Las espículas de los coronavirus SARS-CoV-2 (humano), RaTG13 (murciélago) y PCoV_GX (pangolín)

Por Francisco R. Villatoro, el 24 septiembre, 2020. Categoría(s): Biología • Bioquímica • Ciencia • Noticias • Science • Virología ✎ 8

La evolución del coronavirus SARS-CoV-2 es difícil de estudiar porque nos faltan muchas piezas del puzzle filogenético. El coronavirus de murciélago RaTG13 es el que más se parece al SARS-2 entre todos los secuenciados; pero el dominio de unión al receptor (RBD) de la proteína espicular (S) de SARS-2 se parece más al del coronavirus de pangolín GD/2019, cuyo genoma no se ha secuenciado de forma completa. Se publica en bioRxiv la reconstrucción tridimensional de las espículas de los coronavirus RaTG13 y PCoV-GX/P5L/2017 (un coronavirus de pangolín secuenciado de forma completa) con objeto de compararlas con las de SARS-2. Además, se estudia in vitro la unión de estas espículas al receptor ACE2 humano (hACE2). Los resultados apuntan a que solo dos nucleótidos mutados en el RBD de SARS-2 y RaTG13 explican la mayor infectividad a humanos del primero, similar a la del RBD de PCoV-GX. Por tanto, no es necesario un animal intermediario como el pangolín (aunque no se descarta que pueda existir).

La estructura de los RBD de las proteínas S de los tres coronavirus son muy similares entre sí. Sin embargo, los RBD de PCoV-GX y SARS-2 se unen al receptor ACE2 humano (hACE2) con mayor que fuerza que el de RaTG13 gracias a los seis residuos (aminoácidos) Y449, F486, Q493, Q498, N501 e Y505 de SARS-2; en RaTG13 son F449, L486, E493, Y498, D501 e H505, mientras en PCoV-GX son Y449, L486, E493, H498, T501 e Y505. La comparación muestra que los cambios de residuos más relevantes para que RaTG13 se una más débilmente a hACE2 son solo dos, Y449F e Y505H; usando el código genético basta la mutación de dos nucleótidos. Además, se destaca el papel que juegan los glicanos en el RBD de la glicoproteína S de SARS-2 en su conformación y en su unión al receptor ACE2 humano.

El artículo es Xinquan Wang, Shuyuan Zhang, …, Linqi Zhang, «Bat and pangolin coronavirus spike glycoprotein structures provide insights into SARS-CoV-2 evolution,» bioRxiv preprint 307439 (22 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.21.307439 (en mi opinión acabará publicado en una revista científica de alto impacto). También he tomado una tabla de Hong Zhou, Xing Chen, …, Weifeng Shi, «A Novel Bat Coronavirus Closely Related to SARS-CoV-2 Contains Natural Insertions at the S1/S2 Cleavage Site of the Spike Protein,» Current Biology 30: P2196-2203.E3 (08 Jun 2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.05.023, bioRxiv preprint 974139 (06 Mar 2020), doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.02.974139.

[PS 25 sep 2020] Los interesados en las características del receptor ACE2 del posible animal intermediario, les recomiendo Xiaoqiang Huang, Chengxin Zhang, …, Yang Zhang, «Identifying zoonotic origin of SARS-CoV-2 by modeling the binding affinity between Spike receptor-binding domain and host ACE2,» bioRxiv preprint 293449 (11 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1101/2020.09.11.293449. Y sobre el efecto de las mutaciones en el RBD en la infectividad del coronavirus, recomiendo Junxian Ou, Zhonghua Zhou, …, Qiwei Zhang, «Emergence of SARS-CoV-2 spike RBD mutants that enhance viral infectivity through increased human ACE2 receptor binding affinity,» bioRxiv preprint 991844 (12 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.15.991844. Sobre el papel de los glicanos de la glicoproteína espicular en la unión al receptor recomiendo Peng Zhao, Jeremy L. Praissman, …, Lance Wells, «Virus-Receptor Interactions of Glycosylated SARS-CoV-2 Spike and Human ACE2 Receptor,» bioRxiv preprint 172403 (24 Jul 2020), doi: https://doi.org/10.1101/2020.06.25.172403. [/PS]

