El Mal de Río Cuarto (MRC) es la enfermedad viral más importante del maíz (Zea mays L.) en Argentina, ya que genera importantes pérdidas económicas, ya sea por disminución de la producción de granos o por reducción de la biomasa. Por eso, un equipo de investigación -integrado por especialistas del INTA y del Instituto Leloir- colaboró para estudiar la estructura y función de la proteína del virus Mal de Río Cuarto (MRCV) con el objetivo de diseñar -a futuro- un antiviral. estrategias biotecnológicas. La investigación fue publicada en la revista internacional mBIO, publicada por la Sociedad Estadounidense de Microbiología.
Mariana del Vas, especialista en virología y biotecnología vegetal del Instituto de Agrobiotecnología y Biología Molecular del INTA, trabaja junto a su equipo para comprender las bases moleculares, bioquímicas y celulares de la replicación viral. Específicamente, hace más de 10 años, su grupo descubrió que MRCV se multiplica en estructuras llamadas viroplasmas, o fábricas virales, que se forman muy pronto después de la infección y están compuestas principalmente por una proteína viral llamada P9-1.
Ahora, uniendo esfuerzos con un grupo de investigadores del Instituto Leloir, especializados en análisis de proteínas y liderados por el biólogo estructural Lisandro Otero, para resolver la estructura tridimensional de P9-1. “Este estudio básico de un patógeno de gran interés agrícola nos permitirá contribuir al manejo de la enfermedad desde la biotecnología”, dijo del Vas.
Tras más de cinco años de trabajo multidisciplinar, aportado por otros equipos de Argentina, España y Bélgica, determinaron la versatilidad estructural de la proteína P9-1 a escala molecular y avanzaron en el estudio de sus diversas propiedades biológicas. cumplir su función durante el ciclo de infección.
“Pudimos determinar con alta precisión la posición en el espacio que ocupan los distintos átomos que componen la proteína, lo que permitió determinar su estructura tridimensional. De esta manera, pudimos demostrar que adopta dos conformaciones estados en forma de anillo, uno formado por el arreglo de 10 copias de la proteína (decamérica) y el otro con 12 copias (dodecamérica)”, comentó Lisandro Otero, exintegrante del Laboratorio de Microbiología e Inmunología bajo la dirección del Fernando Goldbaum de la Fundación Instituto Leloir y actual Director del Laboratorio de Biología Estructural y Bioinformática del Instituto de Biotecnología Ambiental y Salud (INBIAS-CONICET) de la Universidad Nacional de Río Cuarto, y del Centro de Biología Estructural para Rediseño e Ingeniería de Proteínas ( CRIP) de la Universidad Nacional Mayor de San Martín.
“Pudimos resolver la estructura atómica de P9-1 y encontramos que forma complejos multiméricos compuestos por 5 o 6 dímeros con un poro central”, dijo Gabriela Llauger, bióloga y especialista en virología vegetal. autor principal del trabajo publicado en la Revista.
En ese sentido, Llauger explicó que la replicación del genoma del virus Mal de Río Cuarto y el ensamblaje de nuevas partículas virales se da en fábricas virales, formadas principalmente por la proteína P9-1. Este proceso es muy ordenado y requiere energía en forma de ATP, que es aportada por la planta. “En este punto, descubrimos que esta estructura compleja permite que la proteína se una al ARN, que forma el genoma del virus, y esta asociación aumenta su capacidad para usar el ATP de la planta y usar la energía resultante para multiplicar el virus. » insinuó.
En cuanto al alcance principal de la investigación, del Vas enfatizó que “estos resultados contribuyen a la comprensión del mecanismo de replicación y empaquetamiento de un virus de gran importancia para el maíz en nuestro país y abren nuevos rumbos de investigación para profundizar aún más el problema”. Y agregó: “Por ser un virus que solo está presente en Argentina, necesitamos estudiarlo para diseñar estrategias de manejo de la enfermedad”.
