Amparo Tolosa, Genotipia
Investigadores del Instituto Whitehead proporcionan una explicación a por qué algunas personas recuperadas de COVID19 siguen dando positivo en las pruebas de detección del virus por PCR semanas o meses después de haber pasado la enfermedad. En un reciente artículo, publicado en PNAS, Los investigadores plantean que, de forma excepcional, secuencias de ADN derivadas del ARN viral podrían integrarse en el genoma del huésped.
Desde el inicio de la pandemia una cuestión pendiente de resolver acerca del coronavirus SARS-CoV-2 ha sido por qué algunas personas infectadas siguen dando positivo en las pruebas de detección por PCR, incluso meses después de haberse recuperado de la enfermedad. Una posibilidad sería una nueva infección por parte del virus. Sin embargo, esto no explica por qué estas personas siguen dando positivo incluso tras un aislamiento o por qué no se aíslan virus capaces de replicarse y contagiar a partir de ellas.
El equipo de Rudolf Jaenisch, del Instituto Whitehead, ofrece una posible respuesta al misterio de las pruebas de detección positivas persistentes: que fragmentos de material hereditario derivado del virus puedan integrarse en el genoma de las células humanas tras ser copiados a ADN. Una vez integrados, estos fragmentos podrían ser transcritos de nuevo a ARN y ser detectados por las pruebas de detección del virus.
ACTUALIZACIÓN 03-08-2021 Un estudio publicado en Cell Reports señala la ausencia de evidencias de la integración de SARS-CoV-2 en células humanas a través de la retrotransposasa de los elementos móviles LINE-1. La secuenciación mediante nanoporos de células humanas HEK293T infectadas por coronavirus no ha podido identificar la integración de SARS-CoV-2.
Investigando la posible integración de fragmentos del genoma del coronavirus en el genoma humano
La integración de virus de ARN en el genoma es una característica de los retrovirus como el VIH, que contienen una enzima retrotranscriptasa capaz de copiar el ARN en ADN. Sin embargo, se ha observado que otros virus de ARN que no tienen esta actividad enzimática también pueden integrarse en el genoma. En este caso lo hacen a través de una actividad retrotranscriptasa endógena, procedente de elementos transponibles presentes en el genoma humano.
Los elementos transponibles son fragmentos de ADN que tienen la capacidad de cambiar de posición dentro del genoma. Este tipo de elementos genéticos representa una proporción importante del genoma humano, y algunos de ellos incluyen las instrucciones para producir una enzima retrotranscriptasa como parte de su estrategia molecular para movilizarse.
Para investigar si secuencias del genoma del coronavirus pueden integrarse ocasionalmente en el genoma de las células humanas, el equipo dirigido por Jaenisch infectó células en cultivo con el virus y secuenció su genoma dos días después. En todos los casos, encontraron evidencias de integración del coronavirus. Para evitar artefactos, los investigadores utilizaron tres aproximaciones de secuenciación diferentes.
Al analizar la secuencia de ADN adyacente a los fragmentos del coronavirus integrados en el genoma, los investigadores encontraron que, en la mayoría de los casos, el fragmento viral está flanqueado por señales de integración características de los elementos transponibles de tipo LINE1. Este tipo de elemento transponible incluye la secuencia correspondiente a una transcriptasa inversa y representa hasta un 17% del genoma humano, aunque, de los miles de copias presentes en el genoma, muy pocas son activas y pueden movilizarse.
El siguiente paso del equipo fue investigar la posible integración del coronavirus en el genoma fuera de las condiciones de laboratorio. Para ello analizaron los datos de expresión disponibles de diversos tipos de células y tejidos, que incluían muestras de pacientes. Al analizar los ARNs presentes en las muestras, los investigadores encontraron una pequeña proporción de fragmentos de ARN quiméricos, con parte de secuencia viral y parte de secuencia humana. Estos transcritos quiméricos, representan una evidencia más, aunque indirecta, de la integración del virus en el genoma, ya que aquellos fragmentos de ARN derivados del virus activo mostrarían secuencias exclusivamente virales.
Para asegurarse de que los fragmentos de ARN quiméricos no eran producto de algún artefacto técnico, los investigadores también consideraron la orientación de la secuencia del ARN. En este caso, el equipo estimó que si el ARN procedía de virus “vivos” la orientación del ARN debería ser la adecuada para ser leída por la maquinaria proteica y producir proteínas virales. Además, los investigadores calcularon que, en el supuesto de que se produjeran ciertos artefactos en el análisis, solo podría obtenerse un 1% de fragmentos con orientación contraria. Si, por el contrario, el ARN quimérico derivaba de la integración al azar del ARN viral, la orientación sería aleatoria y la secuenciación revelaría fragmentos con las dos orientaciones posibles. Esta segunda opción es la que se observó en algunas muestras de pacientes, donde en algún caso se obtuvo hasta un 40-50% de fragmentos con orientación contraria. “Esto sugiere que mucho del ARN viral en algunas muestras podría ser transcrito de secuencias integradas”, señala Liguo Zhang, investigador postdoctoral en el laboratorio de Jaenisch y primer firmante del trabajo.
