Científicos modelan virus porcino para explorar nuevos usos biotecnológicos

Una investigación entre el Centro Ciencia & Vida, de la Fundación Ciencia & Vida – Universidad San Sebastián (FCV-USS), y el Instituto Pasteur de Montevideo tiene el propósito de entender cómo el empaquetamiento del ADN dentro de este virus influye en su estabilidad, una línea con un enorme potencial terapéutico, destacan.

El biofísico Simón Poblete, especialista en modelamiento multiescala de sistemas biológicos biomoleculares, explica que la forma en cómo se organiza internamente el material genético podría determinar su aplicación como vehículos de información genética.

Para ello, utilizan técnicas computacionales avanzadas que permiten crear representaciones simplificadas y progresivamente detalladas del genoma del circovirus porcino B, un agente infeccioso que se caracteriza por su alta mortalidad en cerdos.

Científicos chilenos y uruguayos -pertenecientes al Centro Ciencia & Vida (FCV-USS) y al Instituto Pasteur de Montevideo- trabajan en un estudio conjunto que busca explorar el potencial biotecnológico de los virus, en particular del circovirus porcino 2B, un patógeno que afecta gravemente a la industria alimentaria por su alta mortalidad.

El proceso se centra en entender cómo el empaquetamiento de ADN dentro de la estructura del vector influye en su estabilidad, una línea de investigación que aspira a establecer las bases del conocimiento para el diseño de nuevos mecanismos terapéuticos, tanto en el abordaje de enfermedades como en el uso de virus como vehículos de información genética para tratamientos. 

El estudio se sustenta en la capacidad de estos agentes infecciosos de funcionar como cápsulas de transferencia genética, lo que tendría implicancias en el desarrollo de terapias, vacunas y tecnologías de transporte de ADN, una estrategia ampliamente utilizada en la actualidad. Un ejemplo de esto fue el uso de adenovirus modificados como vectores en vacunas durante la pandemia del COVID-19 (AstraZeneca y Johnson&Johnson), en las cuales el virus actúa como vehículo para introducir instrucciones genéticas en las células humanas.

Entender cómo se organiza el genoma dentro de un virus es un “considerable desafío técnico”, señaló el biofísico Simón Poblete, investigador del Centro Ciencia & Vida y uno de los líderes de la colaboración. En ese diseño, su estabilidad juega un rol crítico porque determina si el virus modificado (vector) puede cumplir su función sin degradarse antes de tiempo. En muchos desarrollos en proceso de validación, tales como vacunas contra el cáncer, es un punto crítico y marca la diferencia entre una terapia eficaz y una que fracasa antes de llegar a su objetivo.

Un virus es un agente infeccioso microscópico que no está vivo en el sentido tradicional, ya que no puede reproducirse por sí mismo y necesita invadir una célula huésped para multiplicarse. Está compuesto, en su forma más simple, por dos elementos principales: material genético (ADN o ARN) que contiene las instrucciones para replicarse; y una cápside proteica, que envuelve y protege ese material genético.

"Si no entendemos la estructura del virus, no podemos diseñar terapias eficaces. Estudiar el empaquetamiento del genoma nos permite evaluar su impacto en la estabilidad viral. Si ese orden interno resulta clave, entonces podríamos pensar en formas de perturbarlo para volver al vector más inestable, lo que abre posibilidades terapéuticas. Aunque se trata de investigación básica, su aplicación podría extenderse a otros agentes, algo en lo que estamos trabajando con otros modelos. Es una línea con proyección amplia en salud y biotecnología", comentó el Dr. Poblete.

Reglas de empaquetamiento

¿Puede el modo en que se organiza el ADN dentro de un virus determinar su resistencia? Esa es la pregunta que impulsa la colaboración entre el Centro Ciencia & Vida, parte de la red de centros ANID, y el Instituto Pasteur de Uruguay. El vector utilizado para este objetivo es el circovirus porcino tipo 2B (PCV2b), un virus de ADN pequeño que afecta a cerdos y está asociado a enfermedades como el síndrome de adelgazamiento posdestete (causante del debilitamiento del sistema inmunológico y que puede conducir a infecciones secundarias y mortalidad).

Su alta tasa de contagio y su impacto sobre la salud del ganado lo convierten en una preocupación relevante para la industria alimentaria, especialmente en países con producción intensiva de cerdo. "El circovirus porcino es un virus pequeño, pero de alto impacto sanitario y económico", advirtió el Dr. Poblete, quien recalcó que este puede causar enfermedades respiratorias en el ganado con una tasa de mortalidad cercana al 50% en los casos más graves.

La estructura exterior de numerosos virus ha sido determinada experimentalmente. No obstante, poco o nada se sabe sobre la disposición interior del material genético y cómo influye en la robustez general del virus. En ese sentido, el equipo busca comprender el mecanismo biológico y también evaluar cómo podría aplicarse este conocimiento a nuevas estrategias terapéuticas o a herramientas de transferencia genética. 

El tipo de simulación computacional en la que se sustenta el trabajo no solo es más económica que los experimentos de laboratorio, sino que también permite explorar escenarios a una escala que sería prácticamente inaccesible con métodos tradicionales. Su contraparte en Uruguay es el Dr. Sergio Pantano, investigador del Instituto Pasteur de Montevideo, con quien ha desarrollado una línea de trabajo conjunta que entrecruza física, biología computacional y simulación de estructuras moleculares. 

