Reprogramación de la forma de las cápsidas de virus para avanzar en biomedicina

Reprogramación de la forma de las cápsidas de virus para avanzar en biomedicina


Las nanoestructuras de origami de ADN (azul) se pueden usar para programar la forma de las partículas de virus (gris). La cápside nativa con un diámetro de 28 nanómetros se muestra en verde grisáceo. Crédito: Mauri A. Kostiainen/Universidad Aalto

Las proteínas que encapsulan virus se pueden moldear en formas definidas utilizando ADN y ARN nanoestructuras de origami.

Los bioingenieros han descubierto un método para personalizar el tamaño y la forma de virus partículas Este nuevo enfoque, que implica la fusión de bloques de construcción de proteínas virales y plantillas de ADN, ofrece aplicaciones potenciales en los campos de creación de vacunas y administración de fármacos.

Uso de proteínas de la cápside de virus

Las proteínas de la cápside del virus, el escudo protector del genoma de un virus, pueden servir como base para crear ensamblajes de proteínas meticulosamente estructurados. Sin embargo, sus formas y geometría dependen principalmente de la cepa del virus. La reprogramación de estos ensamblajes, independientemente del modelo viral original, presenta una posibilidad tentadora en áreas como la administración de fármacos y el desarrollo de vacunas.

El equipo científico abordó este desafío generando una plantilla de “genoma estructurado” para el ensamblaje de las proteínas de la cápside. Utilizaron estructuras rígidas de origami de ADN para evitar la deformación del genoma flexible y la formación de formas no deseadas. Estas estructuras son de tamaño diminuto, que van desde decenas a cientos de nanómetros, pero están hechas completamente de ADN, que se pliega con precisión en la forma de plantilla deseada.

El papel de las interacciones electrostáticas

“Nuestro enfoque se basa en interacciones electrostáticas entre la carga negativa de las nanoestructuras de ADN y un dominio cargado positivamente de las proteínas de la cápside, junto con interacciones intrínsecas entre las proteínas individuales. Al alterar la cantidad de proteína utilizada, podemos afinar la cantidad de capas de proteínas altamente ordenadas, que encapsulan el origami de ADN”, dice Iris Seitz, autora principal e investigadora de doctorado en la Universidad Aalto.

“Usando origami de ADN como plantilla, podemos dirigir las proteínas de la cápside a un tamaño y forma definidos por el usuario, lo que da como resultado ensamblajes que están bien definidos, tanto en longitud como en diámetro. Al probar una variedad de estructuras de origami de ADN, también aprendimos cómo la geometría de las plantillas afectaba a todo el ensamblaje”, agrega Seitz.

Imágenes de microscopía electrónica criogénica

“Con la ayuda de imágenes de microscopía electrónica criogénica, pudimos visualizar las proteínas altamente ordenadas en el ensamblaje y, con eso, medir incluso pequeños cambios en la geometría del ensamblaje que surgen de diferentes plantillas”, explica el profesor Juha Huiskonen, científico colaborador de la Universidad de Helsinki.

Relevancia y Aplicaciones

“Hemos encontrado una estrategia simple pero efectiva para (re) dirigir las proteínas de la cápside a la forma deseada. Nuestro enfoque es adaptable y, por lo tanto, no se limita a un solo tipo de proteína de la cápside, como demostramos con las proteínas de la cápside de cuatro virus diferentes. Además, podemos modificar nuestra plantilla para que sea más relevante para la aplicación, por ejemplo, integrando ARN en el origami, que posteriormente podría traducirse en proteínas útiles o específicas del sitio”, explica el profesor de Aalto Mauri Kostiainen, líder del proyecto de investigación.

Aunque las estructuras de origami de ADN son un material prometedor para interconectar sistemas biológicos, sufren inestabilidad, especialmente en presencia de enzimas que degradan el ADN.

En los experimentos, sin embargo, “podemos observar claramente que la capa de proteína protege eficazmente las nanoestructuras de ADN encapsuladas de la degradación. Al combinar la protección con las propiedades funcionales de los ácidos nucleicos ácido origami, incluida la posibilidad de entregar ADN o ARN mensajero junto con otras moléculas de carga, creemos que nuestro enfoque proporciona direcciones futuras interesantes para la ingeniería biomédica”, concluye Kostiainen.

Referencia: “Polimorfismo de la cápside del virus dirigido por origami de ADN” por Iris Seitz, Sharon Saarinen, Esa-Pekka Kumpula, Donna McNeale, Eduardo Anaya-Plaza, Vili Lampinen, Vesa P. Hytönen, Frank Sainsbury, Jeroen JLM Cornelissen, Veikko Linko, Juha T. Huiskonen y Mauri A. Kostiainen, 17 de julio de 2023, Naturaleza Nanotecnología.
DOI: 10.1038/s41565-023-01443-x

Este trabajo se realizó conjuntamente en la Universidad Aalto (Finlandia) con investigadores de la Universidad de Helsinki (Finlandia), la Universidad Griffith (Australia), la Universidad de Tampere (Finlandia) y la Universidad de Twente (Países Bajos).


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