Ingeniería de virus y Nanobiotecnología
Resumen de Investigación:
Objetivos científicos principales: Utilizamos técnicas de ingeniería de proteínas y análisis bioquímicos, biofísicos y virológicos para el estudio del ensamblaje, estabilidad y dinámica conformacionales y propiedades físicas de virus, y sus implicaciones biológicas (Mateu (ed.) (2013) Structure and Physics of Viruses, Springer 2013). Además nos basamos en los resultados de estos estudios para el diseño y análisis de partículas víricas genética y/o estructuralmente modificadas con vistas a aplicaciones en biomedicina y bionanotecnología (Mateu (2016). En Protein-based Engineered Nanostructures, Springer 2016, pp.83-120).
Relevancia científica e implicaciones tecnológicas: Conocimiento en profundidad de procesos clave para la infección vírica, incluyendo morfogénesis, reordenamientos estructurales de partículas víricas y desencapsidación; aplicación de este conocimiento al diseño de vacunas, fármacos antivirales, biomateriales y nanopartículas modificadas para usos biomédicos o nanotecnológicos.
Algunos resultados más recientes: i) El uso combinado de microscopía de fuerzas atómicas (AFM) y microscopía electrónica nos ha permitido determinar experimentalmente en detalle, por primera vez, la ruta reversible e intermediarios de ensamblaje y desensamblaje de un virus esférico estructuralmente sencillo (Fig.1). ii) Mediante análisis mutacional y determinación de las propiedades mecánicas de virus usando AFM, hemos descubierto una relación entre cambios genéticos en la rigidez mecánica de una partícula vírica y cambios en su propensión a experimentar cambios conformacionales importantes para el proceso de infección (Fig.2). iii) Hemos caracterizado la arquitectura, dinámica y propiedades mecánicas de una nanorecubrimiento bidimensional formado por el autoensamblaje de la proteína de la cápsida del virus del SIDA sobre una matriz sólida. Estos y otros estudios del grupo tienen implicaciones para una mejor comprensión de procesos esenciales para la infección por virus, el diseño de nuevos antivirales que interfieran con estos procesos y el desarrollo de nanopartículas y biomateriales bidimensionales de propiedades mecánicas mejoradas para aplicaciones como liberación dirigida de fármacos o regeneración de tejidos.
Fig. 1: Intermediarios durante la ruta de ensamblaje-desensamblaje reversible de la cápsida del virus diminuto del ratón. El ensamblaje procede mediante la formación de un núcleo y la adición gradual de bloques de construcción formados por trímeros de la proteína de la cápsida.
Fig. 2: Relación entre un aumento de la rigidez mecánica del virus diminuto del ratón mediado por interacciones cápsida-ácido nucleico, y un aumento en su resistencia a perder infectividad a través de un cambio conformacional inducido por calor. Este virus parece haber desarrollado durante su evolución sitios de interacción entre la pared interna de la cápsida y su genoma, lo que aumenta su rigidez y, en consecuencia, su resistencia a ser térmicamente inactivado en el medio extracelular.
| Apellidos | Nombre | Laboratorio | Ext.* | Categoría profesional | |
|---|---|---|---|---|---|
| Delgado González | Salvador | 205 | 4575 | Estudiante TFM | |
| Escrig Traver | Judith | 205 | 4601 | jescrig(at)cbm.csic.es | Contrato Predoctoral |
| García Mateu | Mauricio | 205 | 4575 | mgarcia(at)cbm.csic.es | Catedrático Universidad, GA |
| Gil Redondo | Juan Carlos | 205 | 4601 | jcgil(at)cbm.csic.es | Titulado Sup.de Actividades Técn. y Profes. GP1 |
| Riomoros Barahona | Valentín | 205 | 4601 | v.riomoros(at)cbm.csic.es | Contrato Predoctoral |
| Valbuena Jiménez | Alejandro | 205 | 4601 | avalbuena(at)cbm.csic.es | Profesor Ayudante Doctor |
| Valiente Martínez Sicluna | Luis | 205 | 4601 | luis.valiente(at)cbm.csic.es | Contrato Predoctoral |
Publicaciones relevantes:
- Mateo, R., Luna, E., Rincón, V. and Mateu, M.G. (2008). Engineering viable foot-and-mouth disease virus of increased stability as a step in the development of improved vaccines. J.Virol. 82, 12232-12240.
