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Programa InfoSalud (Argentina)

El primer experimento de Sirius busca desarrollar un fármaco para Covid-19

Publicado em 20 outubro 2020

Por Maria Fernanda Ziegler, da Agência FAPESP

Por medio de un potente haz de luz sincrotrón fue posible determinar, en tres días la estructura de más de 200 cristales de dos proteínas del nuevo coronavirus (SARS-Cov-2)

La investigación realizada por científicos del Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de San Pablo (IF-USP) tiene importancia no solo por el tema -esencial para el desarrollo de un posible fármaco contra el COVID-19-, sino también por su carácter de novedad inédita.

El experimento, realizado por Aline Nakamura y André Godoy, inauguró la primera estación de investigación de Sirius, el acelerador de partículas que se está finalizando en el Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM), la infraestructura científica más compleja del país.

“Tuvimos la oportunidad de ser los primeros en probar la línea Manacá, de cristalografía de proteínas, lo que hizo que nuestro estudio fuera extremadamente ágil. Con la pandemia, las fuentes de luz de sincrotrón existentes en el mundo se detuvieron, manteniéndose solo los experimentos relacionados con COVID-19. En Sirius no fue diferente. A pesar de estar todavía en fase de puesta en marcha, también se ha abierto la posibilidad de utilizarlo por primera vez con un estudio relacionado con el nuevo coronavirus ”, comenta Glaucius Oliva, coordinador del Centro de Investigación e Innovación en Biodiversidad y Fármacos (CIBFar) y que lidera la investigación sobre el descubrimiento de medicamentos antivirales para COVID-19.

CIBFar es un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID) apoyado por la FAPESP en el Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de San Pablo (IFSC-USP). Además de la alianza CNPEM, el proyecto que busca nuevos fármacos para COVID-19, apoyado por la FAPESP, también reúne a investigadores del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB-USP), del Instituto de Química de San Carlos (IQSC-USP), de la Facultad de Ciencias Farmacéuticas de Ribeirão Preto (FCFRP-USP), de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) y de la Universidad Estadual de Campinas (Unicamp).

“Lo que conseguíamos hacer en horas con el antiguo acelerador de electrones del CNPEM, ahora lo hacemos en minutos”, celebra Godoy, investigador con diez años de experiencia en análisis realizados con otras fuentes de luz de sincrotrón en todo el mundo.

El experimento de debut duró tres días, pero la expectativa es que, en el futuro, el análisis en Sirius se torne aún más eficiente. “Como aún está en puesta en marcha, no está con toda su potencia. Ya salen rayos X por la ventana que llegan a los cristales congelados a temperaturas criogénicas, y también un detector para medir la difracción de luz de sincrotrón por los cristales, y así obtener la estructura de las proteínas que los constituyen ”, explica Oliva.

Sin embargo, según el investigador, todavía faltan los brazos robóticos necesarios para posicionar los cristales, por ejemplo. “Por eso, para cambiar los cristales analizados era necesario hacerlo manualmente. Durante el período de puesta en servicio de todo el anillo sincrotrón, también es inviable utilizar la potencia máxima. Aun así, fue muy eficiente y las pruebas fueron muy valiosas”, dice Oliva, quien también fue el primer investigador en probar el UVX, una fuente de luz de sincrotrón de segunda generación diseñada y construida por brasileños en la década de 1990 y que ahora ha sido reemplazada por Sirius.

El acelerador de electrones de cuarta generación genera un tipo de luz capaz de revelar la estructura atómica (organización de los átomos) de materiales orgánicos e inorgánicos. Oliva explicó que el equipo cuenta con tecnologías avanzadas de construcción de imanes y modernos sistemas para la obtención de vacío de alta calidad, así como sistemas de control de haz de electrones que permiten que las partículas subatómicas alcancen velocidades cercanas a la luz y así, emitir luz sincrotrón al cambiar sus trayectorias.

Rompecabezas

Para comprender la necesidad de determinar la estructura de pequeños cristales de proteínas y así descubrir un fármaco contra el nuevo coronavirus, uno puede imaginarse armando un rompecabezas en el que el escenario que se ensambla son las proteínas (los objetivos dentro del virus ) y las piezas que deben instalarse específicamente en cada posición son compuestos químicos. Si la sustancia química encaja perfectamente en la proteína diana, es posible bloquear la acción de esta proteína y así evitar que el virus ingrese o se replique dentro de las células humanas.

De esta forma, los investigadores buscaron, mediante luz de sincrotrón, identificar la posición de los miles de átomos que componen dos proteínas de coronavirus y, por tanto, su estructura. Entre las dos proteínas estudiadas, una es la proteasa denominada "principal" (M-pro, proteína estructural número 5, nsp5) responsable de "cortar" la larga cadena proteica sintetizada dentro de la célula invadida a partir de la información contenida en el genoma viral, lo que las hace activas y funcionales para la replicación del virus dentro de las células humanas. La otra proteína estudiada es una enzima (nsp15) que "corta" el ARN del virus, y cuya función dentro de la célula humana sigue siendo objeto de estudios.

“Las proteínas tienen una superficie muy elaborada, compuesta por la forma en que están organizados sus átomos, y que tienen en sus recovecos los lugares donde se realiza su función catalítica, ya sea en el virus o en la célula infectada. Nuestra misión en este estudio es, además de encontrar la estructura de sus dos proteínas, también identificar moléculas, compuestos o sustancias candidatas a fármacos que encajen perfectamente en esos sitios y así puedan bloquear la acción del virus”, dijo.

Mucho más asertivo que buscar un fármaco al azar o probar sustancia por sustancia en un cultivo celular, el equipo de investigadores utilizó una estrategia llamada Fragment Screening. En ella, cientos de moléculas muy pequeñas, que son fragmentos de fármacos ya conocidos y de uso común, son colocadas en contacto con los cristales de las proteínas blanco. El objetivo es ver dónde y si pueden conectarse. “A partir de estos experimentos se pueden sintetizar moléculas más grandes y complejas para conectar los fragmentos previamente identificados, entonces sí, los verdaderos candidatos a los fármacos antivirales”, dice Oliva.

Tras la etapa de cristalografía de proteínas y el cribado de sustancias, si identifican posibles candidatos, los investigadores deberán testear los fármacos en cultivo celular, modelo animal y en humanos, siguiendo todos los pasos necesarios para el desarrollo de un fármaco, hasta que pueda finalmente, ser utilizado por pacientes infectados con SARS-CoV-2.

Además de la línea Macaná de cristalografía de proteínas, el proyecto Sirius incluye otras 13 líneas de luz. Luego de la etapa inicial de operación, la expectativa es albergar hasta 38 estaciones de investigación, optimizadas para diferentes experimentos, que se pueden realizar simultáneamente para atender investigaciones en las más diversas áreas, como salud, energía, nuevos materiales y medio ambiente, entre otras.

“Tenemos mucho trabajo por delante, pero cada avance de Sirius refuerza que somos competentes para llevar la ciencia y la tecnología del país a un nuevo nivel. La comunidad científica brasileña hace un gran trabajo y trabajamos para apoyarla, ofreciendo condiciones de investigación sin precedentes. Estamos construyendo una máquina para ser competitiva internacionalmente, diseñada por brasileños y construida en sociedad con la industria nacional ”, dice Antonio José Roque da Silva, director general de CNPEM y del Proyecto Sirius.

* Con informaciones de CPNEM

Agencia FAPESP ( Brasil )
* - Traducción Programa INFOCIENCIA