Publicación: Síntesis de un producto basado en el biopolímero quitosano y el péptido SBP1 para encapsular al virus SARS-CoV-2 responsable de la COVID-19
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Resumen
La enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19), causada por el virus SARS-CoV-2, ha provocado millones de muertes y sigue siendo un gran desafío global. Este virus, que es altamente transmisible, es el más contagioso de la familia Coronaviridae. El genoma del SARS-CoV-2 codifica cuatro proteínas importantes: la proteína Spike (S), la proteína de Envoltura (E), la proteína de Membrana (M) y la proteína Nucleocápside (N). De estas, la proteína S es fundamental para la fusión con la célula huésped, por lo que es un objetivo terapéutico clave. Debido a que el virus ingresa a la celula utilizando la enzima convertidora de angiotensina humana 2 (ACE2), la interacción de esta proteína con la proteína S ha emergido como un punto central en la investigación de tratamientos antivirales. Basándose en la estructura de la ACE2, investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) crearon el péptido Spike Binding Protein 1 (SBP1). En ensayos de afinidad, este péptido mostró afinidad por la proteína S, aunque en menor proporción comparada con la afinidad entre la ACE2 y la proteína S. Considerando la necesidad de aumentar la afinidad del SBP1 por la proteína S y sabiendo que el diseño de la interacción SBP1-proteína S es un enfoque trascendental ya que es apta para el virus y sus mutaciones, debido a que el virus utiliza su proteína S para ingresar a la célula, este trabajo de investigación propone un método de síntesis para mejorar la afinidad del péptido SBP1. Para ello, se utiliza el quitosano como matriz y se une al péptido SBP1 utilizando la N-hidroxisuccinimida-PEG-Maleimido (NHS-PEG-MAL) como linker. El quitosano es un biopolímero ampliamente utilizado debido a su capacidad para modificarse, reaccionar y contener fácilmente otras moléculas, como los péptidos. Esta capacidad de servir como matriz o soporte de moléculas amplifica significativamente la afinidad de estas por sus respectivas proteínas extracelulares del patógeno objetivo. En este estudio se caracterizaron los reactivos iniciales mediante la técnica de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). La síntesis del quitosano funcionalizado se realizó en dos etapas: primero, se formó una amida entre la unidad desacetilada del quitosano (glucosamina) y el NHS-PEG-MAL; en la segunda etapa, se llevó a cabo la reacción de Michael para unir el quitosano-PEG heterobifuncional al péptido SBP1, obteniendo finalmente el quitosano funcionalizado con el SBP1. Al final de la síntesis, el producto se purificó y su pureza se verificó mediante RMN. El producto final obtenido fue reproducible, logrando un 14% de funcionalización del SBP1 en el quitosano. Como parte del estudio, se realizaron pruebas de capacidad neutralizante mediante micro-aglutinación utilizando Salmonella enteritidis modificada, una bacteria que presenta la proteína S del virus SARS-CoV-2 en su superficie. Los ensayos se llevaron a cabo con controles positivos y negativos, así como con la muestra de quitosano funcionalizado con el péptido SBP1. Como conclusión del estudio, no se observó aglutinación, lo que podría sugerir que la técnica de micro-aglutinación no fue lo suficientemente sensible o específica para detectar interacciones a nivel molecular. Sin embargo, su bajo costo y simplicidad fueron factores determinantes para iniciar las pruebas de medición de la efectividad del producto sintetizado, agotando primero las opciones de fácil acceso.
Resumen
The coronavirus disease 2019 (COVID-19), caused by the SARS-CoV-2 virus, has led to millions of deaths and remains a significant global challenge. This highly transmissible virus is the most contagious among the Coronaviridae family. The genome of SARSCoV- 2 encodes four key proteins: Spike protein (S), Envelope protein (E), Membrane protein (M), and Nucleocapsid protein (N). Among these, the Spike protein (S) is crucial for cell entry and serves as a key therapeutic target. The virus enters cells using the human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor, making the interaction between ACE2 and Spike protein pivotal in antiviral research. Inspired by the ACE2 structure, researchers at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) developed the Spike Binding Protein 1 (SBP1) peptide. In affinity assays, SBP1 demonstrated binding affinity to the Spike protein, albeit lower compared to ACE2-Spike interaction. Recognizing the need to enhance SBP1's affinity for the Spike protein, crucial for the virus and its mutations, this research proposes a synthesis method. Here, chitosan serves as a matrix, conjugating with SBP1 using N-hydroxysuccinimide-PEG-Maleimide (NHS-PEGMAL) as a linker. Chitosan, a widely-used biopolymer, is known for its ability to modify, react, and effectively encapsulate molecules like peptides. This capacity to act as a matrix significantly enhances the affinity of these molecules for their respective extracellular protein targets of the pathogen. The study characterized initial reagents using Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy. Functionalized chitosan synthesis occurred in two stages: first, an amide formed between the deacetylated chitosan unit (glucosamine) and NHS-PEG-MAL; secondly, Michael addition reaction joined chitosanheterobifunctional PEG to SBP1 peptide, yielding SBP1-functionalized chitosan. Postsynthesis, the product underwent purification, confirming purity via NMR. The final product demonstrated reproducibility with 14% SBP1 functionalization on chitosan. As part of the study, microagglutination tests assessed neutralizing capability using modified Salmonella enteritidis, bearing SARS-CoV-2 Spike protein on its surface. Trials included positive and negative controls, alongside SBP1-functionalized chitosan samples. While no agglutination was observed, suggesting microagglutination's insensitivity or specificity at molecular levels, its affordability and simplicity were pivotal in early effectiveness testing of the synthesized product.