Jingen Zhu, Himanshu Batra, Neeti Ananthaswamy, Marthandan Mahalingam, Pan Tao, Xiaorong Wu, Wenzheng Guo, Andrei Fokine, Venigalla B. Rao. Diseño de vectores virales artificiales basados en el bacteriófago T4 para la remodelación del genoma humano. Nature Communications vol 14, Article number: 2928 (2023). Bacteriophage Medical Research Center, Department of Biology, The Catholic University of America, Washington DC, USA.
Abstracto
El diseño de vectores virales artificiales (AVV) programados con biomoléculas que puedan ingresar a las células humanas y realizar reparaciones moleculares tendrá amplias aplicaciones. Aquí, describimos un enfoque de línea de montaje para construir AVV mediante la ingeniería de los componentes estructurales bien caracterizados del bacteriófago T4. Comenzando con una cubierta de cápside de 120 × 86 nm que puede acomodar ADN de 171 Kbp y miles de copias de proteínas, se incorporan externa e internamente varias combinaciones de biomoléculas, incluidos ADN, proteínas, ARN y ribonucleoproteínas. Luego, las nanopartículas se recubren con lípidos catiónicos para permitir una entrada eficiente en las células humanas. Como prueba de concepto, ensamblamos una serie de AVV diseñados para administrar distrofina de longitud completa-gene o realizar varias operaciones moleculares para remodelar el genoma humano, incluida la edición del genoma, la recombinación de genes, el reemplazo de genes, la expresión de genes y el silenciamiento de genes. Estos AVV de gran capacidad, personalizables, multiplexados y basados en fagos todo en uno representan una categoría adicional de nanomaterial que podría transformar potencialmente las terapias génicas y la medicina personalizada.
Introducción
Los virus son los organismos más abundantes y extendidos en la Tierra. También son algunas de las máquinas biológicas más eficientes. A pesar de su pequeño tamaño y su composición genética simple, los virus pueden causar infecciones mortales y pandemias globales, como el SIDA, la gripe y el COVID-19. Esto se debe a que los virus desarrollaron mecanismos eficientes para replicarse y ensamblar progenie en escalas de tiempo rápidas, del orden de minutos en el caso de virus bacterianos (bacteriófagos o simplemente fagos).
Si algunos de los mecanismos virales eficientes pudieran aprovecharse mediante la construcción de vectores virales artificiales (AVV), programados con moléculas terapéuticas, tales virus, en lugar de replicarse en el huésped, podrían realizar reparaciones beneficiosas para restaurar la salud humana. Dichos AVV podrían potencialmente reemplazar genes defectuosos, producir moléculas terapéuticas, matar células cancerosas, etc. A pesar de muchos intentos a lo largo de los años el desarrollo de los AVV se mantuvo en una etapa temprana.
Los virus humanos naturales, los virus adenoasociados (AAV) con un genoma de ADN monocatenario de ~5 Kbp de tamaño y los lentivirus con un genoma de ARN monocatenario de ~10 Kbp de tamaño han sido diseñados para administrar ADN o ARN terapéutico como parte de su genoma . Sin embargo, estos vectores virales tienen limitaciones. En el mejor de los casos, pueden administrar uno o dos genes terapéuticos y plantean dificultades para incorporar moléculas terapéuticas adicionales esenciales para reparaciones complejas. Las preocupaciones de seguridad, como la amplia infectividad de las células humanas, la inmunidad preexistente y la posible integración en el genoma del huésped, son problemas adicionales graves
Aquí, describimos una plataforma AVV usando el fago T4. que pertenece a la familia Straboviridae e infecta a la bacteria Escherichia coli . Con una eficacia de infección cercana al 100 % y replicando a una velocidad de ~20-30 min por ciclo, el T4 es uno de los virus más eficaces que se conocen. Contiene una gran cápside icosaédrica alargada de 120 × 86 nm (cabeza) ensamblada con 930 moléculas o 155 capsómeros hexamérica de la principal proteína gp23* de la cápside (* representa la forma madura escindida), 55 copias u 11 pentámeros de gp24* en once de los doce vértices y 12 copias de la proteína portal gp20 en el duodécimo vértice único (Fig. 1a-c ). El vértice del portal es una estructura de anillo con un canal central de ~35 Å a través del cual el genoma viral se transporta a la cápside mediante un motor molecular pentamérico alimentado por ATP conectado a él (Fig. 1c ). Después de empaquetar una cabeza de genoma, equivalente a ~171 Kbp de dsDNA lineal, 26 , 27 , el motor se disocia y las proteínas del cuello se ensamblan, seguido por el ensamblaje de la cola y la fibra de la cola para generar un virión infeccioso....
(*) Una vez que esta en la pagina del articulo, pulsando el botón derecho puede acceder a su traducción al idioma español Este blog de bioquímica-clínica está destinado a bioquímicos y médicos; la información que contiene es de actualización y queda a criterio y responsabilidad de los mencionados profesionales, el uso que le den a la misma. Nueva presentación el 17 de Julio.
Cordiales saludos.
Dr. Anibal E. Bagnarelli,
Bioquímico-Farmacéutico,UBA.
Ciudad de Buenos Aires, R. Argentina
