SARS-CoV-2: La geometría del enemigo

La Covid-19 está resultando un evento catastrófico global que está poniendo en jaque nuestra forma actual de vida. No obstante, conocemos al SARS-CoV-2 bastante mejor que los atenienses o los europeos del medioevo cuando se enfrentaron a la plaga de Atenas y la peste negra.

La palabra virus significa etimológicamente veneno o sustancia nociva, un nombre muy apropiado. Aunque existen registros históricos milenarios de las enfermedades causadas por los virus, la verdad es que no fueron descubiertos como entidades biológicas hasta finales del siglo XIX.

En 1884, el microbiólogo francés Charles Chamberland inventó un filtro con poros de diámetro inferior al de las bacterias, de manera que este filtro dejaba pasar a los virus, cosa que el propio Chamberland desconocía.

Este filtro, conocido hoy como filtro de Chamberland-Pasteur, permitió al biólogo ruso Dimitri Ivanovski en 1892 demostrar que los extractos de hojas molidas de plantas infectadas seguían siendo infecciosos después de ser filtrados. Hoy en día sabemos que la infección era causada por el llamado virus del mosaico del tabaco.

En 1899, el microbiólogo neerlandés Martinus Beijerinck propuso que existían entes, que llamó virus, más pequeños que las bacterias. Con la invención del microscopio electrónico en 1931, por los ingenieros alemanes Ernst Ruska y Max Knoll, se tomaron las primeras imágenes de los virus. A partir de ese momento, se los ha podido fotografiar en detalle y descubrir así qué aspecto tiene “el enemigo”.

Recientemente se han descubierto los llamados megavirus que se pueden ver incluso con el microscopio óptico y que pueden llegar a tener un gran tamaño, ¡0,8 micras de diámetro! No sabemos cómo habría discurrido la historia de la Medicina si se hubiesen observado en el siglo XIX.

El aspecto del enemigo

Los virus no pueden ser considerados como organismos vivos: carecen de orgánulos celulares y necesitan de las células de un huésped para reproducirse. Los virus están compuestos de material genético (ARN o ADN) protegido por una envoltura (llamada cápside) y en algunos casos, como el de los coronavirus, envuelta en una membrana lipídica exterior. De ahí la recomendación del uso de agua y jabón que arrastra esa última envoltura. En general, el tamaño de los virus oscila entre 10 y 100 nanómetros, por eso sólo son visibles con el microscopio electrónico.

La cápside de los virus presenta distintos tipos de simetrías:

1. Simetría icosaédrica: la cápside presenta la forma de icosaedro regular, cuyas caras son triángulos equiláteros. Este es el caso del virus de la rubeola o el de la hepatitis.

2. Simetría helicoidal o cilíndrica: los elementos de la cápside (capsómeros) se disponen verticalmente en torno a un eje y pueden presentar o no envoltura, como el virus de la gripe o el del mosaico del tabaco.

3. Simetría compleja: los capsómeros presentan una cabeza en forma de prisma hexagonal, unida a una cola en forma de hélice o muelle y finalizan en una capa de anclaje con varillas rígidas. Eso implica que en ella se combinan elementos de simetría icosaédrica con otros de simetría helicoidal.

Estas estructuras ya fueron debatidas por F.H.C. Crick y J.D. Watson en 1956, quienes postularon que las envolturas de los virus se construían empaquetando bloques idénticos. Eso limitaba las posibilidades a unas pocas opciones geométricas, de ahí las simetrías observadas, como después probaron Donald Caspar y Aaron Klug en 1962. Funcionalmente, la estructura simétrica de los virus permite su coagulación, como si se tratara de materia no viva. Además les permite acoplarse a una célula desde cualquier ángulo.

Retrato robot del SARS-CoV-2

Fijémonos en los coronavirus. Son una amplia familia de virus, que incluye a algunas variedades del catarro común, y otras más letales como el SARS-CoV y el MERS-CoV surgidos en 2003 y 2012, respectivamente. Ambos provocan afecciones respiratorias que, en algún caso, pueden ser mortales.

El coronavirus que nos mantiene confinados en casa se denomina SARS-CoV-2 y la enfermedad asociada a él, Covid-19 (Coronavirus disease 2019). Esta distinción es similar a la que existe entre VIH (el virus) y SIDA (la enfermedad). Los coronavirus poseen una envoltura esférica que incluye unas espículas distribuidas simétricamente formando una corona (de ahí la etimología de coronavirus) que les permite abrirse camino por la membrana celular y atacar a la célula desde cualquier ángulo.

Los virus suelen introducirse en las células atrapados en el interior de pequeñas cápsulas (endosomas o fagosomas, en general). Los virus aprovechan la bajada sistemática del pH en su interior para cambiar su estructura espacial e inyectar su material genético en la célula y, eventualmente, secuestrar la maquinaria celular y autorreplicarse.

A la espera de una vacuna, los tratamientos antivirales persiguen atacar uno o varios frentes: evitar la entrada; evitar que escapen de las cápsulas; o inhibir la replicación. Esta triple vía de ataque ha sido muy exitosa contra el SIDA y representa una de las esperanzas, a corto plazo, para paliar el impacto de la Covid-19.

Gracias a la investigación básica, cada día conocemos mejor al enemigo, por lo que no debemos olvidar este binomio inseparable: ciencia y conocimiento.

Una versión de este artículo fue publicada originalmente en el blog Matemáticas y sus fronteras, de la Fundación para el Conocimiento madri+d.

Antonio Gómez Corral recibe fondos del Gobierno de España (Ministerio de Ciencia e Innovación).

Mario Castro Ponce recibe fondos del Gobierno de España (Ministerio de Ciencia e Innovación) y de la Unión Europea a través del programa H2020.

Manuel de León Rodríguez no recibe salario, ni ejerce labores de consultoría, ni posee acciones, ni recibe financiación de ninguna compañía u organización que pueda obtener beneficio de este artículo, y ha declarado carecer de vínculos relevantes más allá del cargo académico citado.