Científicos de la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), en Brasil, lograron demostrar por primera vez que la infección provocada por el virus SARS-CoV-2, causante del COVID-19, altera el patrón de funcionamiento de los ARN de las células. A tal fin, examinaron 13 conjuntos de datos obtenidos en el transcurso de cuatro estudios en los cuales se analizó el ARN viral, como así también el de células animales y humanas.
En el más reciente de estos trabajos, publicado en la revista Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, se analizó el epitranscriptoma de células Vero (derivadas de monos) y de la línea Calu-3 humana mediante una técnica de secuenciación directa del ARN. El epitranscriptoma corresponde al conjunto de modificaciones bioquímicas del ARN (el agregado de un grupo metilo a la molécula, un fenómeno conocido como metilación, por ejemplo) dentro de una célula.
“Nuestro primer hallazgo importante en el marco de este trabajo indica que la infección causada por el SARS-CoV-2 eleva en el conjunto del ARN de las células el nivel global de metilación de tipo m6A [N6-metiladenosina], en comparación con las células no infectadas”, comenta Marcelo Briones, investigador del Centro de Bioinformática Médica de la Escuela Paulista de Medicina (EPM-Unifesp) y coordinador del estudio.
La metilación es una modificación bioquímica que ocurre en las células debido a la acción de enzimas con capacidad para transferir una parte de una molécula a otra. Esto altera el comportamiento de las proteínas, las enzimas, las hormonas y los genes. Los científicos demostraron la existencia de las alteraciones en el ARN de las células infectadas en forma cuantitativa al analizar el conjunto de ARN existente en ellas; y de modo cualitativo, al apuntar individualmente en un mapa la cantidad de metilaciones por región de los nucleótidos que componen el ARN de esas células.
Este estudio constituye una continuación de un trabajo publicado en 2021, en el cual se analizó el epigenoma del virus y se mostró el patrón de metilación en su ARN (lea más en: agencia.fapesp.br/36837/).
“En los virus, la metilación posee dos funciones: la de regular la expresión de las proteínas y la de defender al patógeno contra la acción del interferón, una potente sustancia antiviral fabricada por el organismo hospedante”, dice Briones.
En ambos trabajos, los investigadores analizaron el tipo más común de modificación de nucleótidos de ARN, el m6A, que interviene en diversos procesos cruciales de los ARN, tales como la ubicación intracelular y la capacidad de producir proteínas. Los nucleótidos están compuestos por cuatro bases nitrogenadas distintas (adenina, guanina, citosina y uracilo) distribuidas a lo largo de las cadenas de ARN existentes en cada célula. El equipo también observó que distintas cepas del virus poseen variaciones en la secuencia de bases nitrogenadas que componen sus nucleótidos. “De este modo, algunas cepas pueden estar mejor metiladas que otras y, por ende, proliferar mejor dentro de las células”, dice Briones.
También se observó que una secuencia de nucleótidos conocida como “DRACH”, receptora de metilación m6A, es un tanto distinta en los ARN del SARS-CoV-2 con relación a los ARN de las células. En esa sigla, a menudo empleada en estudios de esta índole, la letra D indica las bases nitrogenadas adenina, guanina o uracilo; la letra R indica adenina o guanina; la letra A es el residuo metilado; la letra C corresponde a la citosina, y la letra H es adenina, citosina o uracilo.
Como el virus utiliza las enzimas de las células en su propia metilación, esto promueve una presión evolutiva para que los virus adapten sus secuencias “DRACH” a los efectos de que se vuelvan más parecidas a las de las células. Los linajes virales que efectúan de mejor manera esta adaptación también serán más eficientes para escapar al interferón.
Tras culminar el análisis de la acción del SARS-CoV-2 en el binomio patógeno-hospedante con relación a la modificación m6A, el próximo paso de los científicos consistirá en analizar los datos almacenados para establecer una correlación entre el nivel de metilación del ARN viral y el burst size del virus, es decir, el coeficiente de multiplicación vírica.
“Cuanto más metilado esté el virus, más crecerá en el citoplasma celular y mayor será su burst size”, explica Briones. En una situación normal, sin estímulos, una partícula vírica se replica en otras mil. “Estos hallazgos abren la perspectiva hacia nuevos tratamientos contra el COVID-19 y el reposicionamiento de fármacos conocidos”, afirma el investigador. Asimismo, esto aporta elementos con miras a lograr una mejor comprensión de la capacidad de los sublinajes para escapar a la acción del sistema inmunitario.
La metodología
Los científicos de la Unifesp emplearon un método de secuenciación directa de ARN llamado Nanopore (Oxford Nanopore Technologies). Una de las ventajas de esta decisión, según los investigadores, reside en evitar las modificaciones efectuadas para la lectura del filamento de ARN con el método convencional, el RT-PCR (reacción en cadena de la polimerasa con transcriptasa reversa, por sus siglas en inglés).
Para someterla a un test RT-PCR, se copia la molécula de ARN y se la convierte en un ADN complementario o ADNc. En este proceso, la molécula que antes tenía un filamento único de nucleótidos pasa a tener dos filamentos. Posteriormente, se amplifican las moléculas de ADNc que generan miles de millones de clones. Desde la óptica de Briones, como muchos laboratorios están elaborando las secuencias de coronavirus a partir de ADNc, esto puede generar algunos sesgos y confundir a los investigadores. “Algunos creen que los intercambios de nucleótidos se producen a decir verdad porque había allí una base epigenéticamente modificada. Esto debe investigarse de manera sistemática”, dice el científico.
El aumento global de la metilación en las células se mapeó con un programa de detección de m6A conocido como m6anet, que se vale de la tecnología de aprendizaje automático multiple instance learning (MIL). A continuación, se validaron los hallazgos con un segundo programa denominado EpiNano, que emplea la técnica de máquinas de vectores de soporte o support vector machine (SVM).
Este estudio se llevó a cabo en el ámbito del Proyecto Temático intitulado “Investigación de elementos inducidos por la respuesta vacunal en personas sometidas a ensayos clínicos con la vacuna ChAdOx1 nCOV-19”, coordinado por el profesor Luiz Mario Janini. También participaron los investigadores Juliana Maricato, Carla Braconi y Fernando Antoneli. El primer autor, João H. C. Campos, es becario posdoctoral de la FAPESP. El trabajo contó también con la participación en carácter de segundo autor de Gustavo V. Alves, estudiante de la carrera de grado de tecnología informática en salud.
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