Partícula interferente defectuosa

Las partículas interferentes defectuosas ( DIP ), también conocidas como virus interferentes defectuosos , son mutantes virales generados espontáneamente en los que se ha perdido una porción crítica del genoma de la partícula debido a una replicación defectuosa o a una recombinación no homóloga . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Se presume que el mecanismo de su formación es como resultado del cambio de plantilla durante la replicación del genoma viral, aunque también se han propuesto mecanismos no replicativos que implican la ligación directa de fragmentos de ARN genómico. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Las DIP se derivan de su virus parental y se asocian con él, y las partículas se clasifican como DIP si se vuelven no infecciosas debido a que al menos un gen esencial del virus se pierde o se daña gravemente como resultado de la defección. ^{[ 4 ]} Una DIP generalmente aún puede penetrar las células huésped, pero requiere otra partícula viral completamente funcional (el virus "auxiliar") para coinfectar una célula con ella, a fin de proporcionar los factores perdidos. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Las DIP fueron observadas por primera vez en la década de 1950 por Von Magnus y Schlesinger, ambos trabajando con virus de la influenza. ^{[ 8 ]} Sin embargo, la evidencia directa de las DIP solo se encontró en la década de 1960 por Hackett, quien notó la presencia de partículas "rechonchas" del virus de la estomatitis vesicular en micrografías electrónicas ^{[ 9 ]} y la formalización de la terminología de las DIP fue en 1970 por Huang y Baltimore. ^{[ 10 ]} Las DIP pueden ocurrir dentro de casi todas las clases de virus de ADN y ARN, tanto en entornos clínicos como de laboratorio, incluyendo el poliovirus , el coronavirus del SARS , el sarampión , los alfavirus , el virus sincitial respiratorio y el virus de la influenza . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

Los DIP son un fenómeno natural que puede recrearse en condiciones experimentales en el laboratorio y también sintetizarse para uso experimental. Se producen espontáneamente por replicación viral propensa a errores , algo particularmente frecuente en virus de ARN sobre virus de ADN debido a la enzima utilizada (replicasa o ARN polimerasa dependiente de ARN ). ^{[ 4 ] [ 19 ]} Los genomas DIP suelen conservar las secuencias terminales necesarias para el reconocimiento por las polimerasas virales y las secuencias para el empaquetamiento de su genoma en nuevas partículas, pero poco más. ^{[ 20 ] [ 21 ]} El tamaño del evento de deleción genómica puede variar enormemente; un ejemplo de ello es un DIP derivado del virus de la rabia que presenta una deleción de 6,1 kb. ^{[ 22 ]} En otro ejemplo, el tamaño de varios genomas de virus de plantas DI-ADN varió desde una décima parte del tamaño del genoma original hasta la mitad. ^{[ 23 ]}

Las partículas se consideran interferentes cuando afectan la función del virus parental a través de la inhibición competitiva ^{[ 4 ]} durante la coinfección. En otras palabras, los virus defectuosos y no defectuosos se replican simultáneamente, pero cuando aumentan las partículas defectuosas, la cantidad de virus no defectuosos replicados disminuye. El grado de interferencia depende del tipo y tamaño de la defección en el genoma; grandes deleciones de datos genómicos permiten la replicación rápida del genoma defectuoso. ^{[ 20 ]} En el SARS-CoV-2, las DIP sintéticas creadas al eliminar el 90% del genoma se replican tres veces más rápido que el virus. ^{[ 24 ]} Durante la coinfección de una célula huésped, eventualmente se alcanzará una proporción crítica en la que se utilizan más factores virales para producir las DIP no infecciosas que partículas infecciosas. ^{[ 20 ]} También se ha demostrado que las partículas defectuosas y los genomas defectuosos estimulan las respuestas inmunes innatas del huésped y su presencia durante una infección viral se correlaciona con la fuerza de la respuesta antiviral. ^{[ 11 ]} Sin embargo, en algunos virus como el SARS-CoV-2, el efecto de inhibición competitiva por partículas interferentes reduce las respuestas inmunitarias innatas mediadas por el virus y la inflamación, produciendo un efecto terapéutico. ^{[ 25 ]}