Aunque los resultados aún son preliminares, los académicos sudamericanos ya han observado indicios que sugieren que el orden interno del ADN puede hacer al virus más o menos estable frente a condiciones como el aumento de temperatura. El trabajo comenzó en su laboratorio, estudiando los viriones -forma completa e infecciosa de un virus fuera de una célula- sin contenido génico en su interior, o bien con pequeños fragmentos. Hoy, se pretende estudiar el virus completo a través de métodos multiescala. 

"La idea es ver si ciertas reglas de empaquetamiento confieren mayor estabilidad a la cápside viral. Si eso se confirma, podríamos pensar en formas de intervenir ese orden o, incluso, usar la cápside como una estructura para transportar otro tipo de información genética", señaló Poblete, quien ha desarrollado algoritmos que generan múltiples trayectorias posibles para el ADN dentro del virus, evaluando cuáles de esas rutas favorecen una estructura más resistente.

Del bosquejo al átomo 

Comprender la forma en que el ADN se acomoda dentro de un virus representa un reto científico complejo. Esto porque, a diferencia de la cápside, cuya forma externa puede visualizarse con relativa precisión mediante microscopía electrónica, el genoma viral permanece como una estructura flexible, dinámica y difícil de capturar experimentalmente. Para abordar ese vacío, el equipo liderado por el Dr. Simón Poblete recurre a una estrategia poderosa: el modelamiento computacional multiescala, una técnica que permite representar un mismo sistema a distintos niveles de detalle, desde un esquema simplificado hasta una reconstrucción casi atómica.

Un proceso que el propio investigador define como “inicialmente sencillo, que aumenta de complejidad rápidamente”, agregando que “primero generamos un bosquejo: una grilla tridimensional, como una pelota de fútbol, sobre la cual simulamos una cadena en movimiento que representa el ADN”. A partir de ese modelo simplificado, el equipo propone distintos caminos posibles que el genoma podría seguir dentro del virus. 

Estas trayectorias se transforman progresivamente en estructuras moleculares realistas, utilizando reglas de física y química para definir cómo deben conectarse, doblarse y distribuirse los segmentos del ADN. Así se construyen modelos listos para simular su comportamiento dinámico bajo diferentes condiciones, permitiendo observar, por ejemplo, cómo reacciona la cápside cuando se modifica la organización interna del genoma. 

El Dr. Poblete genera rápidamente decenas de configuraciones -algunas más locales, otras más desordenadas- y las entrega al equipo uruguayo, que las somete a pruebas computacionales con agua, temperatura y proteínas envolventes. De este modo, pueden evaluar qué formas de empaquetamiento otorgan mayor estabilidad al virus, sin necesidad de realizar cientos de experimentos de laboratorio. Sus ventajas son metodológicas, escalables y replicables. 

“En sistemas tan complejos como un virus, uno no puede simular todo con lujo de detalles”, explicó el biofísico del Centro Basal Ciencia & Vida. Por eso, el enfoque multiescala permite trabajar de forma más inteligente: reservar los recursos computacionales para simular únicamente los escenarios más prometedores, descartar los inviables y avanzar con mayor velocidad. Esta lógica ha sido aplicada con éxito en el estudio de proteínas, fármacos y últimamente, ARN viral. 

Ahora, el desafío es usarla para entender -y quizá intervenir- la estructura interna de los virus con fines terapéuticos o biotecnológicos. “Simular no es solo reproducir la realidad: es una forma de pensar problemas complejos con herramientas precisas. En vez de esperar una imagen perfecta, uno genera escenarios, los compara, los ajusta y aprende. Esa es la fortaleza de la simulación: nos permite ver lo invisible, pero con rigor”, reflexiona el científico de la USS.

Colaboración desde el sur global

Además de los aspectos técnicos del estudio, el proyecto pone en valor la colaboración científica regional y la necesidad de formar capital humano en disciplinas como la biofísica y la biología computacional. Y, del mismo modo, demuestra que hacer ciencia relevante y con proyección global desde América Latina es posible. 

“El modelamiento computacional de biomoléculas necesita físicos, biólogos, químicos e ingenieros informáticos para abordar estos problemas desde distintas perspectivas. Hay mucho por hacer y necesitamos más personas que se sumen a este esfuerzo”, concluye Poblete, quien también ha participado previamente en investigaciones sobre otros virus y la estructura del ARN en contextos terapéuticos internacionales.

El científico chileno expone que, en nuestro país, el modelamiento multiescala aún es incipiente, por lo que este tipo de asociaciones no solo permiten compartir conocimiento, sino también potenciar capacidades científicas en países que enfrentan desafíos estructurales similares. “Es bonito porque no es una colaboración lejana, es local y eso le da mucho valor”, subraya el físico de la USS.

Según expone, estos estudios no solo abren nuevas rutas en biotecnología, sino que también son clave para formar capital humano avanzado en Chile y la región. La combinación de física, biología molecular y simulación computacional exige equipos interdisciplinarios capaces de abordar problemas complejos desde distintas miradas. “Necesitamos más personas trabajando en estas fronteras del conocimiento”, afirmó. 

Desde su laboratorio en el Centro Ciencia & Vida (FCV-USS), ya forma estudiantes de doctorado en proyectos que cruzan ciencia básica y aplicaciones biomédicas. Y es que su visión apuesta por construir capacidades locales con impacto global.

Por: Luis Francisco Sandoval. Agencia Sandoval & Meirovich Comunicaciones.