En el laboratorio de Glicobiología Humana y Diagnóstico Molecular, ubicado en el Centro de Investigación en Dinámica Celular de la uaem, nos enfocamos en la investigación de azúcares y su papel en procesos biológicos. A la adición de azúcares o carbohidratos a proteínas y lípidos en las células de un organismo se le conoce como glicosilación.
Para comprender mejor este proceso podemos imaginar a la célula como un bosque, en donde los árboles frondosos y ramificados representarían las estructuras de los azúcares. Esta decoración de la célula con azúcares, también conocidos como glicanos, es importante porque le aportan capacidad inmunológica.
De acuerdo con el ejemplo anterior si suponemos que dentro de ese bosque hay una aldea (célula), los árboles frondosos (glicanos) ayudarían a que esta aldea no sea encontrada fácilmente por posibles amenazas; de manera similar a los árboles que renuevan sus hojas continuamente, los glicanos también lo hacen y así permiten a una célula o individuo presentar un camuflaje diferente para defenderse de agentes extraños como virus y bacterias al cambiar continuamente sus ramificaciones.
Figura 1. Análisis de azúcares en el virus SARS-CoV-2 y el receptor ECA-2.
Representación de la estructura del virus (ARN, proteínas de membrana, proteína spike y los azúcares que la decoran y la interacción con el receptor ECA-2.
Algo sorprendente es que también los virus usan la glicosilación para enconderse de nuestro sistema inmune durante la infección con una especie de camuflaje de glicanos para no ser descubiertos, esto ocurre cuando éstos son cada vez más parecidos a los presentes en nuestras células.
Al igual que los bosques en donde no todos los árboles son iguales, los azúcares pueden ser simples como un único azúcar (monosacáridos, una hoja de árbol) o complejos (polisacáridos, un árbol con muchas ramas). Las diferentes combinaciones de hojas o ramas en los carbohidratos generan estructuras diversas que aportan funciones celulares importantes a las células además de capacidad inmunológica.
Como resultado de estos cambios estructurales en los glicanos, también tenemos el tropismo que se refiere a la selectividad de un virus para infectar a un organismo o tejido especifico; por ejemplo, un virus que sólo infecta murciélagos no podría infectar células humanas porque el tropismo del virus se restringe sólo a los murciélagos, pero puede ocurrir que un virus amplíe su tropismo e infecte células de otros organismos y esto ocurre cuando sus carbohidratos son parecidos o similares a los glicanos de las células del hospedero (organismo infectado) que reconoce como propios a los carbohidratos del virus.
Como has leído a lo largo de este número de la revista, a finales del 2019, se reportó la enfermedad covid-19 en la localidad de Wuhan, China, provocada por el SARS-CoV-2, un virus que es altamente contagioso y rápidamente se ha propagado por todo el mundo y ha generado miles de muertes.
El virus SARS-CoV-2 está envuelto con una gran cantidad de carbohidratos en su estructura. Recientemente, se identificaron los azúcares presentes en una proteína denominada S o spike, la cual permite al virus infectarnos mediante los receptores eca-2 presentes en las células humanas.
La proteína S presenta 66 sitios decorados con distintos tipos de azúcares como manosa, glucosamina, fucosa, galactosa, galactosamina y ácido siálico (figura 1). Los azúcares más abundantes en las proteínas del SARS-CoV-2 se llaman altos en manosa que parecen una especie de tronco con diversas ramificaciones (figura 2, fracción verde), y complejos sialilados (figura 1, fracción morada). Este conjunto de azúcares que decoran a la proteína S proviene de las células que el virus infecta y son posiblemente responsables del ensamblaje de las proteínas virales y de enmascarar o servir como camuflaje al virus para evadir la respuesta inmune de las células humanas. En este caso, los azúcares son como una capa de hojas y ramas prestada al virus por nuestras células para esconderse y pasar desapercibidos.
La composición de azúcares de las células humanas es diferente a la de otros mamíferos, bacterias, levaduras y parásitos, lo que permite que nuestro sistema inmune detecte organismos extraños con base en estas diferencias. En el caso del virus SARS-CoV-2, los azúcares presentes en la proteína S son similares a los que decoran nuestras células y esto facilita su unión a nuestros receptores en una especie de tropismo selectivo.
El SARS-CoV-2 al igual que otros virus como el de influenza, ha encontrado la forma de usar estos azúcares a su favor. La superficie de las células humanas y la superficie del virus están decoradas con una gran diversidad de azúcares que juegan un papel multifacético en la interacción dinámica entre el virus y nuestras células. Investigaciones recientes reportaron el perfil de azúcares del receptor eca-2 humano, sin embargo, aún se analiza si los azúcares presentes en estos receptores son responsables o están involucrados en facilitar el acceso del virus a nuestro cuerpo.
De acuerdo a lo anterior, consideramos que descifrar la estructura, localización y función de los azúcares en la enfermedad covid-19 permitirá la identificación de sitios potenciales en la estructura del virus para el diseño de fármacos y establecer si las estructuras de estos azúcares en el virus y en las células humanas infectadas pueden ayudar a predecir la vulnerabilidad o riesgo de presentar la enfermedad.
Cabe destacar que, estudiar los azúcares presentes en las células humanas y de otros organismos no es sencillo, debido a que la decoración o eliminación metabólica de los azúcares ocurre en milisegundos, es impredecible, variable y dinámica, ocasionando que su estudio sea un reto para los científicos, sobre todo en la actual pandemia donde los azúcares han tomado un rol protagónico.
Nadie imaginaría que los azúcares serían la parte dulce de covid-19.
M. en C. Brenda I. Velázquez-Dodge / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Dra. Roberta Salinas-Marín / Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Usted necesita tener Javascript activado para poder verla.
Laboratorio de Glicobiología Humana y Diagnóstico Molecular del Centro de Investigación en Dinámica Celular
Universidad Autónoma del Estado de Morelos