Fuente: Current Biology (2020) https://doi.org/10.1016/j.cub.2020.05.023

El coronavirus de murciélago (que haya sido secuenciado) más parecido al coronavirus humano SARS-CoV-2 se llama RaTG13; se aisló en un murciélago Rhinolophus affinis de la provincia de Yunnan, China; su ARN coincide con el del SARS-CoV-2 en un 96.2 %. Otros coronavirus de murciélagos secuenciados que también se parecen, aunque algo menos, son RmYN02 un 93.3 %, ZC45 un 87.6 % y ZXC21 un 87.4 %. Lo más relevante en la infección por SARS-CoV-2 es la proteína S de la espícula; la secuencia de nucleótidos de la proteína S de estos coronavirus de murciélagos se parecen a la humana en un 92.9 % (RaTG13), 75.1 % (ZC45), 74.6 % (ZXC21) y 71.9 % (RmYN02), y en aminoácidos en un 97.4 % (RaTG13), 80.2 % (ZC45), 79.6 % (ZXC1) y 72.9 % (RmYN02). El dominio de unión al receptor (RBD) es la parte más relevante de la proteína S para la infección; la secuencia de nucleótidos del RBD de estos coronavirus de murciélagos se parecen a la humana en un 85.3 % (RaTG13), 62.1 % (ZC45), 61.3 % (RmYN02) y 60.6 % (ZXC21), y en aminoácidos en un 89.3 % (RaTG13), 63.5 % (ZC45), 62.9 % (ZXC21) y 62.4 % (RmYN02).

Por tanto, la estructura tridimensional de la espícula del coronavirus de murciélago RaTG13 (como el resto de su genoma) es la que más se parece a la de SARS-CoV-2. Sin embargo, la teoría de la evolución predice que tienen que existir coronavirus de animales con un RBD en su proteína S que se parezcan aún más al de la humana, aunque el resto de su genoma se parezca mucho menos. La razón es puramente estadística y se resume en una sola palabra: mutaciones. La hipótesis de que el pangolín es el animal intermediario entre murciélagos y humanos tiene su origen en este hecho. El RBD del coronavirus de pangolín GD/2019 se parece al humano en aminoácidos en un 97.4 % (compara este número con el 89.3 % de RaTG13), pero su proteína S solo se parece en un 90.7 % (mientras la de RaTG13 se parece en un 97.4 %). Más aún, no se ha podido secuenciar de forma completa el genoma del coronavirus de pangolín GD/2019, que se aisló en muestras de varios pangolines malayos Manis javanica importados ilegalmente en la provincia de Guangdong (GD), China.

Se han secuenciado de forma completa muy pocos coronavirus de pangolín; al menos muchos menos que de murciélagos. El coronavirus de pangolín secuenciado de forma completa más parecido al coronavirus humano SARS-CoV-2 se llama GX/P5L/2017 y se aisló en Manis javanica importados ilegalmente en la provincia de Guangxi (GX), China; su ARN coincide con el del SARS-CoV-2 en un 85.2 % (compara este valor con el 96.2 % de RaTG13). El RBD de GX/P5L/2017 se parece al humano en aminoácidos en un 86.8 % (menos que el 89.3 % de RaTG13 y el 97.4 % de GD/2019) y su proteína S solo se parece en un 92.4 % (la de RaTG13 alcanza un 97.4 %). Por tanto, la hipótesis de que el pangolín es el animal intermediario se encuentra con un grave problema, no se ha secuenciado ningún coronavirus de pangolín más parecido al humano que el más parecido de los de murciélagos. Por supuesto, no se puede descartar que haya habido eventos de recombinación en un pangolín infectado de forma simultánea por un coronavirus de pangolín (similar a GD) y uno de murciélago (similar a RaTG13), pero la navaja de Ockham apunta a que el pangolín es innecesario como intermedario (mientras no se demuestre lo contrario).

