El virus de la rabia mata a 59.000 personas cada año, muchos de ellos niños. Algunas víctimas, especialmente los niños, no se dan cuenta de que han estado expuestas hasta que es demasiado tarde. Para otros, el régimen de tratamiento intenso contra la rabia está fuera de discusión: el tratamiento no está ampliamente disponible y el gasto promedio de $3800 representa una carga económica impensable para la mayoría de las personas en todo el mundo.
Las vacunas contra la rabia, en lugar de los tratamientos, son mucho más asequibles y fáciles de administrar. Pero esas vacunas también vienen con una gran desventaja:
«Las vacunas contra la rabia no brindan protección de por vida. Tienes que vacunar a tus mascotas todos los años hasta los tres años», dice la profesora de LJI Erica Ollmann Saphire, Ph.D. «En este momento, las vacunas contra la rabia para humanos y animales domésticos están hechas de virus muertos. Pero este proceso de inactivación puede hacer que las moléculas se deformen, por lo que estas vacunas no muestran la forma correcta para el sistema inmunitario. Si hiciéramos una mejor una vacuna mejor estructurada y mejor estructurada, ¿la inmunidad duraría más?»
Saphire y su equipo, en colaboración con un equipo dirigido por Hervé Bourhy, Ph.D., en el Instituto Pasteur, pueden haber descubierto el camino hacia un mejor diseño de vacunas. En un nuevo estudio, publicado en Avances de la ciencialos investigadores comparten una de las primeras miradas de alta resolución a la glicoproteína del virus de la rabia en su forma «trimérica» vulnerable.
«La glicoproteína de la rabia es la única proteína que la rabia expresa en su superficie, lo que significa que va a ser el principal objetivo de los anticuerpos neutralizantes durante una infección», dice la becaria postdoctoral de LJI Heather Callaway, Ph.D., quien se desempeña como directora del estudio. Primer autor.
«La rabia es el virus más letal que conocemos. Es una parte tan importante de nuestra historia: hemos vivido con su espectro durante cientos de años», agrega Saphire, quien también se desempeña como presidente y director ejecutivo de LJI. «Sin embargo, los científicos nunca han observado la organización de su molécula de superficie. Es importante comprender esa estructura para hacer vacunas y tratamientos más efectivos, y comprender cómo la rabia y otros virus similares ingresan a las células».
Rabia el cambiaformas
Los científicos no saben exactamente por qué las vacunas contra la rabia no brindan protección a largo plazo, pero sí saben que sus proteínas que cambian de forma son un problema.
Como una navaja suiza, la glicoproteína de la rabia tiene secuencias que se despliegan y giran hacia arriba cuando es necesario. La glicoproteína puede alternar entre formas previas a la fusión (antes de fusionarse con una célula huésped) y posteriores a la fusión. También puede desmoronarse, cambiando de una estructura de trímero (donde tres copias se unen en un paquete) a un monómero (una copia por sí mismo).
Este cambio de forma le da a la rabia una especie de capa de invisibilidad. Los anticuerpos humanos están diseñados para reconocer un solo sitio en una proteína. No pueden seguir cuando una proteína se transforma para ocultar o mover esos sitios.
El nuevo estudio brinda a los científicos una imagen crítica de la forma correcta de glicoproteína para la protección de anticuerpos.
Capturando la glicoproteína por fin
En el transcurso de tres años, Callaway trabajó para estabilizar y congelar la glicoproteína de la rabia en su forma trimérica. Esta forma de «prefusión» es la forma que adopta la glicoproteína antes de infectar las células humanas.
Callaway combinó la glicoproteína con un anticuerpo humano, lo que la ayudó a identificar un sitio donde la estructura viral es vulnerable a los ataques de anticuerpos. Luego, los investigadores capturaron una imagen 3D de la glicoproteína utilizando un equipo de microscopio crioelectrónico de última generación en LJI.
La nueva estructura 3D destaca varias características clave que los investigadores no habían visto antes. Es importante destacar que la estructura muestra dos piezas clave de la estructura del virus, llamadas péptidos de fusión, tal como aparecen en la vida real. Estas dos secuencias unen la parte inferior de la glicoproteína a la membrana viral, pero se proyectan hacia la célula diana durante la infección. Es muy difícil obtener una imagen estable de estas secuencias. De hecho, otros investigadores de la rabia han tenido que cortarlos para tratar de obtener imágenes de la glicoproteína.
Callaway resolvió este problema al capturar la glicoproteína de la rabia en moléculas de detergente. «Eso nos permite ver cómo se unen las secuencias de fusión antes de que salten hacia arriba durante la infección», dice Saphire.
Ahora que los científicos tienen una visión clara de esta estructura viral, pueden diseñar mejor vacunas que le indiquen al cuerpo cómo producir anticuerpos para combatir el virus.
«En lugar de estar expuesto a más de cuatro formas diferentes de proteínas, su sistema inmunológico realmente debería ver una, la correcta», dice Callaway. «Esto podría conducir a una mejor vacuna».
Prevención de una familia de virus
Saphire espera que una inmunidad más fuerte y amplia pueda ayudar a las personas en contacto regular con animales, como los veterinarios y los trabajadores de la vida silvestre, así como a los miles de millones de personas que accidentalmente pueden entrar en contacto con un animal rabioso. La rabia es endémica en todos los continentes excepto en la Antártida e infecta a numerosas especies, incluidos perros, mapaches, murciélagos y zorrillos.
Este nuevo trabajo también puede abrir la puerta a una vacuna para proteger contra todo el género lyssavirus, que incluye la rabia y virus similares que pueden propagarse entre humanos y otros mamíferos.
El próximo paso en este trabajo es capturar más imágenes del virus de la rabia y sus familiares junto con anticuerpos neutralizantes. Callaway dice que los científicos están trabajando para resolver varias de estas estructuras, lo que podría revelar objetivos de anticuerpos que los lyssavirus tienen en común.
«Dado que antes no teníamos estas estructuras del virus de la rabia en este estado conformacional, ha sido difícil diseñar una vacuna de amplio espectro», dice Callaway.
Otros autores del estudio, «Estructura del trímero de glicoproteína del virus de la rabia unido a un anticuerpo neutralizante 4 específico de prefusión», incluyen a Dawid Zyla, Florence Larrous, Guilherme Dias de Melo, Kathryn M. Hastie, Ruben Diaz Avalos, Alyssa Agarwal y David Corti.
Este estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (subvenciones 5T32AI07244-36 y 5F32AI147531-03) y una Beca de Movilidad Postdoctoral Temprana de la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza (P2EZP3_195680). Una parte de esta investigación fue apoyada por la subvención U24GM129547 de los NIH y se realizó en el 742 PNCC en OHSU y se accedió a través de EMSL (grid.436923.9), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE patrocinada por la Oficina de Investigación Biológica y Ambiental. La microscopía confocal en el Zeiss LSM 880 fue apoyada por la subvención de equipos NIH 745 S10OD021831.
