system and antiviral proteins called ‘interferons’. He obtained his PhD in 2014 in molecular virology studying the mumps virus before carrying out his postdoctoral research at the MRC-University of Glasgow Centre for Virus Research (CVR) in Scotland, UK.
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