¿Quién es SARS-Cov-2?

Categoría: Coronavirus. Familia: Coronaviridae. Género: Betacoronavirus. Especie: Coronavirus Relacionado-Síndrome Respiratorio Agudo Severo. Patología asociada: COVID-19.

SARS-CoV-2, el virus de la pandemia COVID-19, es 96-97% genéticamente similar al SARS-CoV-2 que se encuentra en murciélagos, pangolines y serpientes, de donde se piensa que pasó a nuestra especie entre octubre y noviembre del 2019. Por su similitud al SARS-CoV, el virus de la pandemia del SARS, Síndrome Respiratorio Agudo Severo, del 2003, se concluyó que es una variante de este virus, del cual recibió su nombre.

Otros miembros del género betacoronavirus que infectan al ser humano incluyen los virus de la gripa HCoV-OC43 y HCoV-HKU1, y el virus del Síndrome Respiratorio de Medio Oriente, MERS-CoV. En general, del 15-30% de los resfriados comunes son causados por coronavirus, HCoV, incluyendo a los del género alfacoronavirus: HCoV-229E y HCoV-NL63.

El SARS-CoV-2 es el séptimo coronavirus que infecta al ser humano, hasta ahora.

Estructura 

SARS-CoV-2 tiene una estructura esférica que puede variar de un diámetro aproximado de 50–200 nanómetros -el nanómetro es un milésimo de micra- o sea, este virus mide en promedio uno y medio diezmilésimo de milímetro. Su cubierta esférica está compuesta por tres tipos de proteínas estructurales:

S    Spike 

E    Envoltura

M   Membrana

En su interior la proteína:

N    Nucleocápside

La nucleocápside es una cápsula interna, compuesta por un polímero de proteínas N, que protege el genoma viral de ARN.

Las proteínas S son las que vemos en forma alveolar al microscopio electrónico coronando el diámetro del virus, estas se unen a los receptores de membrana ACE2 de las células humanas.

Spike se puede traducir como pico en atletismo y como espiga en biología.

Genoma 

El pequeño genoma de ARN de cadena sencilla del SARS-CoV-2 se secuenció hace pocos meses, tal vez en enero 2020, el mismo mes que se publicó. Está compuesto por 29930 nucleótidos nt de longitud y aparentemente contiene alrededor de 10 genes. 1a y 1b codifican para varias proteínas.

1a

1b

S

3a

E

M

6

7a

8

N

10

Esta tabla esquemática representa el genoma de SARS-CoV-2 encontrado en pacientes de Wuhan, China. Hacia la izquierda hay 266 nucleótidos de distancia entre el extremo 5’, el inicio del genoma, y el gen 1a. 1a y 1b son continuos y se encuentran dentro del mismo marco de lectura. A partir de 1b el resto de los genes están separados por distancias que varían entre 8-51 nucleótidos. 10 termina en los 29674 nt, a 256 nucleótidos del final de este ARN, el nucleótido 29930, el extremo 3’.

Aparte de los genes para las proteínas estructurales S E M y N, este ARN también posee los genes de una RNA polimerasa RNA dependiente RdRp para duplicar el RNA/ARN del virus, proteasas PL-PRO y 3CL-PRO, para separar las proteínas virales que se sintetizan unidas en un solo bloque, y otras proteínas con diferentes funciones.

SWISS MODEL del Biozentrum de la Universidad de Basel modelaron el proteoma completo -las proteínas totales- de SARS-CoV-2 basado en la secuencia de referencia NCBI NC_045512, idéntica a la MN908947 de GenBank, y con base en datos de UniProt, encontraron el resto de los productos genéticos del genoma de SARS-CoV-2:

nsp1: una proteína equivalente al sistema inmune del virus.

nsp2: mantiene la integridad funcional de las mitocondrias de la célula huésped, protegiéndolas del estrés.

nsp4: participa en el ensamblado de vesículas citoplásmicas de doble membrana.

nsp6: regulación de autofagosomas.

nsp7 8 y 9: son tres proteínas que participan en la duplicación del virus.

nsp10: juega un papel clave en la transcripción del virus.

Hel: helicasa.

ExoN/nsp14: metiltransferasa.

NendoU/nsp15: endoribonucleasa.

nsp16: metiltransferasa, ayuda a evadir el sistema inmune.

ns6: parece ser un determinante de la virulencia del virus.

7a: participa en la replicación del virus.

ns7b: no hay datos disponibles.

ns8: participa en la interacción virus-huésped.

10: no hay datos disponibles.