- Carrasco, C., Castellanos, M., de Pablo, P.J. and Mateu, M.G. (2008). Manipulation of the mechanical properties of a virus by protein engineering. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105, 4150-4155.
- Bocanegra, R., Domenech, R., Nevot, M., Rodriguez-Huete, A., López, I., Fuertes, M.A., Cavasotto, C., Martínez, M.A., Neira, J.L. and Mateu, M.G. (2011). Rationally designed interfacial peptides are efficient in vitro inhibitors of HIV-1 capsid assembly with antiviral activity. PLoS ONE. 6, e23877.
- Castellanos, M., Pérez, R., Carrasco, C., Hernando-Pérez, M., Gómez-Herrero, J., de Pablo, P.J. and Mateu, M.G. (2012). A balance between stiffness and elasticity provides a mechanical foundation for the infectivity of a virus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 12028-12033.
- Rincón, V., Rodriguez-Huete, A., López-Argüello, S., Ibarra-Molero, B., Sánchez-Ruiz, J.M., Harmsen, M.M. and Mateu, M.G. (2014). Identification of the structural basis of thermal lability of a virus provides a rationale for improved vaccines. Structure 22, 1560-1570.
- Castellanos, M., Carrillo, P.J.P. and Mateu, M.G. (2015). Quantitatively probing propensity for structural transitions in engineered virus nanoparticles by single molecule mechanical analysis. Nanoscale 7, 5654-5664.
- Valbuena, A. and Mateu, M.G. (2015). Quantification and modification of the equlibrium dynamics and mechanics of a virus capsid lattice self-assembled as a protein nanocoating. Nanoscale 7, 14953-14964.
- Medrano, M., Fuertes, M.A., Valbuena, A., Carrillo, P.J.P., Rodríguez-Huete, A. and Mateu, M.G. (2016). Imaging and quantitation of a succession of transient intermediates reveal the self-assembly pathway of a simle icosahedral virus capsid. J. Am. Chem. Soc. 138, 15385-15396.
- Carrillo, P.J.P., Medrano, M., Valbuena, A., Rodríguez-Huete, A., Castellanos, M., Pérez, R. and Mateu, M.G. (2017). Amino acid side chains buried along intersubunit interfaces in a viral capsid preserve low mechanical stiffness associated with virus infectivity. ACS Nano 11, 2194-2208.
- Valbuena, A., Rodríguez-Huete, A. and Mateu, M.G. (2018). Mechanical stiffening of human rhinovirus by cavity-fiilling antiviral drugs. Nanoscale 10, 1440-1452.
Tesis doctorales:
- Milagros Castellanos Molina (2011). Análisis mutacional de propiedades estructurales y mecánicas del virus diminuto del ratón, y de sus implicaciones biológicas. Universidad Autónoma de Madrid. Director: Mauricio G. Mateu.
- Rebeca Bocanegra Rojo (2011). Ensamblaje in vitro de la cápsida del virus de la inmunodeficiencia humana, y su inhibición por péptidos diseñados racionalmente. Universidad Autónoma de Madrid. Director: Mauricio G. Mateu.
- Verónica Rincón Forero (2012). Relaciones estructura-función en la cápsida del virus de la fiebre aftosa: algunas implicaciones para el desarrollo de vacunas y antivirales. Universidad Autónoma de Madrid. Director: Mauricio G. Mateu.
- Pablo Pérez Carrillo (2015). Papel de Interfases y residuos interfásicos en la elasticidad mecánica y dinámica conformacional de partículas del virus diminuto del ratón. Universidad Autónoma de Madrid. Director: Mauricio G. Mateu.
- María Medrano García (2018). Fundamentos moleculares del ensamblaje y las propiedades mecánicas de partículas víricas con aplicaciones biotecnológicas y nanotecnológicas. Universidad Autónoma de Madrid. Director: Mauricio G. Mateu.
- Silvia Daiana López Argüello (2019). Relaciones entre estructura, ensamblaje, estabilidad e infectividad de picornavirus. Universidad Autónoma de Madrid. Directores: Mauricio G. Mateu y Alejandro Valbuena.