La estructura tridimensional de la espícula (un trímero formado por tres copias de la glicoproteína espicular) de los coronavirus RaTG13, PCoV-GX y SARS-2 es muy similar (en esta figura se muestra la distribución de sitios de glicosilación con algunos glicanos). Se trata de estructuras en forma de «seta» con una altura de ~150 Å y una anchura de ~120 Å; el «sombrero» superior está dominado por hebras (o láminas) beta y el «pie» inferior por hélices alfa.

Fuente: bioRxiv (2020) https://doi.org/10.1101/2020.09.21.307439

Las proteínas espiculares de RaTG13 y PCoV-GX son muy parecidas a las de SARS-2 (esta figura muestra sus diferencias en su estructura secundaria); puedes ver su secuencia en nucleótidos y aminoácidos en NCBI GenBank 43740568 (SARS-2), QHR63300.2 (RaTG13) y QIA48614.1 (PCoV-GX). La proteína S está dividida en dos subunidades llamadas S1 («sombrero de la seta») y S2 («pie de la seta») separadas por el punto de escisión (o corte) por furina S1/S2. La subunidad S1 se inicia con un dominio N-terminal (NTD), un dominio C-terminal (CTD) que actúa como RBD, y los subdominios 1 y 2 (SD1  y SD2). La subunidad S2 se inicia con una hélice alfa final (UH), o la S1 acaba con ella pues está justo antes del sitio de escisión por proteasas (S2′), luego viene el péptido de fusión (FP), la región conectiva (CR), la región 1 de heptámeros repetidos (HR1), la hélice alfa central (CH), una horquilla beta (BH), el subdominio 3 (SD3) y la región 2 de heptámeros repetidos (HR2); esta última aparece en la figura con línea a trazos pero es idéntica en los tres coronavirus.

El elemento clave para la infectividad del coronavirus es el RBD responsable de la unión de la espícula con el receptor hACE2. La estructura tridimensional de los RBD de RaTG13, PCoV-GX y SARS-2 es muy similar (como muestra esta figura). Por tanto, las diferencias observadas en los experimentos in vitro tienen su origen en residuos (aminoácidos) muy concretos, afectando muy poco las diferencias restantes. No quiero entrar en más detalles de los ya reseñados en el segundo párrafo de este pieza; los interesados pueden consultar el artículo; solo me gustaría resaltar una cuestión. El nuevo artículo muestra lo fácil que es la evolución natural desde un coronavirus de murciélago similar a RaTG13 hasta el coronavirus humano SARS-CoV-2. Si de alguna forma algún coronavirus similar a RaTG13 con un par de mutaciones en su RBD infectó a un humano capaz de contagiar a otros, sus mutaciones posteriores pudieron ser responsables de las diferencias que observamos en el resto de su genoma. Su origen natural está fuera de toda duda.

Por cierto, supongo que te habrás enterado del panfleto de la viróloga china Li-Meng Yan y tres colegas (Li Meng Yan, Shu Kang y Jie Guan) que afirma que el coronavirus SARS-CoV-2 no es un virus zoonótico natural. Todos ellos emigraron a Estados Unidos, donde están afiliados a la organización ultraderechista Rule of Law Society, fundada por el magnate chino Guo Wengui junto con Steve Bannon, exasesor de Donald Trump. Su «artículo» se ha publicado en la web Zenodo, pues contiene varias paparruchas que impiden su publicación en una revista científica. Su argumento principal es que el coronavirus de murciélago RaTG13 no existe, siendo su genoma una invención promovida por el Gobierno de China, aunque esté publicado en una revista científica. Mas aún, sin pruebas, se afirma que el coronavirus SARS-CoV-2 ha sido «fabricado» a partir de los coronavirus de murciélago ZC45 y ZXC21 (los primeros con los se comparó su genoma). El panfleto no presenta pruebas y se parece más una pataleta de los autores que a un artículo científico.

Por simple curiosidad, he descargado los genomas de estos coronavirus de NCBI GenBank para comprobar las afirmaciones realizadas en el panfleto (con la soterrada intención de usarlo como ejercicio para mis estudiantes de bioinformática). Para mi sorpresa he comprobado que se mezclan valores correctos con valores incorrectos; no parecen errores tipográficos, sino más bien bulos, pues los valores incorrectos están sesgados para apoyar la hipótesis principal del panfleto. Omito citar aquí el panfleto y el enlace para su descarga. No recomiendo a nadie su lectura (salvo a quien no tema exclamar ¡me llevan los nervios!).