SARS-CoV-2 lleva unos quattro meses de estudio y se ha visto que su genoma muta a una tasa similar a la del virus MERS, en el rango aproximado de 0.00105 a 0.00126 substituciones/sitio/año.

Nueva información genética sobre este virus se está actualizando y publicando cada semana en la literatura científica.

Pruebas de diagnóstico 

SARS-CoV-2 se puede detectar con diferentes pruebas, la más directa y prueba estándar de diagnóstico es una reacción RT-PCR para identificar la presencia del ARN viral. Se puede detectar también la presencia de anticuerpos contra el virus en la sangre, los cuáles tardan en aparecer 1 y 4 semanas, dependiendo del tipo de anticuerpo, por lo que no es útil al principio de la infección, esta se llama prueba serológica. Otra opción es detectar las proteínas constitutivas S y N del virus utilizando anticuerpos, esto es la prueba de detección de antígenos. Son las tres más utilizadas en este momento.

RT-PCR: Reverso Transcripción- Reacción en Cadena de Polimerasa, es una prueba molecular que combina dos enzimas: la retro transcriptasa o reverso transcriptasa que usa el ARN del virus para sintetizar ADN de doble cadena a partir de él, y la polimerasa que duplica ese ADN varias veces hasta tener una alta concentración del mismo. El material celular de esta prueba se toma con hisopos frotados en la nasofaringe y/u orofaringe. Cuando se tiene concentración suficiente de ADN amplificado a partir del ARN transcrito del virus, se hibridiza con sondas derivadas de fragmentos seleccionados del ARN viral, unidos a marcadores fluorescentes. La alta o baja intensidad fluorescente da el resultado positivo o negativo en esta prueba, que lleva en total 1-2hr realizarla. Esta prueba no indica si una persona estuvo infectada, cuando se trata de un individuo recuperado de la infección del cual no se puede obtener ARN viral, para ello se necesita una prueba serológica que detecte la presencia de anticuerpos.

Prueba serológica: Detecta los anticuerpos en la sangre que el sistema inmune expresó contra SARS-CoV-2. Los anticuerpos comienzan a aparecer a la semana de contraer el virus, en el caso de la inmunoglobulina M, IgM, y al mes, en el caso de la inmunoglobulina G, IgG. En los primeros días esta prueba no detecta nada. Cuando un individuo se recuperó y ya no se encuentra ARN viral en sus fluidos nasales y orales, esta prueba de 10-15 min revela si estuvo infectado. Es más económica que la RT-PCR. 

Detección de antígenos: Detecta la presencia del virus por medio de anticuerpos para la proteína S y la proteína N. Los anticuerpos para las proteínas del SARS-CoV, disponibles comercialmente, funcionan para su variante SARS-CoV-2. La muestra se toma de un frotis nasofaríngeo que se mezcla con una solución que contiene los anticuerpos y luego se sumerge o se pasa a una tira reactiva que da una coloración. Se lleva a cabo en 5-15 min, pero su sensibilidad es limitada, puede dar falsos negativos, o no dar resultados si la concentración de las proteínas en la muestra es baja.

También se puede detectar SARS-CoV-2 por inmunoabsorción enzimática ELISA, con más tiempo y precisión. Se está probando la detección con biosensores de anticuerpos y ADN/ARN, y con biosensores ópticos, más rápidos, precisos y económicos que las pruebas actuales. También se están probando otras técnicas moleculares y de ingeniería genética como CRISPR, LAMP, RPA, NASBA, RCA, Código de Barras, y otras,  para identificar el virus.

Paralelamente a la pandemia de COVID-19 hay una epidemia de desarrollo de pruebas de detección, aparte de las farmacéuticas, casi cada facultad, instituto y centro de investigación en esta área, está desarrollando su propio test.

Antivirales 

La vieja y buena técnica del siglo XIX, perfeccionada hasta la fecha, para obtener suero sanguíneo de pacientes recuperados de la infección, ha permitido a los médicos suministrar anticuerpos a los pacientes hospitalizados en estado grave, a partir del suero .

Al mismo tiempo se ha echado mano de los antivirales existentes para malaria, influenza, SIDA y ébola probándolos en COVID-19, estos son algunos de ellos:

Lopinavir y Ritonavir.

Anti HIV. Laboratorios Abbott.

Inhibidores de la proteasa, bloquea el ensamblado del virus.

Remdesivir.

Anti Ébola. Gilead.

Análogo de nucleósido adenina. Inhibe la duplicación del virus interrumpiendo la síntesis de ARN. 

Cloroquina-Hidroxicloroquina.

