Las víctimas son variadas, desde miles de leones marinos en la costa de Perú hasta visones criados para peletería en España, osos pardos en Montana y focas comunes en Maine. Durante meses, el virus de la gripe aviar que ha estado diezmando a las aves en todo el mundo también ha enfermado y matado a una gran cantidad de mamíferos, lo que genera temores de que pueda evolucionar para propagarse de manera más eficiente entre estos animales y, en última instancia, entre las personas.
Sin embargo, para que se desarrolle esa pesadilla, el virus, un subtipo conocido como H5N1, tendría que sufrir una gran transformación, pasando de ser un patógeno eficiente para infectar células en el intestino de las aves y propagarse a través del agua contaminada con heces a uno experto en infectar tejido pulmonar humano y se esparce por el aire. Hasta ahora, eso no ha sucedido. Ninguna de las pocas personas que han contraído el virus que actualmente acaba con las aves, llamado clado 2.3.4.4b, parece haberlo transmitido a otras personas.
“Este clado… es sobre todo y más que todos los clados anteriores un virus aviar”, dice el virólogo Martin Beer del Instituto Friedrich Loeffler. Es por eso que se ha extendido tanto en las aves, dice, y por qué es tan pobre para infectar a las personas. Beer y sus colegas en Berlín y Münster, Alemania, han estado utilizando tejido pulmonar extraído de pacientes con cáncer que se someten a cirugías, por ejemplo, para ver si el virus puede infectar de manera eficiente las células humanas. Hasta ahora no se puede.
Entonces, ¿exactamente cómo tendría que mutar este virus para causar una pandemia humana? Los científicos aún no pueden responder eso completamente, pero han identificado algunos pasos clave. Gran parte de lo que se sabe proviene de experimentos controvertidos de hace más de una década en los que los investigadores persuadieron a una cepa anterior de H5N1 para que se propagara de manera más eficiente entre los hurones. Esa hazaña provocó restricciones en tales experimentos de «ganancia de función», lo que ha obstaculizado la investigación, dice Mathilde Richard, viróloga del Centro Médico Erasmus, donde se realizó parte de ese trabajo. “Creo que esto realmente ha ralentizado nuestro conocimiento”. Aún así, los investigadores han encontrado otras formas de examinar cómo la gripe aviar se adapta a los mamíferos. Por ejemplo, cuando otro subtipo de gripe aviar llamado H10N7 golpeó a las focas en Europa en 2014, los científicos secuenciaron el virus en diferentes etapas del brote para identificar qué cambios genéticos lo ayudaron a adaptarse a los mamíferos. “Es algo así como un experimento masivo de ganancia de función en la naturaleza, y de esos brotes, todavía puedes aprender mucho”, dice Richard.
Los virólogos ahora saben que para que el H5N1 se vuelva experto en propagarse entre los mamíferos, varias de sus proteínas deben evolucionar. Una que están observando de cerca es la polimerasa que usa el virus para replicar su genoma de ARN una vez que invade una célula. Para hacer su trabajo, la enzima debe cooptar una proteína intracelular huésped, y actualmente está más adaptada a la molécula aviar que su equivalente de mamífero. Diferentes combinaciones de mutaciones en una subunidad de la polimerasa, PB2, pueden cambiar la enzima para que funcione mejor en los mamíferos. Pero hay una mutación conocida, denominada E627K, que lo hace en un solo salto al cambiar un aminoácido en una posición clave, un glutamato, por una lisina. La primera aparición registrada de la mutación fue en el virus que causó la gripe de 1918. “Ese PB2 era tan bueno que se quedó en todos los virus de la influenza humana hasta la pandemia de gripe porcina de 2009”, dice Tom Peacock, virólogo del Imperial College London.
Cualquiera que sea el camino que tome el virus, el H5N1 necesita un PB2 alterado para convertirse en un patógeno humano. Piense en la evolución hacia un virus pandémico como una escalera que el H5N1 tiene que subir, dice Beer. «Entonces este es el primer paso».
Parece un paso fácil. El H5N1 ya lo ha logrado varias veces en el brote actual del virus de la gripe aviar. Por ejemplo, los investigadores encontraron la mutación E627K en zorros infectados de los que se tomaron muestras en los Países Bajos a fines de 2021 y principios de 2022. La mutación también se encontró en una muestra de una foca de Nueva Inglaterra, parte de un brote de H5N1 en focas frente a la costa este. el año pasado. Las mutaciones de PB2 no parecen obstaculizar el virus en las aves, dice Richard. «Esa es la razón por la que vemos que las mutaciones de la polimerasa aparecen con bastante frecuencia».
Pasos peligrosos
Para que el virus de la influenza aviar H5N1 provoque una pandemia humana, su genoma debe adquirir mutaciones que alteren varias de sus proteínas.
Imagen: un diagrama tridimensional detallado de un virus de influenza, con elementos etiquetados.
Elementos en la superficie del virus:
- Hemaglutinina. Las mutaciones pueden mejorar la capacidad de esta proteína para unirse a los carbohidratos específicos de la especie en las células de los mamíferos. Otras mutaciones pueden estabilizarlo para que el virus pueda transmitirse en aerosoles.
- neuraminidasa
- canal iónico
Elementos dentro del virus:
- Nucleoproteína. Un cambio en la forma puede ayudar a que no sea detectado por MxA, un sensor en las células humanas que alerta al sistema inmunológico.
