Un virus está formado, en su descripción más simple, por el material genético (ADN o ARN) y por la envoltura proteica o cápside que lo protege. Esta cápside está constituida por un número reducido de proteínas diferentes, con una única proteína en los virus más simples. Una vez formadas las proteínas en la célula, éstas se autoensamblan de forma espontánea para formar la cápside con una geometría que caracteriza y distingue a los diferentes priones, que constituyen la unidad completa aislada del virus.
En una reciente publicación de la Universidad de La Laguna se obtiene la estructura de la cápside de cualquier virus cuasi-esférico que aparece en la naturaleza a partir de la minimización de una función de coste minimalista. Este trabajo ha sido realizado por José María Gómez Llorente y Javier Hernández-Rojas, catedráticos de Física Aplicada del Departamento de Física y miembros del Instituto Universitario de Estudios Avanzados en Física Atómica, Molecular y Fotónica (IUdEA) de este centro académico; Manuel Martín Bravo, estudiante de doctorado del Departamento de Física y David J. Wales, catedrático del Departamento de Química de la Universidad de Cambridge.
Más de la mitad de los virus que se conocen en la actualidad presentan una cápside con simetría icosaédrica, es decir, casi esférica. Esta simetría es la más alta que puede tener un sistema formado por un número finito de elementos constituyentes, explica Javier Hernández-Rojas, director del IUdEA. El icosaedro está formado por 12 vértices, 20 caras triangulares y 30 aristas. Los sistemas con esta alta simetría presentan mucha estabilidad y requieren de mínima información para su construcción. Un ejemplo de esta simetría es el virus diminuto del ratón, cuya cápside está formada por 60 proteínas y en el que sólo se requiere codificar una sóla proteína. A partir de ésta se obtienen las 59 restantes que luego se autoensamblan hasta formar la cápside completa.
Otro ejemplo muy conocido en el campo de la Física Molecular o Química Física es el Fullereno C60, una molécula orgánica formada por 60 átomos de carbono equivalentes que también se caracteriza por una alta estabilidad debido a su simetría icosaédrica. Estructuras de alta simetría también aparecen en el ámbito de la Arquitectura, en los denominados domos geodésicos.
El reciente artículo publicado en la revista ACS Nano, los investigadores de la Universidad de La Laguna se centran en el diseño de cápsides icosaédricas. “Las proteínas de las cápsides se pueden agrupar formando los denominados capsómeros, que se identifican atendiendo al número de proteínas que incluyen. Así tenemos los pentámeros o pentones, exámeros o exones, trímeros, dímeros y, por último, los monómeros (una proteína). De este modo, podemos considerar unidades asimétricas (proteínas) o simétricas (capsómeros) en nuestro modelo de la cápside. Esto implica, por su parte, que si la cápside está formada por proteínas (unidades asimétricas), éstas no pueden colocarse sobre los ejes de simetría que caracteriza a la cápside icosaédrica, de ahí que en nuestro modelo la tratemos como un hueco (-partícula)”, prosigue Hernández-Rojas.
El físico de la Universidad de La Laguna relata que para diseñar las cápsides icosaédricas, en primer lugar, se toman un número de partículas (proteínas o capsómeros) compatible con la simetría icosaédrica y, a continuación, se busca que éstas se distribuyan uniformemente sobre una superficie esférica.
En algunas cápsides más complejas, no todas las partículas se distribuyen de las misma forma, sino que lo hacen por clases u órbitas y, por tanto, en el modelo diseñado por los investigadores de la Universidad de La Laguna poseen interacciones diferentes. “Además, en algunos casos aparecen regiones prohibidas por razones de simetría que tratamos, como ya hemos mencionado, por huecos (unidad simétrica)”, aclara.
“Estas consideraciones de simetría en nuestro modelo nos han permitido no sólo reproducir virus icosaédricos de una capa, tales como el virus de la Hepatitis B, el fago N4 Enterobacteria, el virus de la Varicella-zoster o el adenovirus humano, sino de varias capas como el norovirus murino o el virus enano del arroz”, señala el investigador. Los principios inferidos de este estudio sobre la estructura geométrica de las cápsides virales pueden suponer un gran avance en el diseño de nanocontenedores víricos artificiales, con importantes aplicaciones en Medicina y Biotecnología, concluye.