Anti Malaria. Sanofi.

Secuestrador de protones que inhibe la fusión del virus con las células humanas por aumento del pH. 

Favipiravir.

Anti Influenza. Toyama.

Análogo de nucleósido guanina. Inhibe la replicación del virus por interrupción de la síntesis de ARN.

Interferón combinado con Favipiravir o Rivabirin.

Anti hepatitis C / anti virus sincitial respiratorio. Valeant.

Activador de defensa inmune antiviral con análogos de guanina que interrumpen la síntesis de ARN.

Los análogos de nucleósidos que inhiben la síntesis de ARN, Remdesivir, Favipiravir y Rivabirin, actúan sobre la RNA polimerasa RdRp.

Estos agentes terapéuticos estaban en fases de prueba I y II en marzo 2020.

En 1996 en el Instituto de Química de la UNAM, con el Dr. Jaime Lagúnez, diseñamos un oligonucleótido de ARN para inhibir la retro transcriptasa RT del virus HIV. Algunos investigadores ahora están probando también inhibidores de RT del virus HIV en SARS-CoV-2.

Se reportan cálculos de super cómputo que pueden simular el diseño de unos 77 agentes terapéuticos diferentes para SARS-CoV-2.

Vacunas 

Treinta y cinco o más laboratorios están probando vacunas en fases I y II, esto podría incluir vacunas a partir de virus desactivados. La siguiente es una pequeña lista de las principales vacunas que se están probando para COVID-19:

Vacuna de subunidad.
Clover Biopharmaceuticals. 

A partir de la proteína más externa, Spike S. 

Vacuna con sujetador molecular.
Universidad de Queensland. 

Con las proteínas estructurales S M y E unidas por su base a un polipéptido que sirve de sujetador exponiendo los mismos extremos que el virus exhibe a las células humanas. Con esto se espera una respuesta inmunológica más específica y fuerte. 

Vacuna de ADN.
Inovio Pharmaceuticals y Beijing Advaccine Biotechnology. 

Gen de la proteína S para expresarla in vivo en cada individuo. 

Vacuna de ARNm.
Moderna - National Institute of Allergy and Infectious Diseases.

ARNm-1273 con el ARN mensajero para sintetizar la proteína S.

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Fuentes :


The species Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus: classifying 2019-nCoV and naming it SARS-CoV-2. Nat Microbiol 5, 536–544 (2020). Alexander E. Gorbalenya, Susan C. Baker, Ralph S. Baric, Raoul J. de Groot, Christian Drosten, Anastasia A. Gulyaeva, Bart L. Haagmans, Chris Lauber, Andrey M Leontovich, Benjamin W. Neuman, Dmitry Penzar, Stanley Perlman, Leo L.M. Poon, Dmitry Samborskiy, Igor A. Sidorov, Isabel Sola, John Ziebuhr. https://doi.org/10.1038/s41564-020-0695-z.

 J. Microbiol. Biotechnol. (2020), 30(3), 313–324. https://doi.org/10.4014/jmb.2003.03011 Current Status of Epidemiology, Diagnosis, Therapeutics, and Vaccines for Novel Coronavirus Disease 2019 (COVID-19). Dae-Gyun Ahn, Hye-Jin Shin, Mi-Hwa Kim, Sunhee Lee, Hae-Soo Kim, Jinjong Myoung, Bum-Tae Kim, and Seong-Jun Kim.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 isolate Wuhan-Hu-1, complete genome. GenBank: MN908947.3. NCBI. ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/MN908947.

Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). SWISS MODEL. Biozentrum University of Basel. The Center of Molecular Life Sciences. swissmodel.expasy.org/repository/species/2697049.

SARS-CoV-2 Genetics. Johns Hopkins. Bloomber School of Public Health. Center for Health Security. Updated April 16, 2020.

Técnicas y sistemas de diagnóstico para COVID-19: clasificación, características, ventajas y limitaciones. Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas (NanoB2A), Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), CSIC, CIBER-BBN y BIST Bellaterra, Barcelona, España.

ACS NANO. Diagnosing COVID-19: The Disease and Tools for Detection. Buddhisha Udugama, Pranav Kadhiresan, Hannah N. Kozlowski, Ayden Malekjahani, Matthew Osborne, Vanessa Y. C. Li, Hongmin Chen, Samira Mubareka, Jonathan B. Gubbay, and Warren C. W. Chan.

British Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. ScienceDirect. Editorial. Testing recommendation for COVID-19 (SARS-CoV-2) in patients planned for surgery - continuing the service and ‘suppressing’ the pandemic.