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Un modelo físico describe las estructuras que pueden adquirir las cápsides de los virus

Los virus protegen su material genético mediante una envoltura de proteínas llamada cápside. Recientemente, los investigadores de la UB David Reguera y Antoni Luque, del Departamento de Física Fundamental, han establecido, en dos trabajos publicados en las revistas Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) y Biophysical Journal, las reglas de selección que definen la estructura de las cápsides de virus esféricos y alargados.

Galería de estructuras alargadas que se proponen en el modelo físico para las diferentes medidas del virus del mosaico de la alfalfa.

La principal conclusión de los trabajos es que las cápsides virales sólo pueden adoptar un conjunto discreto de radios, longitudes y número de proteínas, lo que permite enumerar y caracterizar cuáles son las estructuras posibles. «Este modelo constituye un paso importante para entender el proceso de ensamblaje de los virus y abre la posibilidad de controlar este mecanismo para aplicaciones biotecnológicas (como en terapia génica) y nanotecnológicas (por ejemplo, en la creación de moldes nanométricos con medidas muy precisas para el diseño de nanoestructuras)», apunta el profesor David Reguera.

La formación de la cápside de los virus es un proceso de autoensamblaje que se rige por un principio físico universal: la minimización de la energía. Teniendo en cuenta este hecho, se ha realizado un estudio que identifica las estructuras potencialmente óptimas de las cápsides virales, es decir, aquellas que minimizan la energía. Como señala Reguera, «hemos encontrado que la geometría bien definida observada en varios virus esféricos y alargados es consecuencia de la minimización de la energía libre en la interacción entre las diferentes unidades estructurales que forman la cápside».

Desde los años sesenta, se sabe que los virus esféricos adoptan una estructura bien definida con simetría icosaédrica y construida por agrupaciones de seis y cinco proteínas (hexámeros y pentámeros, respectivamente), de forma similar a la de un balón de fútbol. En el caso de los virus elongados, sin embargo, la estructura no se conocía completamente. Los resultados de este nuevo estudio sugieren que las cápsides de los virus alargados están formadas, en general, por un cuerpo tubular central cerrado en los extremos por casquetes icosaédricos centrados en uno de sus tres ejes de simetría. Estas estructuras son similares a la de los fullerenos y los nanotubos de carbono y tienen la ventaja de que son muy estables y resistentes.

Mediante un modelo físico sencillo, en el que también ha participado la investigadora Roya Zandi, de la Universidad de California, se ha descubierto que la energía local es mínima para cápsides alargadas formadas por un número determinado y discreto de proteínas distribuidas en un cuerpo cilíndrico formado por hexámeros y cerrado con casquetes icosaédricos centrados en los ejes de simetría de orden 5, 3 y 2. De este modo, este trabajo justifica la existencia de este tipo de estructuras víricas, y junto con el modelo geométrico complementario, permite hacer predicciones y reproducir la arquitectura de los virus esféricos y de los bacilos coliformes, in vivo e in vitro. Los modelos se han aplicado satisfactoriamente a varios virus conocidos, y han confirmado, por ejemplo, las especulaciones de estudios anteriores sobre la estructura del virus del mosaico de la alfalfa. Este virus adopta diferentes longitudes en función de la cantidad de material genético encapsulado, y teniendo en cuenta que las diferentes medidas cumplen las reglas establecidas en el modelo, se ha podido determinar definitivamente su estructura.

Artículos:

Antoni Luque, David Reguera. «The Structure of Elongated Viral Capsids». doi:10.1016/j.bpj.2010.02.051

Antoni Luque, Roya Zandi, David Reguera. «Optimal architectures of elongated viruses». doi: 10.1073/pnas.0915122107

Fuente: UB
Derechos: Creative Commons
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