iD-Speech. “Generación de nanobodies contra virus emergentes: las alpacas contra el SARS-CoV-2”

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El 20 de abril del 2020, la red iD-Speech presentó el webinar: “Generación de nanobodies contra virus emergentes: las alpacas contra el SARS-CoV-2”, a cargo de Alejandro Rojas, investigador chileno que actualmente trabaja en la Universidad Austral de Chile (UACh) y cuenta con una amplia experiencia en inmunología.

Al presente, el Dr. Rojas investiga la generación de nanobodies en alpacas como un posible tratamiento para COVID-19. Pero, ¿por qué las alpacas podrían ser superhéroes en la lucha contra el coronavirus? A continuación, te contamos. 

¿Por qué emplear nanobodies de camélidos para combatir infecciones virales?

Los anticuerpos (Ac) son grandes proteínas del sistema inmune que se encargan de proteger al organismo frente al ataque de un patógeno o de sus toxinas [1].  La familia de los camélidos, como las alpacas, producen dos tipos de anticuerpos: unos similares a los Ac humanos (convencionales) y otros de menor tamaño, que de ahora en adelante serán mencionados como Ac de camélidos [2].

Estos Ac de camélidos constan únicamente de dos cadenas pesadas, a diferencia de los convencionales que poseen adicionalmente dos cadenas ligeras. Ambos tipos de cadenas, poseen una región fija y una variable. Esta última es la de mayor interés, ya que es ella la que se unirá a una región específica del patógeno (epítopo), permitiendo su reconocimiento por el sistema inmune y posterior neutralización.

Entonces, ¿qué es un nanobody? Un nanobody no es más que un anticuerpo sintetizado exclusivamente a partir de la región variable de los Ac de camélidos (VHH). Entre sus características principales destacan su menor tamaño y gran afinidad por los patógenos, son 6℃ más estables que los Ac convencionales y pueden producirse de manera ilimitada para uso médico. ¡Qué maravilla! ¿No?

Precisamente el grupo de investigación del Dr. Alejandro Rojas estudia el potencial terapéutico de los nanobodies en la infección producida por el virus Hanta. Este virus de ARN se transmite del ratón colilargo al ser humano mediante sus heces fecales y orina. A pesar que la incidencia de hantavirus es baja en la población, su tratamiento es muy costoso y las tasas de mortalidad son del 30 al 40%. 

El trabajo de los investigadores empieza cuando las alpacas son inmunizadas con el virus Hanta inactivo a modo de vacuna. Una vez que se genera la respuesta inmune se extrae una muestra de sangre, se separan los linfocitos periféricos productores de Ac y de ellos se obtiene el ARNm codificador de Ac potenciales contra el virus. El ARNm es pasado a ADNc (complementario), en el cual se identifica y amplifica mediante PCR, los genes codificantes de la región variable VHH. Estos genes son clonados en plásmidos bacterianos mediante el sistema bacterial display, el cual se basa en la fusión del nanobody obtenido de la alpaca a una proteína de la membrana externa de la bacteria, de esa forma el nanobody queda expuesto y disponible para ser aislado mediante el uso de técnicas de afinidad. En este caso, esto se efectuó mediante la técnica cell sort, la cual usa antígenos fluorescentes específicos para el nanobody, de esa forma son aislados automáticamente por el instrumento. Todo este procedimiento permite producir nanobodies de manera indefinida.

Hasta ahora los resultados incipientes muestran el aislamiento de 20 nanobodies distintos, todos competentes para su unión a la glicoproteína de superficie del hantavirus y muchos de ellos genéticamente similares entre sí. Sin embargo, aún se desconoce cuáles tienen una capacidad neutralizante efectiva.

Los experimentos en laboratorio han permitido crear una asociación con KOICID (Korea International Cooperation for Infectious Disease) y una compañía coreana para desarrollar un kit de diagnóstico de hantavirus, así como establecer otros estudios en virus asiáticos. 

