Modelos animales usados para el estudio del coronavirus

3 abril, 2020
Este artículo fue redactado y avalado por la bióloga María Muñoz Navarro
Los coronavirus causantes del SARS y del MERS tuvieron un grave impacto en la salud pública. En el laboratorio, el uso de animales nos ayuda a entender la patogenicidad del virus y a encontrar los medicamentos apropiados para acabar con él.

Ahora que sabemos que el coronavirus es una amenaza global que no conoce fronteras, debemos estar preparados para las cepas que surjan en un futuro. Por eso, el uso de modelos de animales para encontrar terapias virales y vacunas se ha convertido en una prioridad para ganarle la batalla.

Antes de esta pandemia del COVID-19, otras cepas de coronavirus ya habían provocado estragos en el mundo. Han sido los coronavirus causantes del (síndrome respiratorio agudo grave (SARS) en Asia y del síndrome respiratorio en el Medio Oriente (MERS). Estos se transmitieron de animales a personas, causando graves enfermedades respiratorias, cuya eficacia reside en su rápida propagación y en la alta tasa de letalidad.

A continuación te contamos más sobre estos virus y qué modelos animales son los que se usaron para el SARS-CoV (coronavirus causante del SARS) y el MERS-CoV (coronavirus cusante del MERS), según el estudio publicado en la revista Nature y llevado a cabo por el Instituto Nacional de la Salud en Bethesda, Maryland (EE.UU.).

Coronavirus y el modelo animal ideal

El SARS-CoV y el MERS-CoV pertenecen al orden Nidovirales, familia Coronaviridae. El material genético de ambos virus es ARN y poseen una envoltura lipídica que procede de la célula a la que infectan.

Estos virus interaccionan y penetran en las células a través de una proteína denominada proteína espiga (Spike),que es esencial para que se dé la infección. Esta proteína se une a los dominios receptores del SARS-CoV y MERS-CoV, que son la enzima denominada ACE2 y a la proteína DPP4, respectivamente.

Estructura del coronavirus causante de la pandemia.

El desarrollo de medicamentos y vacunas para estos virus supone un desafío, debido a la dificultad de encontrar modelos animales que reproduzcan la enfermedad y concedan buenos resultados.

El modelo animal ideal de estudio debe cumplir tres condiciones tras inocularle el virus:

  • Reflejar los signos clínicos.
  • El virus debe replicarse en los animales seleccionados.
  • Presentar las mismas patologías que en los humanos.

Las personas infectadas por SARS-CoV y MERS-CoV presentan síntomas como fiebre, mialgia y dificultades respiratorias que incluyen tos seca y disnea.

Modelos animales para el SARS-CoV y el MERS-CoV

Primates no humanos

Las similitudes anatómicas, fisiológicas e inmunológicas de los primates respecto a los seres humanos, los convierten en modelos ideales para estudiar la patogenia del coronavirus.

Los macacos Rhesus, macacos Cynomolgus y monos verdes africanos fueron infectados con éxito por SARS-CoV, de manera que en cada especie se mostró al menos un caso de neumonitis.

Macaco de Bonnet: comportamiento

Debido a que los primates usados no pertenecían a la misma subespecie y a que los métodos experimentales empleados fueron diferentes, los signos clínicos, replicación viral y la patología fueron distintos para cada especie. En titíes comunes se registraron disfunciones hepáticas.

Los macacos Rhesus infectados por MERS-CoV mostraron infecciones pulmonares que se asoció con la replicación del virus en los neumocitos de los bronquiolos. En los titíes los síntomas fueron mucho más graves.

Ratones

El uso de ratones resulta ventajoso debido a su pequeño tamaño y bajo costo. Además de que pueden ser manipulados genéticamente con facilidad.

Al igual que en los humanos, la edad de los ratones juega un papel importante en la susceptibilidad a la enfermedad.

  • Ratones con un año de edad presentaban síntomas más graves que los jóvenes, además desarrollaban pérdida de peso y deshidratación.
  • Se detectaron partículas virales en los pulmones de los que sufrían neumonitis intersticial, acompañado de daño alveolar.
  • Debido a que los ratones jóvenes eran asíntomáticos, eran capaces de infectar a los ratones de avanzada edad.
  • Entonces, se utilizaron ratones transgénicos que expresaban el receptor ACE2 humano, lo cual les causó una infección mortal por SARS-CoV.
  • A diferencia del SARS-CoV, los ratones no son naturalmente susceptibles a la infección por MERS-CoV porque el receptor DPP4 del ratón es diferente al DPP4 humano.

Por ello, se crearon ratones transgénicos con la proteína DPP4 humanos, de manera que los ratones replicaban el virus correctamente, y presentaron una grave infección respiratoria que los condujo a la muerte pocos días después. Finalmente, se recogieron cargas virales en múltiples órganos y cambios patológicos.

Hámsters

El hámster sirio dorado es un excelente modelo para el SARS-CoV debido a que el virus se replica a niveles altos en el pulmón, de manera que presentaron cambios histopatológicos, como inflamación instersticial y neumonitis.

  • Como a simple vista eran asintomáticos, el estudio de la enfermedad se basó en el empleo de ruedas de ejercicios para medir la actividad física.
  • Los hámsters infectados con SARS-CoV eran menos activos tras ser infectados.
  • Además, la infección provocó la respuesta de anticuerpos que les proporcionó protección frente a futuras infecciones.
  • Para el MERS-CoV, la infección no se dio con éxito en los hámsters.

Hurones

Esto animales se usan con frecuencia para el estudio de infecciones virales respiratorios. Sin embargo, con ellos se obtuvieron resultados contradictorios.

Modelos animales usados en el coronavirus: hurón.

Los conejos podrían ser otros modelos animales

Las investigaciones de SARS-CoV y MERS-CoV han demostrado que el uso de una sola especie animal no sirve para todas las cepas del coronavirus.

La capacidad de provocar infección, replicación viral y la patología no solo depende de la expresión del receptor viral, sino también de la especie y las características del animal.

Para el SARS-CoV, el desarrollo de modelos animales con el dominio receptor ACE2 , que se une a la proteína espiga de este virus, está conservado en distintas especies.

En cuanto al MERS-CoV, las mutaciones puntuales en la proteína DPP4 limitan la capacidad de la proteína espiga para unirse al receptor del hospedador. Así que los modelos animales para el coronavirus causante del MERS son los primates no humanos y camellos (reservorio natural).

Estudios recientes muestran que hay una secuencia homóloga entre el DPP4 del conejo y los humanos, por lo que se está investigando como modelo ideal para el MERS-CoV.

  • Subbarao, K. and Sutton, T.C. Development of animal models against emerging coronaviruses: from SARS to MERS coronavirus. Virology (2015); 479-480: 247-258.
  • Gretebeck, L.M. and  Subbarao, K. Animal models for SARS and MERS coronaviruses. Curr. Opin. Virol. (2015); 13: 123-129.