Entrevista: Reidum Twarock
“Conocer cómo se ensambla un virus nos permite luchar contra él”
La alemana Reidun Twarock (Colonia, 1970), ganadora de la Medalla de Oro 2018 que otorga el Instituto de Matemáticas y sus Aplicaciones británico en reconocimiento a sobresalientes contribuciones a las matemáticas, dedica sus números y ecuaciones a algo fuera de lo común: estudiar la estructura tridimensional de los virus. Su trabajo abre la puerta a nuevas estrategias para evitar que estos se repliquen.
Fundadora y líder de un campo de investigación único, la matemática Reidun Twarock, de la Universidad de York (Reino Unido), ha desempeñado un papel clave para desvelar los secretos de ensamblaje de una gran variedad de virus, incluidos el de la gripe y los de la familia Papovaviridae, asociados con el cáncer de cuello de útero. Su trabajo ha cambiado el paradigma existente y ha abierto nuevas oportunidades en el área de las terapias antivirales.
¿Qué tienen que ver los virus con las matemáticas?
Los virus, como el de la gripe o el VIH, están formados por unos caparazones, unas estructuras proteicas altamente ordenadas llamadas cápsides. Estos diminutos contenedores protegen el material genético y actúan como caballos de Troya, pues lo cuelan en el interior de las células para que secuestren su maquinaria celular y la fuercen a sintetizar nuevos virus. Y resulta que la formación de esas cápsides sigue las normas de la simetría.
¿Qué importancia tiene que los virus sean simétricos?
Son como diminutos puzles matemáticos. Que sean simétricos le da a un matemático la posibilidad de investigar su estructura y saber cómo se ensamblan. Un agente viral sin su cápside no existe, así que conocer su estrategia de ensamblaje nos brinda una nueva herramienta en la lucha contra las enfermedades que causan; la posibilidad de idear estrategias que impidan que el virus se forme.
¿Cómo y cuándo surgió esta línea de investigación científica? ¿Es algo novedoso?
Pues la verdad es que no. En 1956, Crick y Watson –sí, los descubridores de la doble hélice del ADN– ya se habían dado cuenta de que el material genético encapsulado en los virus era demasiado pequeño como para codificar más de un número limitado de proteínas. Concluyeron entonces que los elementos que los conforman debían de repetirse; que los virus se formaban a partir de unas pocas proteínas que se autoensamblaban sin necesidad de instrucciones, organizadas de una forma simétrica. Más tarde, se demostró experimentalmente que la mayoría de los virus pequeños usan simetría icosaédrica. Esta solo puede explicar la formación de cápsides con un máximo de sesenta proteínas –sesenta caras triangulares–. Así que faltaba ahondar en cómo se forman otros tipos de virus de mayor tamaño.
Ahora bien, ya tenían noticia de virus más complejos, ¿no?
Por supuesto. Conocían la existencia de virus grandes, con más proteínas, por lo que necesitaban otro principio que les permitiera explicar su estructura. Y ahí surgió la teoría de Donald Caspar y Aaron Klug. En 1962, estos científicos esclarecieron la organización de esos virus a partir de un concepto de cuasiequivalencia. O sea, predijeron que la organización de las proteínas de las cápsides se basaba en redes triangulares que exhiben las mismas propiedades de simetría que un icosaedro. Hoy, esta teoría es una herramienta fundamental en virología que se usa para clasificar distintos grupos de virus y describir sus estructuras.
Pero Caspar y Klug no lograron cerrar el círculo...
Así es. En los sesenta ya había pruebas experimentales que indicaban la existencia de otros virus que se forman
“Diseñaremos vacunas sintéticas tan similares al virus real que serán capaces de producir la reacción inmune, pero sin el riesgo”
a partir de grupos de cinco proteínas, o sea, pentámeros. Escapan a las construcciones de Caspar y Klug.
¿Y qué se puede hacer para conocerlos mejor?
Necesitamos herramientas matemáticas que expliquen cómo se forman esas estructuras aperiódicas. Y en eso trabaja mi grupo de investigación: en descifrar su ensamblaje. Aunque, a decir verdad, hemos ido mucho más allá.
Suena bien, pero ¿en qué trabajas en la actualidad?
Lo que en realidad describen las teorías anteriores son las estructuras superficiales, los caparazones proteicos. Las cápsides son importantes para entender el ensamblaje del virus, pero no explican las estructuras virales a nivel tridimensional. Su grosor, la estructura de cada una de las proteínas, la estructura del material genético y cómo se correlacionan todos estos factores son datos importantes si queremos entender cómo consiguen los virus infectar las células y cómo se replican. Nosotros nos preguntamos si existe un principio de simetría que permita explicar la estructura tridimensional completa de un virus. Hemos logrado desarrollar unos modelos matemáticos que esclarecen algunas estructuras y, además, al comparar nuestras predicciones con un par de virus, hemos descubierto que estos siguen la estructura de nuestros modelos.
¿Qué posibilidades abre este descubrimiento?
Muchas, porque ahora podemos cuantificar la dependencia de la estructura del material genómico de la cápside, y podemos incorporarlo a nuestros modelos de ensamblaje. Obviamente, conocer cómo funciona todo este proceso nos puede ayudar a detenerlo, a combatir infecciones virales que en la actualidad son responsables de muchas muertes.
Peter Stockley, de la Universidad de Leeds (Inglaterra), con quien colabora en muchas de sus investigaciones, cree que podrán, en un futuro, crear novedosas vacunas a partir de los conocimientos acumulados por esta línea de investigación. ¿Tú qué opinas?
Es una posibilidad. En la actualidad existen dos tipos de vacunas: las menos efectivas, que contienen patógenos muertos, y las otras, que contienen patógenos vivos debilitados. Lo que pronostica Stockley es que podremos usar nuestros conocimientos sobre el ensamblaje viral para diseñar partículas sintéticas tan similares al virus real que serán capaces de producir la reacción inmune sin ningún riesgo. No podrán infectar las células, pero sí protegernos contra las enfermedades virales.
Tu carrera investigadora te llevó de las matemáticas a la biología. ¿Cuál de las dos prefieres?
Es una pregunta difícil. Hoy ambas me fascinan. Soy matemática de formación, pero jugar con estas preguntas matemáticas relacionadas con la biología es, para mí, muy divertido. Además, me entusiasman las aplicaciones de mi trabajo en la virología. Al final del trayecto podríamos ser capaces de marcar la diferencia, y esto es una sensación maravillosa.