- ARN
- complejo de polimerasa. La enzima en este complejo replica el genoma viral con la ayuda de una proteína huésped y funciona mal con las versiones de mamíferos. Las mutaciones de la polimerasa pueden mejorar la coincidencia.
- Proteína matriz
Pero para que el H5N1 provoque una pandemia, también necesita múltiples cambios en la hemaglutinina, una proteína en la superficie del virus que lo ayuda a adherirse a los carbohidratos en las células huésped. Esos carbohidratos tienen una forma diferente en aves y mamíferos, por lo que la hemaglutinina de H5N1 tiene que cambiar su forma para que el virus infecte eficientemente las células de los mamíferos. “Eso es absolutamente esencial”, dice Peacock. “De hecho, no hay virus de influenza que sean transmisibles entre personas que no tienen una hemaglutinina adaptada a los humanos”.
Un par de cambios de aminoácidos, Q226L y G228S, pueden remodelar la hemaglutinina para unirse a las células de los mamíferos. Pero en H5N1, el segundo cambio de aminoácido requiere dos mutaciones de nucleótidos muy próximas entre sí en el gen de la hemaglutinina. «Eso es mucho más raro que los cambios de un solo nucleótido», dice Peacock. “Pero obviamente, si lo pones bajo suficiente presión de selección, tal vez podría hacer eso”.
Otro cambio crucial en la hemaglutinina haría que el H5N1 fuera más transmisible por el aire, lo que también es un requisito previo para una pandemia. Una vez que el virus se adhiere a una célula, se incorpora a una vesícula que se vuelve más ácida, lo que desencadena un cambio de forma dependiente del pH en la hemaglutinina. Esto hace que las membranas del virus y las vesículas se fusionen, lo que permite que el material genético del patógeno escape hacia la célula. En el agua, la hemaglutinina de los virus aviares normalmente no tiene problemas para permanecer sin desencadenarse. Pero en el aire, las gotas de humedad que transportan los virus de la gripe a menudo se encogen y pueden alcanzar ese umbral ácido, por lo que los virus pandémicos necesitan mutaciones que estabilicen su hemaglutinina, explica la viróloga de la Universidad de Emory, Seema Lakdawala, que estudia la transmisión de patógenos en el aire.
Esos tres pasos son los cambios mínimos que H5N1 probablemente necesita para volverse transmisible entre humanos, dice Richard. En su laboratorio, ella secuencia regularmente los virus H5N1 aislados de mamíferos para ver si portan alguna de estas mutaciones preocupantes. Su equipo también analiza directamente la actividad de la polimerasa del virus y la capacidad de unión y la estabilidad de su hemaglutinina. “Realmente queremos probar los fenotipos y no solo mirar los cambios genéticos porque sabemos que probablemente haya [other genetic changes] que tienen el mismo impacto y simplemente no los conocemos todavía”.
Beer cree que un virus pandémico necesita un cuarto cambio: la capacidad de evadir una proteína intracelular llamada MxA. MxA alerta al sistema inmunitario de una infección gripal cuando detecta la nucleoproteína del virus, una proteína unida a su ARN. Para evitar esa alarma, la nucleoproteína debe mutar a una forma que la MxA humana no pueda detectar. “Esa es la última barrera”, dice Beer. Aunque las habilidades de detección de MxA parecen muy débiles en hurones y algunos otros animales, es más sensible en humanos y en cerdos. “Si un virus H5 se está propagando en los cerdos, entonces realmente es un código rojo”, dice Beer.
En un experimento no publicado, Beer y sus colegas infectaron cerdos con H5N1. Incluso cuando se utilizaron dosis altas, el virus apenas se replicó en los animales. Es probable que las personas tengan otras defensas más allá de MxA que los virus de la gripe aviar deben vencer. Por ejemplo, en una preimpresión reciente, los investigadores encontraron que otra proteína en humanos llamada BTN3A3 también detecta la nucleoproteína de la influenza aviar. Y Lakdawala cree que aunque la mayoría de las personas no han estado expuestas a los virus H5, la exposición de por vida a otros virus de la gripe también puede haber creado protecciones celulares o de anticuerpos contra el H5N1. En un experimento en curso, está comparando cómo crece el virus aviar actual en hurones infectados 3 meses antes con influenza estacional versus hurones sin infecciones previas. “Realmente queremos entender qué tan probable es que surjan estos virus en el contexto de la inmunidad preexistente”, dice ella.
Lo que los investigadores saben hasta ahora sobre los pasos necesarios para adaptar el H5N1 a los humanos ofrece cierta tranquilidad: tiene una de las mayores barreras para convertirse en un virus pandémico de cualquier virus de influenza aviar, dice Peacock. “Está realmente mal en muchos sentidos”, dice. «Pero obviamente solo tiene que obtener la combinación correcta de mutaciones una vez para saltar».
Y con el virus propagándose tan furiosamente por todo el mundo, tiene más oportunidades que nunca para encontrar la combinación correcta. En el pasado, los brotes de H5N1 se han desvanecido, pero esta vez, el virus probablemente llegó para quedarse en las aves silvestres de Europa y las Américas, dice Richard. “Esta es la amenaza que seguirá llamando a nuestra puerta hasta que, de hecho, asumo, cause una pandemia. Porque no hay vuelta atrás.”
