En los últimos años, las medidas de salud pública, la vigilancia y la vacunación han contribuido a lograr avances significativos en la reducción del impacto de las epidemias de gripe estacional, causadas por los virus de la gripe humana A y B. Sin embargo, un posible brote de gripe aviar A (comúnmente conocida como «gripe aviar») en mamíferos, incluidos los seres humanos, plantea una amenaza importante para la salud pública.
por el Laboratorio Europeo de Biología Molecular
El grupo Cusack del EMBL de Grenoble estudia el proceso de replicación de los virus de la gripe. Un nuevo estudio de este grupo arroja luz sobre las diferentes mutaciones que puede sufrir el virus de la gripe aviar para poder replicarse en células de mamíferos.
Algunas cepas de influenza aviar pueden causar enfermedades graves y mortalidad. Afortunadamente, las diferencias biológicas significativas entre aves y mamíferos normalmente impiden que la influenza aviar se propague de las aves a otras especies. Para infectar a los mamíferos, el virus de la influenza aviar debe mutar para superar dos barreras principales: la capacidad de entrar en la célula y replicarse dentro de ella. Para causar una epidemia o pandemia, también debe adquirir la capacidad de transmitirse entre humanos.
Sin embargo, la contaminación esporádica de mamíferos domésticos y salvajes por la gripe aviar es cada vez más frecuente. Un motivo de especial preocupación es la reciente infección inesperada de vacas lecheras en los Estados Unidos por una cepa aviar H5N1, que corre el riesgo de volverse endémica en el ganado vacuno. Esto podría facilitar la adaptación a los seres humanos y, de hecho, se han notificado algunos casos de transmisión a los seres humanos, que hasta ahora sólo han dado lugar a síntomas leves.
En el centro de este proceso se encuentra la polimerasa, una enzima que organiza la replicación del virus dentro de las células huésped. Esta proteína flexible puede reorganizarse según las diferentes funciones que realiza durante la infección, entre ellas la transcripción (copiar el ARN viral en ARN mensajero para fabricar proteínas virales ) y la replicación (hacer copias del ARN viral para empaquetarlo en nuevos virus).
La replicación viral es un proceso complejo de estudiar porque involucra dos polimerasas virales y una proteína de la célula huésped, la ANP32. Juntas, estas tres proteínas forman el complejo de replicación, una máquina molecular que lleva a cabo la replicación. La ANP32 es conocida como una «chaperona», lo que significa que actúa como estabilizador de ciertas proteínas celulares. Puede hacer esto gracias a una estructura clave: su larga cola ácida. En 2015, se descubrió que la ANP32 es fundamental para la replicación del virus de la gripe, pero su función no se entendía por completo.
Los resultados del nuevo estudio, publicado en la revista Nature Communications, muestran que la ANP32 actúa como un puente entre las dos polimerasas virales, llamadas replicasa y encapsidasa. Los nombres reflejan las dos conformaciones distintas que adoptan las polimerasas para realizar dos funciones diferentes: crear copias del ARN viral (replicasa) y empaquetar la copia dentro de una capa protectora con la ayuda de la ANP32 (encapsidasa).
A través de su cola, la ANP32 actúa como estabilizador del complejo de replicación, lo que permite que se forme dentro de la célula huésped. Curiosamente, la cola de la ANP32 difiere entre las aves y los mamíferos, aunque el núcleo de la proteína sigue siendo muy similar. Esta diferencia biológica explica por qué el virus de la gripe aviar no se replica fácilmente en los mamíferos y los seres humanos.
«La diferencia clave entre la ANP32 aviar y la humana es una inserción de 33 aminoácidos en la cola del ave, y la polimerasa tiene que adaptarse a esta diferencia», explicó Benoît Arragain, investigador postdoctoral en el grupo de Cusack y primer autor de la publicación. «Para que la polimerasa adaptada a las aves se replique en células humanas, debe adquirir ciertas mutaciones para poder utilizar la ANP32 humana».
Para entender mejor este proceso, Arragain y sus colaboradores obtuvieron la estructura de las conformaciones de la replicasa y la encapsidasa de una polimerasa de influenza aviar adaptada a humanos (de la cepa H7N9) mientras interactuaban con la ANP32 humana. Esta estructura brinda información detallada sobre qué aminoácidos son importantes para la formación del complejo de replicación y qué mutaciones podrían permitir que la polimerasa de influenza aviar se adapte a las células de mamíferos.
Para obtener estos resultados, Arragain llevó a cabo experimentos in vitro en el EMBL Grenoble, utilizando el Eukaryotic Expression Facility, la plataforma biofísica ISBG y la plataforma de criomicroscopía electrónica disponible a través de la Asociación para la Biología Estructural.
«También colaboramos con el grupo Naffakh del Instituto Pasteur, que realizó experimentos celulares», añade Arragain. «Además, obtuvimos la estructura del complejo de replicación de la gripe humana de tipo B, que es similar a la de la gripe A. Los experimentos celulares confirmaron nuestros datos estructurales».
Estos nuevos conocimientos sobre el complejo de replicación de la gripe pueden utilizarse para estudiar las mutaciones de la polimerasa en otras cepas similares del virus de la gripe aviar . Por tanto, es posible utilizar la estructura obtenida de la cepa H7N9 y adaptarla a otras cepas como la H5N1.
«La amenaza de una nueva pandemia causada por cepas de influenza aviar altamente patógenas, adaptadas a los humanos y con una alta tasa de mortalidad, debe tomarse en serio», dijo Stephen Cusack, científico principal del EMBL Grenoble que dirigió el estudio y ha estado estudiando los virus de la influenza durante 30 años.
“Una de las respuestas clave a esta amenaza incluye el seguimiento de las mutaciones del virus en el campo. Conocer esta estructura nos permite interpretar estas mutaciones y evaluar si una cepa está en vías de adaptación para infectar y transmitirse entre mamíferos”.
Estos resultados también son útiles en la perspectiva a largo plazo del desarrollo de fármacos contra la gripe, ya que no existen fármacos que actúen específicamente sobre el complejo de replicación. «Pero esto es sólo el principio», afirma Cusack. «Lo que queremos hacer ahora es entender cómo funciona dinámicamente el complejo de replicación, es decir, saber con más detalle cómo lleva a cabo activamente la replicación».
El grupo ya ha llevado a cabo con éxito estudios similares sobre el papel de la polimerasa de la gripe en el proceso de transcripción viral .
Más información: Las estructuras de los complejos de replicación de la influenza A y B explican la adaptación de las aves al hospedador humano y revelan el papel de ANP32 como chaperona electrostática para la apo-polimerasa, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51007-3
