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El desarme de un virus mortal:
las proteasas y sus inhibidores

En la década de 1980, la mayor parte de las personas que contrajeron el VIH, el virus de la inmunodeficiencia humana causante del síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), podían esperar la inexorable destrucción de su sistema inmunológico seguida de una invasión de terribles enfermedades, debilidad, desgaste y, finalmente, la muerte. En la actualidad, en Estados Unidos y otras naciones occidentales, el destino de las personas seropositivas es totalmente diferente, gracias a la introducción en 1996 de un tipo de fármacos denominados inhibidores de la proteasa. Entre 1996 y 1998, el número de muertes atribuibles a la infección por VIH descendió más del 70%, y el SIDA dejó de estar entre las 10 causas principales de muerte en Estados Unidos. De hecho, el índice de mortalidad en 1998 fue el más bajo desde 1987, primer año en el que se dispuso de este dato, y se espera que continúe descendiendo.

Los inhibidores de la proteasa, aunque constituyen un arma nueva en la lucha contra el SIDA, se han utilizado con fines médicos durante casi 20 años, desde que se creó el captopril, un fármaco de uso extendido para bajar la presión sanguínea. Como los médicos y los pacientes saben demasiado bien, los inhibidores de proteasa no constituyen una cura para el SIDA y producen graves efectos secundarios. Además, debido a que el VIH tiende a mutar rápidamente, tarde o temprano surgen durante el tratamiento nuevas variedades de virus resistentes a los fármacos Aún así, para los enfermos que estaban desesperados hace tan sólo unos años, la llegada de fármacos diseñados específicamente para actuar como inhibidores de proteasa ha significado nada menos que una nueva esperanza de vida. El siguiente artículo realiza un seguimiento de las investigaciones básicas que condujeron al desarrollo de estos fármacos capaces de prolongar la vida, comenzando por los descubrimientos de científicos que intentaban conocer más a fondo la bioquímica del cuerpo humano.

 

Estimación de la incidencia del SIDA y la mortalidad en adultos con SIDA, 1985-1998, Estados Unidos. (Centros de control de enfermedades/Dr. Demetri Vacalis)

Todos los fármacos inhibidores de proteasa en uso en la actualidad para combatir el VIH, así como los que se utilizan para combatir otras enfermedades infecciosas e incluso el cáncer, deben su existencia a un descubrimiento realizado hace más de 120 años por el científico alemán Wilhelm Kühne. En 1876, Kühne descubrió una sustancia en el jugo pancreático capaz de degradar otras sustancias biológicas. También descubrió que dicha sustancia, a la que llamó tripsina, se origina como un precursor inactivo, el tripsinógeno, que se transforma en la tripsina activa.

Kühne realizó sus investigaciones mucho antes de que los científicos hubieran analizado las sustancias químicas de los seres vivos. Actualmente, los científicos saben que en los ácidos nucleicos desoxirribonucleico (ADN) y ribonucleico (ARN) se almacena nuestra información genética. El ADN y el ARN especifican el orden exacto en el que las entidades químicas denominadas aminoácidos deben estar alineadas para formar las proteínas que, a su vez, resultan esenciales para el funcionamiento celular. Algunas proteínas, por ejemplo, forman una red a modo de esqueleto que confiere a las células su estructura. Otras permiten a la célula leer y reproducir las instrucciones genéticas codificadas en sus ácidos nucleicos. Y otras proteínas, llamadas enzimas, actúan a modo de catalizadores de la química biológica celular. Algunas enzimas permiten fabricar proteínas; otras las cortan.

El hallazgo de la tripsina convirtió a Kühne en el primer científico en descubrir una enzima que degradaba las proteínas. La tripsina resultó ser una proteasa, un tipo de enzima cuya función se sabe actualmente que consiste en cortar las proteínas al romper los enlaces entre los aminoácidos. De hecho, las proteasas abundan en las células humanas, ya que las células necesitan de distintas proteasas para realizar muchas de sus funciones.