Resultados preliminares, que deberán ser confirmados en células de pacientes
Los resultados del trabajo ofrecen las primeras evidencias de que, en contadas ocasiones, material hereditario del coronavirus puede integrarse en el genoma de algunas células infectadas. De momento, estas evidencias proceden de células infectadas en laboratorio y datos de expresión de diferentes tejidos donde se incluyen muestras de pacientes.
Los autores del trabajo señalan que será necesario realizar más estudios, que demuestren la integración de secuencias del coronavirus en el genoma de células de pacientes infectados. Esta demostración, sin embargo, presenta importantes retos técnicos, ya que se espera que solo una pequeña fracción de células resulte positiva para la presencia de secuencias virales.
Los investigadores han publicado su trabajo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS. En esta versión, más completa y revisada, el equipo ha conseguido resolver algunas de las limitaciones que presentaba una versión preliminar, publicada como preprint en bioRxiv.
La versión preliminar había recibido críticas ante la posibilidad, reconocida en ese momento por el equipo de Jaenisch de que los transcritos quiméricos pudieran producirse por artefactos en la preparación de las muestras para su secuenciación.
Otra de las críticas al trabajo señala que los bajos niveles de retrotranscriptasa que hay habitualmente en las células humanas son insuficientes para favorecer la integración del material hereditario del virus. De hecho, en los experimentos con células, los investigadores utilizaron células en las que habían introducido LINE1 para favorecer la detección de la integración, en caso de que esta ocurriera. Este contexto ha sido criticado como algo fuera de la realidad celular. No obstante, Jaenisch ha respondido a estas críticas indicando que si se considera que el estrés en las células puede inducir la expresión de LINE1, y el estrés puede ser inducido por una infección viral, es una posibilidad que la infección por SARS-CoV2 pueda elevar la expresión de retrotranscriptasa y promover la integración. Esta es otra de las cuestiones que deberá investigar el equipo de Jaenisch.
¿Qué consecuencias tiene la integración del material hereditario del coronavirus?
A partir de datos disponibles de otros virus que se integran ocasionalmente en el genoma, el equipo de Jaenisch estima que solo una muy pequeña proporción de células de los tejidos de pacientes puede contener secuencias del coronavirus en su genoma. No obstante, señalan que, puesto que hay más de 140 millones de personas que se han infectado en todo el mundo, un evento tan raro como la integración viral puede llegar a tener relevancia clínica.
Los investigadores han indicado que no es posible que los fragmentos del coronavirus integrados en el genoma puedan dar lugar a un virus activo. El mayor fragmento de ADN viral que han encontrado representa tan solo un 5% del genoma. No obstante, sí indican que será interesante estudiar si las secuencias integradas pueden producir antígenos virales e influir de alguna forma en la enfermedad.
La integración del material hereditario del coronavirus en el genoma afecta especialmente a los resultados de las pruebas de detección basadas en la presencia de material hereditario del virus. En primer lugar, contribuye a explicar por qué hay algunas personas que siguen dando positivo en pruebas de detección a pesar de estar recuperadas de la infección. Además, tal y como resaltan los autores del trabajo, puede influir en ensayos clínicos con terapias antivirales. “Si la integración y expresión de ARN viral son lo bastante comunes, la dependencia de pruebas de PCR extremadamente sensibles para determinar el efecto de tratamientos sobre la replicación y carga viral podría no reflejar siempre la capacidad del tratamiento para suprimir completamente la replicación viral, ya que las PCRs podrían detectar transcritos virales que derivan de secuencias de ADN que se han integrado de forma estable en lugar de derivar del virus infeccioso” concluyen los investigadores.
ACTUALIZACIÓN 21-5-2021 para incluir con mayor detalle las críticas que ha recibido el trabajo.
ACTUALIZACIÓN 03-08-2021 Un estudio publicado en Cell Reports señala la ausencia de evidencias de la integración de SARS-CoV-2 en células humanas a través de la retrotransposasa de los elementos móviles LINE-1. La secuenciación mediante nanoporos de células humanas HEK293T infectadas por coronavirus no ha podido identificar la integración de SARS-CoV-2.
Referencia: Zhang L, et al. Reverse-transcribed SARS-CoV-2 RNA can integrate into the genome of cultured human cells and can be expressed in patient-derived tissues. Proc Natl Acad Sci U S A. 2021 May 25;118(21):e2105968118. doi: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2105968118.
Fuente: New research reveals why some patients may test positive for COVID-19 long after recovery. https://wi.mit.edu/news/new-research-reveals-why-some-patients-may-test-positive-covid-19-long-after-recovery
Eminent MIT Scientists Defend Controversial SARS-CoV-2 Genome Integration Results. https://www.genengnews.com/insights/eminent-mit-scientists-defend-controversial-sars-cov-2-genome-integration-results/
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