Según del Vas, este hallazgo permitirá a largo plazo diseñar estrategias antivirales basadas, por ejemplo, en el uso de nanoanticuerpos de llama dirigidos contra P9-1, que su grupo desarrolló previamente en colaboración con INCUINTA y cuya patente se solicitó conjuntamente por INTA, Conicet y la Universidad Libre de Bruselas.
Esfuerzo de equipo
Describir la estructura de una proteína viral es un trabajo muy específico que requiere el uso de equipos complejos e investigadores especializados, de los cuales hay muy pocos en el mundo.
“Para la caracterización estructural de la proteína, tomamos un enfoque complejo que requirió el uso de varias técnicas y contó con la participación de varios grupos del país y del exterior”, dijo Otero, quien se ha dedicado a la caracterización estructural durante años. de biotecnología y proteínas clínicas, quien recientemente recibió una beca internacional de la Fundación Alexander von Humboldt para investigadores experimentados.
Para determinar los secretos mejor guardados de la proteína P9-1, el científico señaló que la cristalografía de rayos X y la microscopía crioelectrónica (cryo-EM), «las técnicas más importantes del mundo para la resolución estructural de proteínas a nivel atómico nivel», dijo.
En los siguientes pasos, del Vas y su equipo tienen la intención de utilizar estos nanoanticuerpos para alterar la estructura y/o función de las fábricas virales. «Mapearemos exactamente cuáles son los sitios de unión de algunos de estos nanoanticuerpos a la proteína P9-1 usando cristalografía», testificó, y destacó la importancia del trabajo interinstitucional y la colaboración interdisciplinaria que brindan el conocimiento y el estado de la cuestión. equipos de última generación necesarios para realizar estudios de este tipo.
En este caso particular, la investigación estuvo liderada por dos grupos de trabajo: uno liderado por Lisandro Otero (Fundación Instituto Leloir; actualmente dirige su laboratorio en el Departamento de Biología Molecular, Facultad de Ciencias Exactas, Fisicoquímicas y Naturales, Instituto de Medio Ambiente , Biotecnología y Salud (INBIAS), CONICET-Universidad Nacional de Río Cuarto). Este grupo es especialista en el estudio estructural de proteínas y participa en la Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica (PLABEM). Este grupo incluía a Fernando Goldbaum (coautor), Sebastian Klinke (coautor), Gabriela Sycz (coautora) y Marian Laura Cerutti (coautora).
El segundo grupo liderado por Mariana del Vas (IABIMO-CICCyA del INTA) es especialista en el estudio de MRCV. En este grupo participaron Gabriela Llauger (primera autora de este trabajo), Demián Monti (segundo autor de este trabajo) y Sofía Arellano (coautora). La investigación de este grupo se insertó en los programas de Biotecnología y Sanidad Vegetal del INTA.
Una herramienta para revelarlo
“Para estudiar la ocurrencia y severidad de cualquier enfermedad de un cultivo, es necesario contar con un método de diagnóstico confiable, de bajo costo, capaz de analizar una gran cantidad de muestras”, dijo el investigador del INTA, quien presentó un kit de diagnóstico para MRCV en 2022. único en el mundo, que detecta la presencia del virus en plantas e insectos con alta especificidad (100%) y sensibilidad diagnóstica (99,12%), afirmando que «el uso de este kit nos permitió encontrar que el 11% de las plantas asintomáticas estaban infectado.»
“Dado que no existen insumos comerciales para el diagnóstico de MRCV, y dado que es un virus de circulación nacional, creemos que el desarrollo de este kit fue importante para la selección de materiales genéticos con tolerancia o resistencia a la enfermedad. Esperamos que este desarrollo a largo plazo contribuya a mejorar el manejo de la enfermedad y la predictibilidad de la producción de maíz”, enfatizó el investigador del INTA.
El kit está diseñado para la detección de fijivirus basado en nanocuerpos artificiales de llama y representa una innovación para la industria de semillas y para la realización de estudios epidemiológicos. Este trabajo ganó el Gran Premio INOVAR 2021 y el Premio CITA 2022 a la Innovación en Tecnología Agrícola, Protección de Cultivos, Genética y Nutrición.