El descubrimiento de Kühne fue el primer paso crucial en el desarrollo de los inhibidores de proteasa que se utilizan para combatir el VIH, pero aún tendría que pasar más de medio siglo para que los científicos llegaran a utilizarlo. A principios de la década de 1930, John H. Northrop y Moses Kunitz, de la Universidad Rockefeller de Nueva York, aislaron tripsina junto a otra enzima digestiva relacionada, la quimotripsina, y las identificaron como proteínas. Dos décadas más tarde, en 1952, Frederick Sanger, de la universidad inglesa de Cambridge, desarrolló un método para determinar la secuencia de aminoácidos de las proteínas. En la década de 1960, otros científicos determinaron las secuencias de aminoácidos de la tripsina y la quimotripsina. Estas enzimas, las principales bestias de carga de la digestión, descomponen conjuntamente las proteínas de los alimentos. Al comparar las secuencias de estas dos enzimas similares aunque funcionalmente diferentes, los científicos observaron por primera vez qué partes de las proteasas eran importantes para su funcionamiento.

Mientras se realizaban estas investigaciones para descodificar los componentes básicos de las enzimas, otros investigadores estaban utilizando otra técnica para estudiar las enzimas llamada cristalografía de rayos X, desarrollada durante la década de 1910. La cristalografía de rayos X permite a los científicos determinar las posiciones de los átomos de una molécula, produciendo un tipo de imagen de la estructura tridimensional de las moléculas. Es posible analizar mediante la cristalografía de rayos X las proteínas a las que se puede inducir para formar cristales (y actualmente no todas pueden). En la década de 1950, John Kendrew y Max Perutz, del Laboratorio de biología molecular del Consejo de investigación médica de Inglaterra, fueron los primeros en aplicar con éxito esta técnica en el estudio de la estructura proteínica. A finales de la década de 1960, se había determinado la estructura tridimensional de la tripsina, la quimotripsina y otra proteína digestiva, la elastasa. Al comparar las estructuras de estas proteasas estrechamente relacionadas, se obtuvo una gran cantidad de información sobre el funcionamiento de estas enzimas. De este modo, a finales de la década de 1960, varios científicos de todo el mundo comenzaban a comprender la composición química y la estructura molecular de las enzimas. Durante este mismo período, Christian Anfinsen y sus colegas del Instituto nacional de salud de Bethesda, Maryland, pensaron en combinar ambas técnicas para estudiar la relación entre la secuencia de aminoácidos de una enzima y su forma. Anfinsen demostró que los pliegues específicos de una molécula proteínica en concreto están determinados únicamente por la secuencia de sus 20 aminoácidos diferentes. Por ejemplo, los aminoácidos que repelen el agua son propensos a acabar en el interior de una proteína, donde no interaccionan con el entorno acuoso de una célula. Los aminoácidos solubles en agua, por el contrario, son mas comunes en la superficie exterior de las proteínas. Las estructuras tridimensionales de la tripsina, la quimotripsina y la elastasa se ajustaban a este modelo perfectamente. Anfinsen demostró también que la secuencia de aminoácidos está determinada a su vez por los genes que codifican la proteína.

 

Representación de la estructura y secuencia de la enzima tripsina, un miembro de las enzimas del tipo de las proteasas. (Robert Stroud/ Universidad de California, San Francisco)

Con el tiempo, los investigadores comenzaron a unir las piezas del funcionamiento de las enzimas y del significado de sus múltiples pliegues y giros, investigaciones que continúan en la actualidad. Todas las enzimas, ya sinteticen o dividan, actúan en moléculas de una sustancia determinada denominada sustrato, que puede ser cualquiera de una gran variedad de sustancias del organismo, entre las que se incluyen las proteínas y los ácidos nucleicos. Esta función tiene lugar en una parte de la enzima llamada sitio activo, una ranura o hueco cuya forma encaja exactamente con uno o, como mucho, unos pocos sustratos de forma similar. Una analogía imperfecta, pero útil, compara el sustrato con una mano y el sitio activo de una enzima con un guante. Al igual que un guante puede aceptar manos de varios tamaños, siempre que tengan forma de mano, no puede alojar más de una mano cada la vez. Una vez que una mano determinada se introduce en un guante, incluso aunque no encaje perfectamente, éste ya no estará disponible para otras manos. Cuando el compuesto inhibidor se une al sitio activo, evita que continúe la reacción enzimática.

