Matemáticas para conocer de cerca el comportamiento del coronavirus

Un grupo de investigadores trata de capturar en un modelo matemático el comportamiento de distintas células humanas y el del virus SARS-CoV-2, causante de la pandemia que vivimos en la actualidad. El objetivo es estudiar la estructura del modelo, identificar posibles vulnerabilidades y predecir tratamientos.

“La idea del proyecto es ver cómo afecta el virus al funcionamiento de las células humanas e intentar predecir o desarrollar u obtener vulnerabilidades que nos ayuden a desarrollar fármacos”, explica Jorge Júlvez, que junto con Álex Oarga son los investigadores del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza. Este es un proyecto multidisciplinar dirigido por la investigadora Bridget Bannerman, del Departamento de Bioquímica de la Universidad de Cambridge.

La utilización de modelos matemáticos permite conocer cómo funciona una célula y cómo reacciona a ciertos estímulos para intentar predecir su comportamiento: “en cualquier célula se están produciendo muchas reacciones químicas, todas ellas se pueden expresar matemáticamente, dibujar una red de reacciones que representa el comportamiento de estas y es lo que llamamos el modelo matemático de la red metabólica”, aclara Júlvez.

El trabajo en marcha se centra en el estudio de la red metabólica de las células, el análisis de las reacciones que forman dicha red, y la evaluación del impacto que tiene en su comportamiento la entrada del virus, “son modelos matemáticos que sirven para analizar, evaluar y predecir el comportamiento del sistema formado por la célula y el virus”, señala Júlvez. “Nuestro objetivo es encontrar reacciones que pudieran ser atacadas por un medicamento para que dejaran de funcionar y así el SARS-CoV-2 no se pudiera replicar pero que no fueran unas reacciones vitales para la célula”.

Impacto de virus en la red metabólica

El coronavirus tiene primero que infectar la célula, a través de la membrana para tratar de reproducirse. Cuando no pueda hacerlo por sí mismo, “secuestrará” la maquinaria celular y se aprovechará de las moléculas que hay en ella para replicarse. Cuando consigue entrar es cuando se altera la red metabólica: “Nosotros estamos intentando ver cuál es el impacto que tiene la entrada del virus en esta red metabólica, como la altera, que reacciones se está aprovechando para reproducirse y en qué modo afecta al comportamiento de la célula”.

Cuenta este investigador del I3A que están tratando de crear un modelo matemático que incluya reacciones de las células humanas de las que necesita el coronavirus para reproducirse. Estudian, por eso, diferentes tipos para comprobar cómo les afecta la entrada del SARS-CoV-2, y saber en qué cambia su comportamiento.

La investigación está en una fase exploratoria, así que recuerda que hay que ser “muy prudentes porque las predicciones de este modelo matemático tienen que ser comprobadas en el laboratorio”. Pero, saben que conociendo el modo en que las células y el virus interaccionan, algunas reacciones podrían neutralizarse para evitar su reproducción en la célula y actuar sin dañarla: “La ventaja de utilizar modelos matemáticos es que tú puedes decir muy rápidamente que es lo que va a pasar. La desventaja es que no dejan de ser modelos, no se conocen a la perfección y no estás al 100% seguro de lo que están prediciendo. Pero sí que ayudan a confirmar hipótesis o descartar posibilidades para luego llevarlo al laboratorio. Nosotros estamos en un trabajo preliminar, esto es algo reciente la biología de sistemas, pero lo que nosotros pudiéramos predecir o las hipótesis luego tendrían que probarse en el laboratorio a ver si realmente es así”.

Hasta la fecha, se han identificado una decena de reacciones que podrían servir de objetivo para el desarrollo de fármacos y se pretende extender el modelo para poder estimar el efecto de los posibles tratamientos. Sin embargo, en investigación tres o cuatro meses “no son nada. A todos nos gustaría tener una vacuna o medicamento, pero en investigación las cosas llevan su tiempo, quizás ahora es cuando nos hemos dado cuenta de que hace falta investigación para estas cosas, pero es cuando ya tenemos el problema encima”, concluye Júlvez.