¿Es posible que este tratamiento funcione con otros virus como el coronavirus? 

Afortunadamente la innovación de la investigación científica para combatir al virus SARS-CoV-2, causante de la actual pandemia de COVID-19, es un hecho sin precedentes. Es así que el Dr. Alejandro Rojas y su equipo se suman a la búsqueda de un tratamiento eficaz, por lo que están realizando ensayos con nanobodies de alpaca con el fin de neutralizar la infección producida por coronavirus. De manera específica, los investigadores pretenden evitar la unión del dominio RBD (Receptor Binding Domain) de la proteína spike del virus, con el receptor ACE2 de las células humanas; de esa forma se puede prevenir el ingreso del virus a las células, impidiendo su replicación y extensión de la infección.

Las experimentaciones consisten en inyectar a las alpacas con la proteína spike, para promover en ellas una reacción inmune y por ende generar anticuerpos con posible capacidad neutralizante contra la proteína. Luego se procede análogamente como con el hantavirus. Se aísla y amplifica el segmento codificante del Ac de camélido que será usado para producir el nanobody, se lo inserta en el plásmido bacteriano y se lo clona. Por este medio se obtienen las librerías de nanobodies potenciales. El siguiente paso, una vez identificados los nanobodies con mayor afinidad por la proteína spike, será enviar estos a Canadá donde en un laboratorio BSL-3 se testeará su capacidad neutralizante frente al SARS-CoV-2.

En estudios anteriores ya se ha demostrado que el uso de nanobodies generados en camélidos neutraliza la unión de los coronavirus SARS-CoV-1 y MERS-CoV con células humanas [3], por lo que el estudio ejecutado en la UACh genera gran expectativa. 

En otra estrategia contra COVID-19, Alejandro Rojas y su equipo se encuentran desarrollando un anticuerpo análogo, pero de menor costo, al fármaco quimioterapéutico Eculizumab mejor conocido como Soliris®. Este medicamento pertenece al grupo de los anticuerpos monoclonales y es empleado para tratar enfermedades raras como la hemoglobinuria paroxística nocturna, el síndrome hemolítico urémico y la miastenia gravis. La función del fármaco es bloquear una reacción inmune conocida como cascada del complemento, lo cual podría ser eficaz para combatir la infección producida por coronavirus. 

Un grupo de investigación que genera economía circular 

Para finalizar esta nota, merece un reconocimiento la cadena de valor generada con el trabajo de estos investigadores de la UACh, misma que se manifiesta desde el aprovechamiento de la lana de las alpacas para hacer prendas de vestir, hasta la creación de la empresa Berking Biotechnology. Este emprendimiento ofrece productos propios y acreditados por sus socios europeos. Un ejemplo, es el desarrolló un kit de diagnóstico serológico para COVID-19 con alta sensibilidad, en colaboración con colegas coreanos. Además, la creatividad de los investigadores no termina en el laboratorio, pues han desarrollado un videojuego, donde la misión de su superhéroe, una alpaca, es atacar un tumor maligno con la ayuda de los anticuerpos de Berking Biotechnology. A futuro seremos testigos de más proezas de estos titanes de la investigación.   

Referencia principal:

Rojas, A. (2020). Generación de nanobodies contra virus emergentes: las alpacas contra el SARS-CoV-2 [Webinar iD-Speech: Divulgación Científica de alto impacto].

Referencias complementarias: 

[1] Forthal, D (2014). Functions of Antibodies. Microbiology Spectrum, 2(4):1-17.

[2] Gibbs, W (2005). Nanobodies. Scientific American, 293(2):78-83.

[3] Wrapp, D., De Vlieger, D., Corbett, K., Torres, G., Wang, N., van Breedam, W., Roose, K., van Schie, L., Hoffmann, M., Pöhlmann, S., Graham, B., Callewaert, N., Schepens, B., Saelens, X., McLellan, J. (2020). Structural basis for potent neutralization of Betacoronaviruses by single-domain camelid antibodies. Cell, 181:1-12.

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