Diagrama de la unión enzima/sustrato (Thomas A Steitz/Universidad de Yale)

Al descifrar la estructura de una enzima y las secuencias de sus aminoácidos, se puede observar cómo es el sitio activo y reconstruir la reacción química real que se produce entre la enzima y su sustrato. Esto, a su vez, constituye una poderosa herramienta para crear los compuestos inhibidores de enzimas específicas. De hecho, los científicos intentan diseñar inhibidores que presenten una afinidad aún mayor con los sitios activos que los sustratos naturales, de modo que el inhibidor gane la batalla por unirse a la enzima.

Como cabía esperar, muchas proteasas poseen inhibidores naturales; una célula no podría sobrevivir mucho tiempo si estas poderosas enzimas no estuvieran reguladas. Aunque Northrop y Kunitz identificaron los primeros inhibidores naturales de proteasa como parte de sus estudios de proteasas en la década de 1930, no se comenzó a diseñar inhibidores de proteasa en el laboratorio hasta aproximadamente una década más tarde, e incluso entonces los avances fueron irregulares. En 1949, Arnold Kent Balls, del Laboratorio de investigación regional occidental de Albany, California, descubrió que una sustancia sintética, en concreto un gas nervioso, era capaz de desactivar la acetilcolina esterasa, una enzima relacionada con el proceso de la acetilcolina neuroquímica. Este inhibidor funcionaba al reaccionar con el aminoácido serina en el sitio activo de la enzima. La razón era que las proteasas tripsina, quimotripsina y elastasa también se inactivaban con el gas nervioso, lo que sugería que también poseían el aminoácido serina en sus sitios activos. Los científicos sacaron la conclusión de que todas estas proteínas formaban una familia emparentada por sus mecanismos, un concepto de parentesco que al cabo de otros 20 años resultaría de gran utilidad.

Este concepto se puso a prueba por primera vez en la década de 1970, cuando David W. Cushman y Miguel A. Ondetti, del Instituto Squibb de investigación médica de Princeton, Nueva Jersey, intentaban encontrar un método para controlar la hipertensión. Cushman y Ondetti estaban investigando métodos para inhibir la enzima conversora de angiotensina (ECA), una de las dos proteasas necesarias para fabricar la angiotensina, una hormona localizada en el riñón que aumenta la presión sanguínea. No se disponía de ninguna imagen cristalográfica de la ECA, pero los científicos conocían parte de su funcionamiento. Por una parte, sabían que al menos un inhibidor (una proteína del veneno de una serpiente) funcionaba con la ECA. Por otra parte, sabían que la ECA necesitaba átomos metálicos cargados, o iones, para funcionar, por lo que formaban parte de una familia de proteasas llamadas metaloproteasas que contienen iones metálicos en los sitios activos. Al buscar proteínas similares cuyas estructuras ya se conocieran, Cushman y Ondetti se fijaron en la carboxipeptidasa A, otra metaloproteasa cuya estructura habían descubierto W. Lipscomb y sus colegas algunos años antes en la Universidad de Harvard. Cushman y Ondetti extrapolaron a partir de la forma de la carboxipeptidasa A una predicción para saber qué sustancias químicas podían alterar la actividad de la ECA. Sus esfuerzos tuvieron como resultado el desarrollo en 1979 del inhibidor de ECA captopril, el primer inhibidor de la proteasa desarrollado mediante el proceso de “diseño de fármacos”, es decir, el ajuste de un fármaco mediante pruebas y modificaciones paso a paso. El captopril se ha estado utilizando con fines médicos desde entonces.

Se sucedieron más soluciones parecidas a medida que los científicos interesados en encontrar otras sustancias que bajaran la presión sanguínea intentaban descubrir la estructura de la renina, una proteína que funciona conjuntamente con la ECA para fabricar la angiotensina. La renina era muy difícil de cristalizar, pero se obtuvieron pistas sobre su estructura, aunque de una forma indirecta, gracias a investigadores que estaban estudiando la estructura de la enzima digestiva pepsina. Tanto la renina como la pepsina pertenecen a una familia conocida como proteasas aspárticas, debido al aminoácido aspartato de sus sitios activos. Aunque los científicos tomaron las primeras radiografías cristalográficas de la pepsina en la década de 1930, resultó difícil desvelar la estructura de la pepsina. No fue hasta la década de 1970 cuando la investigación sobre la estructura de proteasas ácidas micóticas sirvió de guía para desvelar la estructura de la pepsina de cerdo.