8 Comentarios

  1. Varios biologos han explicado el porque, en base a la secuencia genetica, no es un virus de laboratorio… mas si, pudo haber sido acelerado en sus mutuaciones para llevar a lo que tenemos hoy…

    me quedo con esta informacion que nos ofrece Maestro Francis…

  2. He leído con sumo interés este post porque el asunto de los coronavirus de pangolin en relación con el orígen del Sars CoV 2 me interesa sobremanera. La sensación que he sacado al final es de una importante confusión. No puedo pretender dominar el tema, pero hace poco revisé el asunto de la proteína S de todas las secuencias de coronavirus de pangolin que pude encontrar y observé que del año 2017 hay cuatro y del 2018 una más, todas ellas correspondientes a animales decomisados en Guangtxi. Las cinco son casi idénticas. En el RBD del coronavirus de pangolin etiquetado como PCoV-GX/P5L/2017, y con respecto al del virus pandémico actual, sólo hay dos posiciones -L442 y Y491- que coinciden con las de éste último. Parece evidente que este coronavirus no ha jugado ningún papel en su orígen. Otro asunto es el coronavirus de pangolin estudiado en un decomiso en Guangdong en marzo de 2019 en animales que fallecieron con neumonía severa. En este caso, al menos en la cepa denominada MP789″lung» a la que yo he tenido acceso y que es localizable en Gen Bank con el buscador QIG55945.1, los cinco aminoácidos de su RBD críticos para la unión a ACE2, a saber, L442, F472, Q479, S480, N487 y Y491, coinciden exactamente con los del RBD del coronavirus pandémico actual. Luego no sólo no es descartable su posible participación en la filogenia de Sars CoV 2, sino que incluso podría ser razonable asumir que este virus estaría capacitado para saltar directamente de pangolines a humanos. En este sentido me ha sorprendido tu afirmación de que puede que «este coronavirus no exista en forma salvaje y que su genoma incompleto sea una combinación de varios genomas de coronavirus de pangolín». Con todo el respeto, esta afirmación me recuerda lo dicho por la viróloga disidente de que «el coronavirus de murciélago RaTG13 no existe». Aunque ya se que no has querido decir eso ni yo pretendo establecer ninguna suerte de paralelismo. Saludos.

  3. Hola,
    con todo el respeto.
    He indagado un poco , preguntando a los virólogos de la Columbia University, que saben mas que yo.

    CITA «Los resultados apuntan a que solo dos nucleótidos mutados en el RBD de SARS-2 y RaTG13 explican la mayor infectividad a humanos del primero, similar a la del RBD de PCoV-GX. Por tanto, no es necesario un animal intermediario como el pangolín (aunque no se descarta que pueda existir).

    Esa frase es, siendo muy generoso, tremendamente discutible. Estás diciendo que la infección salta del murciélago de herradura a la especie humana, pero sin ninguna prueba de ello.

    1. Lo cierto es que exactamente lo que ha dicho o yo he entendido, sin ser yo doctor ni licenciado en literatura o en ningún estudio especial, es que podría ser que saltara del murciélago a la especie humana, aunque no se puede descartar aún que hubiera un animal intermediario. Yo es lo que entendí leyendo el artículo y leyendo el párrafo que tú mismo señalaste, además el sólo está señalando la conclusión del estudio, y nos indica qué es lo que significa simplemente, sin dar una opinión concreta, que luego sea así o no pues aún tendremos que esperar a más estudios o a lo mejor nunca lo sabremos con certeza, pero ir descartando cosas o viendo cuáles son las causas más probables siempre es interesante, y lo más probable desde luego no parece que sea con este estudio que el intermediario sea el pangolín, por supuesto que no hay ninguna prueba evidente aún al 100%, pero las mejores pruebas parece ser que van por otro lado. Lo que sí parece más que descartado es que el virus sea creación humana.

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