Como detectar el virus que causa el Mal de Río Cuarto en maíz

Un equipo de investigación –integrado por especialistas del INTA y del Instituto Leloir– describió por primera vez la estructura de una proteína del virus que provoca el Mal de Río Cuarto en maíz y busca desentrañar su función. Un avance que contribuye a la comprensión de los mecanismos de acción de la replicación viral para diseñar estrategias biotecnológicas de manejo contra la enfermedad. La investigación fue publicada en la revista internacional mBIO.

El Mal de Río Cuarto (MRC) es la enfermedad viral más importante del maíz (Zea mays L.) en la Argentina, debido a que genera importantes pérdidas económicas, ya sea por la disminución de la producción de granos o por la reducción de la biomasa. Por esto, un equipo de investigación –integrado por especialistas del INTA y del Instituto Leloir– colaboró para estudiar la estructura y función de una proteína del virus del Mal de Río Cuarto (MRCV) con el objetivo de diseñar –a futuro– estrategias biotecnológicas antivirales. 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– junto con su equipo de trabajo busca entender las bases moleculares, bioquímicas y celulares de la replicación viral. En particular, hace más de 10 años su grupo estableció que el MRCV se multiplica en estructuras denominadas viroplasmas o fábricas virales que se forman de manera muy temprana, luego de la infección, y están constituidas principalmente por una proteína viral denominada P9-1.

Ahora, mediante la articulación con un grupo de investigadores del Instituto Leloir, especializados en el análisis de proteínas, y dirigidos por el biólogo estructural Lisandro Otero, resolver la estructura tridimensional de P9-1. “Este estudio básico de un patógeno de gran interés agropecuario nos permitirá contribuir al manejo de la enfermedad desde la biotecnología”, afirmó del Vas.

Luego de un trabajo multidisciplinario de más de cinco años, que sumó el aporte de otros equipos de la Argentina, España y Bélgica, determinaron a escala molecular la versatilidad estructural de la proteína P9-1 y avanzaron en el estudio de sus diferentes propiedades biológicas, necesarias para cumplir su rol durante el ciclo infectivo.

“Logramos determinar con alta precisión la posición que ocupan en el espacio los distintos átomos que conforman a la proteína, lo que hizo posible establecer su estructura tridimensional. De esa manera, pudimos demostrar que adopta dos estados conformacionales en forma de anillo, uno constituido por el arreglo de 10 copias de la proteína (decamérico) y otro por 12 copias (dodecamérico)”, expresó Lisandro Otero, ex integrante del laboratorio de Microbiología e Inmunología que dirige Fernando Goldbaum en 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 área de Biología Estructural del Centro de Rediseño e Ingeniería de Proteínas (CRIP) de la Universidad Nacional de San Martín.

“Pudimos resolver la estructura atómica de P9-1 y determinamos que forma complejos multiméricos, formados por 5 o 6 dímeros, con un poro central”, expresó Gabriela Llauger –bióloga y especialista en virología vegetal– quien es la autora principal del trabajo publicado en la revista.

En este sentido, Llauger explicó que la replicación del genoma del virus del Mal de Río Cuarto y el ensamblado de nuevas partículas virales ocurre en las fábricas virales, formadas mayoritariamente por la proteína P9-1. Este proceso es muy ordenado y requiere de energía en forma de ATP que es provista por la planta. “En este punto, determinamos que, gracias a esta estructura compleja, la proteína se une al ARN -que forma el genoma del virus- y esta unión aumenta su capacidad para utilizar el ATP de la planta y emplear la energía resultante para la multiplicación viral”, indicó.

En cuanto a los principales alcances de la investigación, del Vas subrayó 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 nuevas líneas de investigación para seguir profundizando en el tema”. Y agregó: “Por ser un virus que está presente solo en Argentina, necesitamos estudiarlo para poder diseñar estrategias de manejo de la enfermedad”.