Esta naturaleza interferente está adquiriendo cada vez más importancia para la investigación de terapias virales. ^{[ 26 ] [ 27 ]} Se cree que, debido a su especificidad, las DIP se dirigirán a los sitios de infección. En un ejemplo, los científicos han utilizado DIP para crear "virus protectores", que atenuaron la patogenicidad de una infección de influenza A en ratones, mediante la inducción de una respuesta de interferón , hasta el punto de que dejó de ser letal. ^{[ 28 ]} Para el SARS-CoV-2 , las primeras DIP sintéticas se crearon en 2020 ^{[ 24 ]} y el efecto de interferencia se utilizó para generar partículas interferentes terapéuticas (TIP) que redujeron la patogénesis y protegieron a los hámsteres de la enfermedad grave. ^{[ 29 ]}

Se ha demostrado que los DIP desempeñan un papel en la patogénesis de ciertos virus. Un estudio demuestra la relación entre un patógeno y su variante defectuosa, mostrando cómo la regulación de la producción de DI permitió al virus atenuar su propia replicación infecciosa, disminuyendo la carga viral y, por lo tanto, aumentando su eficiencia parasitaria al evitar que el huésped muriera demasiado rápido. ^{[ 30 ]} Esto también le da al virus más tiempo para propagarse e infectar nuevos huéspedes. La generación de DIP está regulada dentro de los virus: el elemento de replicación cis-activo SL-III del coronavirus (mostrado en la imagen) es una estructura genómica de orden superior implicada en la mediación de la producción de DIP en el coronavirus bovino , con homólogos aparentes detectados en otros grupos de coronavirus . ^{[ 1 ]} Una introducción más detallada se puede encontrar en el trabajo de Alice Huang y David Baltimore de 1970. ^{[ 10 ]}

1. Las defecciones por deleción ocurren cuando se omite un fragmento de la plantilla. Ejemplos de este tipo de defección se pueden encontrar en el virus del marchitamiento manchado del tomate y el virus Flock House. ^{[ 31 ] [ 21 ]}
2. Las desviaciones por retroalimentación ocurren cuando la replicasa transcribe parte de una hebra y luego usa esta nueva hebra como molde. El resultado puede producir una estructura en horquilla. Se han observado desviaciones por retroalimentación en el virus de la estomatitis vesicular . ^{[ 32 ]}
3. Las desviaciones en forma de asa ocurren cuando la polimerasa transporta una cadena parcialmente sintetizada y luego vuelve a transcribir el extremo 5', formando la estructura en forma de asa. Estas desviaciones se encuentran en los virus de la gripe. ^{[ 33 ]}
4. Las desfecciones compuestas se producen cuando ocurren simultáneamente una desprendimiento y una reversión.
5. Genoma DI mosaico o complejo, en el que las distintas regiones pueden provenir del mismo genoma del virus auxiliar pero en el orden incorrecto; de diferentes segmentos del genoma auxiliar, o podrían incluir segmentos de ARN del huésped. También pueden producirse duplicaciones. ^{[ 3 ]}

Virólogos han llevado a cabo investigaciones para comprender mejor la interferencia en la infección de células huésped y cómo los genomas DI podrían funcionar como agentes antivirales inmunoestimulantes . ^{[ 3 ]} Otra rama de investigación ha explorado el concepto de ingeniería de DIP en partículas de interferencia terapéutica antiviral (TIP) , ^{[ 34 ]} un concepto puramente teórico hasta hace poco. ^{[ 35 ]} Un artículo de 2014 describe el trabajo preclínico para probar la eficacia inmunoestimulante de un DIP contra virus de la influenza mediante la inducción de respuestas inmunitarias antivirales innatas (es decir, interferón). ^{[ 36 ]} Trabajos posteriores probaron la eficacia preclínica de TIP contra el VIH ^{[ 37 ]} y el SARS-CoV-2 . ^{[ 24 ] [ 25 ]} También se ha descubierto por primera vez que los DI-ARN ayudan en la infección de hongos a través de virus de la familia Partitiviridae , lo que abre la puerta a un trabajo más interdisciplinario. ^{[ 19 ]}

Se han desarrollado varias herramientas como ViReMa ^{[ 38 ]} y DI-tector ^{[ 39 ]} para ayudar a detectar genomas virales defectuosos en datos de secuenciación de próxima generación y enfoques de alto rendimiento , como la secuenciación de biblioteca de eliminación aleatoria (RanDeL-Seq) ^{[ 40 ]} , que permiten el mapeo racional de los elementos genéticos virales que se requieren para la propagación de partículas DI.