He estado pensando cómo aportar información útil, desde mi experiencia como genetista de ratón y biotecnólogo, para la crisis sanitaria que vivimos. A continuación describiré la generación y el uso de modelos animales –ratones transgénicos– para el estudio de la infección causada por diferentes coronavirus que afectan a los humanos.
Toda terapia que queramos administrar a seres humanos deberá seguir un protocolo establecido. Este empieza siempre con experimentos de investigación básica y suele implicar el uso de modelos celulares, con células animales o humanas en cultivo. Si se descubre algún mecanismo de trascendencia terapéutica entonces habrá que continuar la investigación con modelos animales, en lo que se conoce como fase preclínica.
Los experimentos con animales son necesarios para validar la seguridad y eficacia preclínica de una propuesta antes de empezar a administrar ese tratamiento en humanos. Es importante que sepamos lo estrictamente regulada que está la experimentación animal, que solo se aplica si no hay otro método alternativo, y lo absolutamente necesaria que siguen siendo en investigación biomédica.
Superadas todas las fases anteriores se llega a los ensayos clínicos, ya con personas, con sus sucesivas fases (I, II, III, IV). Una vez se comprueba que el tratamiento es seguro y eficaz en seres humanos, entonces las autoridades revisan toda esta información y pueden conceder la autorización para que el tratamiento se administre en cualquier hospital.
La duración de todo este proceso suele ser larga, de un año como mínimo, y a menudo muchos más. En determinados casos pueden acortarse algunas etapas, por razones de interés sanitario o de uso compasivo. Eso explica que se anuncien posibles vacunas para el nuevo coronavirus que todavía tardarán meses en llegar.
La pregunta es si el modelo animal más extendido en los laboratorios, el ratón, puede ser infectado por el coronavirus causante del COVID-19. La respuesta es no.
De forma natural, el coronavirus SARS-CoV-2 no infectará a las células del ratón, como sí infecta las nuestras. La razón la hemos conocido a principios del mes de marzo, gracias a un estudio publicado en la revista Cell, que demuestra que el nuevo coronavirus SARS-CoV-2 accede al interior de nuestras células a través de una proteína de membrana llamada ACE2 que actúa como receptor, al cual se une la proteína S del coronavirus.
La proteína ACE2 es el mismo receptor que usaba el coronavirus SARS-CoV que apareció en 2002 y causó el SARS. El descubrimiento de este receptor puede dar paso al desarrollo de anticuerpos bloqueantes anti-ACE2 y moléculas que impidan la unión de la proteína S del virus al receptor. También, como indican en el mismo estudio, para desarrollar inhibidores de una proteasada llamada TMPRSS2 que actúa a continuación, procesando la proteína S y rompiéndola en fragmentos activos de tamaño más pequeño.
La proteína ACE2 de los ratones es distinta a la proteína ACE2 humana, por eso ni el SARS-CoV ni el actual SARS-CoV-2 pueden infectar a los ratones. Eso impediría usar a estos roedores como modelos animales contra esta pandemia. A no ser que transformáramos al ratón, lo alteráramos genéticamente, y lo convirtiéramos en susceptible de ser infectable por estos dos coronavirus.
Eso es exactamente lo que hicieron en la Universidad de Iowa (EE. UU.) en 2007, generando unos ratones transgénicos que expresan el gen humano ACE2 bajo el control del promotor y las regiones reguladoras del gen K18 (queratina 18), que dirigen la expresión específicamente a las células epiteliales. Estos ratones trangénicos K18-hACE2 sí que son infectables por coronavirus SARS-CoV y mueren en menos de una semana tras inocularles intranasalmente el coronavirus.
Estos ratones transgénicos K18-hACE2 ya tienen la proteína humana ACE2 que el virus necesita para entrar en las células del ratón, y por eso se convirtieron en su momento (y siguen siendo) un estupendo modelo animal para investigar la infección de estos ratones por SARS-CoV, los mecanismos que permiten que esta ocurra y, en especial, para desarrollar y validar vacunas y terapias efectivas.
Cuando surgió el coronavirus MERS-CoV en 2012, que afectó a varios países de Oriente Medio con una mortalidad cercana al 30 %, se descubrió que este coronavirus accedía a las células humanas a través del receptor DDP4 (dipeptidil peptidasa 4) en la superficie de las células. Algunos años después, el mismo equipo investigador de la Universidad de Iowa generó otro modelo animal, un nuevo ratón transgénico que expresaba el gen humano hDPP4 bajo el control del promotor y zonas reguladoras del gen K18. Los ratones trangénicos resultantes, K18-hDPP4, también fallecían a los 7 días después de ser inoculados intranasalmente con el coronavirus MERS-CoV.
¿Tenemos algún modelo animal disponible para el nuevo coronavirus SARS-CoV-2? Así es. El mismo que era útil para el SARS-CoV sigue siéndolo para investigar ahora el SARS-CoV-2, dado que ambos virus comparten el mismo receptor de entrada a la célula: la proteína ACE2.
Por eso, los ratones transgénicos K18-hACE2 se han convertido en un modelo animal muy deseado y solicitado por todos aquellos investigadores que investigan la patogenicidad de este nuevo virus y sus posibles terapias. Estos ratones están disponibles desde uno de los mayores repositorios internacionales de modelos de ratón: The Jackson Laboratory. Esta es la ficha de estos ratones K18-hACE2 en Jax.
Sin embargo, la biología es más compleja de lo que suponemos. Un equipo de investigadores chinos acaba de depositar un manuscrito, en el servidor público bioRxiv de pre-prints, en el que demuestran que el coronavirus SARS-CoV-2 no solo parece entrar en las células humanas a través de la proteína/receptor ACE2, sino que también lo hace a través de la proteína CD-147 (también llamada Basigina, BSG).
En el mismo estudio los autores demuestran que el uso de anticuerpos bloqueantes anti-CD-147 inhibe la capacidad infectiva del coronavirus SARS-CoV-2 en células humanas en cultivo. Si se confirma esta observación (el manuscrito todavía no ha sido evaluado por pares ni publicado formalmente en ninguna revista) obligaría a revisar las expectativas terapéuticas que se habían lanzado para bloquear la vía de acceso a través de ACE2, dado que el coronavirus siempre tendría una puerta alternativa, una puerta trasera (la proteína CD-147/BSG) que podría usar para acceder al interior de las células humanas.
¿Disponemos ya de algún ratón para investigar la vía de entrada del coronavirus a través de BSG? Sí, hay varios modelos animales disponibles. A pesar de que algunos de los ratones mutantes (knock-out) del gen murino Bsg manifiestan letalidad perinatal o problemas de fertilidad, existen otros que solamente inactivan el gen Bsg en fibroblastos, perfectamente viables.
Y, lo que es más importante, se han desarrollado otros ratones mutantes knock-in en el que se les ha substituido el gen murino Bsg por el gen humano BSG. Este es un ejemplo de ratón “humanizado” en el que un gen murino ha sido reemplazado por su equivalente humano.
Por lo tanto, estos últimos ratones mutantes humanizados ya son infectables por el nuevo coronavirus y también pueden usarse para investigar la patogenicidad y el desarrollo de terapias contra SARS-CoV-2.
Una versión de este artículo fue publicada en el blog del autor, Genética.