De acuerdo con del Vas, este hallazgo va a permitir, a largo plazo, diseñar estrategias antivirales basadas en, por ejemplo, el uso de nanoanticuerpos de llamas dirigidos a P9-1 que fueron previamente desarrollados por su grupo en colaboración con INCUINTA y cuya patente fue solicitada de manera conjunta por el INTA, el Conicet y la Universidad Libre de Bruselas.

Esfuerzo en equipo

Describir la estructura de una proteína viral es un trabajo muy específico, que requiere el uso de equipamiento complejo y de investigadores especializados –de los cuales hay muy pocos en todo el mundo–.  

“Para la caracterización estructural de la proteína realizamos un enfoque integral, que requirió el uso de diversas técnicas e involucró la participación de diferentes grupos del país y del extranjero”, señaló Otero, que trabaja desde hace años en la caracterización estructural de proteínas de interés biotecnológico y clínico, y quien recientemente recibió una beca internacional de la Fundación Alexander von Humboldt para investigadores experimentados.

Para la determinación de los secretos mejor guardados de la proteína P9-1, el científico puntualizó que se emplearon cristalografía de rayos X y microscopía electrónica en condiciones criogénicas (cryo-EM), “las técnicas más relevantes a nivel mundial para la resolución estructural de proteínas a nivel atómico”, dijo.

En línea con los pasos a seguir, del Vas y su equipo se proponen utilizar esos nanoanticuerpos para interferir con la estructura y/o función de las fábricas virales. “Vamos a mapear exactamente cuáles son los sitios de unión de algunos de estos nanoanticuerpos a la proteína P9-1, mediante cristalografía”, ejemplificó y destacó la importancia del trabajo interinstitucional y las colaboraciones interdisciplinarias que provean los conocimientos y equipamientos de última generación necesarios para llevar adelante los estudios de este tipo.

En este caso en particular, la investigación estuvo liderada por dos grupos de trabajo: uno dirigido por Lisandro Otero (Fundación Instituto Leloir; actualmente dirige su laboratorio en el Departamento de Biología Molecular, Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales, Instituto de Biotecnología Ambiental y Salud (INBIAS), CONICET-Universidad Nacional de Río Cuarto). Este grupo es especialista en el estudio estructural de proteínas y participa de la Plataforma Argentina de Biología Estructural y Metabolómica (PLABEM). De este grupo participaron Fernando Goldbaum (coautor), Sebastian Klinke (coautor), Gabriela Sycz (coautor) y Marian Laura Cerutti (coautor).

El otro grupo, liderado por Mariana del Vas (IABIMO-CICVyA del INTA) es especialista en el estudio del MRCV. De 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 enmarcó en los Programas de Biotecnología y de Protección Vegetal de INTA.

Una herramienta para detectarlo

“Para estudiar la incidencia y severidad de cualquier enfermedad de cultivos es necesario contar con un método de diagnóstico confiable, barato y capaz de analizar un gran número de muestras”, indicó la investigadora del INTA quien, en 2022, presentó un kit de diagnóstico del MRCV, único en el mundo, que detecta la presencia del virus en plantas e insectos con una alta especificidad (100 %) y sensibilidad diagnósticas (99,12 %) y agregó que “el uso de este kit nos permitió detectar que el 11 % de las plantas asintomáticas se encontraban infectadas”.

“Al no existir insumos comerciales para diagnosticar al MRCV y, por tratarse de un virus de circulación nacional, consideramos que el desarrollo de este kit era importante para la selección de materiales genéticos con tolerancia o resistencia a la enfermedad. Esperamos que a largo plazo ese desarrollo contribuya a mejorar el manejo de la enfermedad y la previsibilidad de la producción del maíz”, puntualizó la investigadora del INTA.

El kit está diseñado para la detección de un fijivirus basado en nanoanticuerpos de llama ingenierizados y representa una innovación para la industria de producción de semillas y para la realización de estudios epidemiológicos. Este trabajo recibió la Gran distinción INNOVAR en 2021 y el premio CITA a la Innovación en Tecnología Agropecuaria, rubro Protección de los cultivos, genética y nutrición en 2022.

Fuente: Inta