Artículo elaborado por estudiantes de la Facultad de Ciencias y Filosofía de la UPCH destaca entre los 100 más descargados de Scientific Reports del 2021

Se trata de Gabriel Jiménez, egresado de Biología, actual estudiante de Química y recientemente aceptado en el Doctorado en Biofísica en la Universidad de Johns Hopkins; Ana Paula Vargas, egresada de Biología y estudiante del Doctorado en Biofísica de la Universidad de California, Berkeley; y Nicolás Delgado, egresado de Biología y estudiante de la Maestría de Ciencias Moleculares de la Vida en la Universidad de Göttingen.

Cabe resaltar que el artículo fue elaborado el año 2021, cuando Ana Paula y Nicolás se encontraban también en pregrado.

De izquierda a derecha: Nicolás Delgado, Ana Paula Vargas y Gabriel Jiménez

Principios de la investigación

La investigación surgió debido al contexto de pandemia y se desarrolló en el Laboratorio de Bioinformática y Biología Molecular, bajo la supervisión del Dr. Miguel Quiliano y el Dr. Mirko Zimic. De esta manera, se realizó un estudio computacional para entender los cambios conformacionales de la proteasa principal del SARS-CoV-2, inducidos por moléculas pequeñas, con el objetivo de generar conocimiento que pueda ser utilizado para desarrollar nuevas estrategias de inhibición viral. Para esto, decidieron trabajar con flavonoides, que son fitonutrientes presentes en las frutas y vegetales que protegen al organismo del daño producido por agentes oxidantes.

La proteasa principal es una proteína dimérica, formada por dos subunidades o “partes” idénticas, y es necesaria para la replicación del virus. Por tanto, es un objetivo interesante para inhibirla con fármacos y así detener el progreso de la COVID-19. En verde y en celeste se pueden observar estas subunidades iguales.

Así, utilizaron técnicas como el docking (acoplamiento) y la dinámica molecular para identificar regiones con probabilidad de generar cambios conformacionales al unirse a los flavonoides. Además, buscaron evaluar la capacidad de estos cambios conformacionales para generar inhibición enzimática.

La investigación presente en Scientific Reports

“Nuestro análisis identificó tres sitios con probabilidad de generar cambios conformacionales al unirse a flavonoides: el sitio de unión a sustrato, y dos regiones, una en la interfase de dimerización y otra en el dominio III de la proteína, que denominamos región A y B, respectivamente”, mencionó Gabriel.

De esta manera, hicieron uso del docking molecular, que es un método que predice la conformación de unión preferida de una molécula a otra. Normalmente se utiliza para detectar compuestos que forman complejos estables con una molécula de interés y puedan inhibirla. Sin embargo, también puede usarse para identificar pequeñas regiones que al unirse a moléculas pequeñas generan inhibición, algo que la literatura llama «identificación de sitios druggables«.

En el estudio, el docking se focalizó hacia tres grandes superficies de la proteasa. En el panel (a) se observa su localización en la estructura dimérica de la proteasa, donde A encierra el sitio de unión a sustrato, B la interfase de dimerización (que contiene la región A) y C el dominio III (que contiene la región B). El panel (b) muestra la ubicación de estas zonas en una sola de las subunidades. Los últimos tres paneles son los acercamientos respectivos, siendo (c) el sitio de unión a sustrato, (d) la interfase de dimerización y (e) el dominio III.

Así, observaron detalles interesantes del mecanismo conformacional de la proteína. “Algunas moléculas que se unían favorablemente al sitio de unión a sustrato de una subunidad, generaban cambios en el sitio de unión a sustrato de la otra subunidad. Esto sustenta la hipótesis de que existe una comunicación entre ambos lugares”, comentó Gabriel.

También encontraron dos regiones que podrían desencadenar una inhibición de la proteína, a las cuales denominaron A y B. “Los ligandos que se unían a la región A de una subunidad causaban, remotamente, una disminución en la flexibilidad del sitio de unión al sustrato de la misma subunidad”, expresó. Así, al ser la flexibilidad en esta región necesaria para la catálisis, predijeron que este cambio causaría una disminución de la actividad enzimática de la proteasa.

Por otro lado, en la región B, se observó que los compuestos que se unían inducían un movimiento tipo bisagra en la proteasa, algo que solo se había observado en una estructura cristalográfica (forma sólida de cómo se ordenan y empaquetan los átomos, moléculas, o iones) de la proteasa del virus anterior, el SARS-CoV, sobre el cual se comprobó que este movimiento está relacionado a inhibición enzimática.

“Durante la realización del trabajo, dos grupos comprobaron experimentalmente que la unión de ciertas moléculas a la región A y B en efecto generaba inhibición viral. Esto validó nuestra estrategia y dio fuerza a que los movimientos identificados puedan ser los mecanismos por los cuales la unión de moléculas a estos sitios genera inhibición”, resaltó Gabriel.

Un compromiso con la ciencia

Estudiar cómo compuestos pequeños, en este caso flavonoides, generan cambios conformacionales en la proteína que se relacionan directamente con la inhibición de esta, y por ende, con la represión del virus, es un importante aporte para la lucha contra la pandemia.

“Publicar un artículo es un hito importante en la carrera científica porque significa esfuerzo, trabajo y poner en práctica nuestros conocimientos. No hay mejor experiencia de investigación, al menos durante el pregrado, que la de publicar. Esto requiere estar al día con la literatura, desarrollar habilidades de manejo de proyectos, y nos expone a oportunidades de networking. También desarrolla resiliencia. Los artículos pasan por un proceso de revisión donde se suelen solicitar correcciones, aclaraciones o experimentos nuevos”, comentó Ana Paula.

“Además, esta investigación contribuye en la búsqueda de fármacos contra el COVID-19 y a entender cómo funciona la proteasa principal del SARS-CoV-2”, añadió. De esta manera, el equipo espera que este conocimiento contribuya a futuras investigaciones. “También queremos que sirva como referencia a futuras metodologías de virtual screening. Hay muchas herramientas disponibles, pero su uso erróneo lleva con frecuencia a resultados cuestionables”, mencionó Nicolás Delgado.

El resultado va dando frutos, debido a que Scientific Reports ha considerado el artículo como uno de los 100 más descargados del 2021.

Aprendizaje y consejo

La elaboración del artículo también significó un aprendizaje personal en cada uno. Así, Nicolás nos comentó lo siguiente:

“Descubrí cosas que no se enseñan hasta que estás en la cancha, en el laboratorio. También aprendí sobre el valor de la distribución eficaz del trabajo y de la coordinación grupal, aunque eso también significa aceptar críticas de supervisores y coinvestigadores por igual”.

Por otro lado, Gabriel Jiménez decidió dar un mensaje a la comunidad herediana con interés en la investigación:

“En Cayetano, los estudiantes de pregrado podemos hacer investigaciones interesantes con relevancia y aplicación práctica por la calidad de la formación que recibimos. No obstante, debemos tener en cuenta que para lograr esto, el tema de investigación debe ser de nuestro interés y ser conscientes de que nos demandará mucho tiempo y esfuerzo. Por ello, es importante ser curiosos, resilientes y saber comunicar. Una buena manera de prepararse para escribir artículos es formar parte de grupos que incentiven a redactar textos pequeños sobre ciencia. Por ejemplo, Ana Paula y yo fuimos miembros fundadores de The Novice Scientist, la primera (y única hasta la fecha) revista de estudiantes de nuestra facultad. Sin duda, escribir notas para esta revista fortaleció nuestras capacidades de redacción y nos ayudó en la composición del artículo”, finalizó.

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