La estructura de la pepsina, a su vez, fue un impulso para los científicos que buscaban un inhibidor de renina. Durante la década de 1980, los investigadores emplearon una ingeniosa técnica para desarrollar inhibidores que detuvieran de forma eficaz la reacción enzimática de la renina. Básicamente, los científicos se centraron en el instante de la reacción en el que la enzima se une más fuertemente al sustrato. Examinaron la estructura del sustrato durante este estado de transición crítico y diseñaron un inhibidor que imitaría no la forma final de la reacción sustrato-enzima, sino la estructura del sustrato durante esta transición altamente atrayente. Aunque estos inhibidores de renina resultaban de gran efectividad en el laboratorio, en el organismo eran metabolizados en el hígado antes de alcanzar los riñones, donde se fabrica la renina. Por lo tanto, los inhibidores de la renina no resultaron eficaces como fármacos para la hipertensión y quedaron archivados, al menos por el momento.

Justo en el momento en el que la biología molecular y el diseño de fármacos estaban alcanzando su apogeo, a comienzos de la década de 1980 tuvieron que enfrentarse a un reto terrible. Los médicos comenzaron a tratar pacientes con enfermedades poco comunes, incluidas variantes poco frecuentes de neumonía, infecciones de hongos poco comunes y el sarcoma de Kaposi. Pronto se dieron cuenta que estos pacientes presentaban un síntoma común: el deterioro progresivo de su sistema inmunológico. Fuera cual fuera la causa de este síndrome, actualmente conocido como SIDA, estaba matando las células inmunológicas que combaten las infecciones, cuyo número descendía de forma constante a medida que se agravaba la enfermedad. La medicina no disponía de ningún tratamiento para evitar este deterioro. Pero en 1983, un grupo de investigadores dirigidos por Luc Montagnier, en el Instituto Pasteur de Francia, y Robert Gallo, en el Instituto nacional contra el cáncer de EE.UU., aislaron el virus responsable, el VIH. Los estudios moleculares del VIH que tuvieron lugar a continuación en todo el mundo prometían una solución médica en poco tiempo; un tratamiento, quizá, si no una cura.

Montagnier había identificado el VIH como un retrovirus que, como todos los virus, depende de la célula huésped infectada para poder llevar a cabo la reproducción viral según las instrucciones genéticas. Sin embargo, al contrario que otros virus que contienen ADN viral, los retrovirus contienen ARN y la enzima transcriptasa inversa. Los retrovirus, por tanto, invierten el flujo normal de información en la célula porque se replican utilizando el ARN como plantilla, que la transcriptasa inversa convierte en ADN. Los científicos ya conocían los retrovirus desde 1911, cuando Peyton Rous, del Instituto Rockefeller de investigación médica, descubrió un virus que era capaz de provocar de forma eficiente cáncer en los pollos. En 1966 se le concedió el premio Nobel de fisiología o medicina por su descubrimiento. Los retrovirus se han relacionado recientemente con casos de cáncer natural en muchos animales como, por ejemplo, aves, ratones, gatos, ganado, peces y seres humanos. De hecho, el primer retrovirus en humanos que se conoce, el T-linfotrópico humano tipo 1, causante de la leucemia de células T en adultos, se descubrió en 1981 en el laboratorio de Robert Gallo.

Durante la llamada "guerra contra el cáncer" de la década de 1970, los investigadores que estudiaban los retrovirus descubrieron que compartían las mismas propiedades esenciales, independientemente de la especie de la que provinieran o la enfermedad que causaran. Los científicos descubrieron que, por ejemplo, una partícula de retrovirus contiene alrededor de 10 proteínas diferentes que participan en funciones tales como formar la estructura del virus, convertir el ARN en ADN e insertar el ADN viral en el ADN de la célula. Los investigadores también observaron que las proteínas de los retrovirus están formadas no como unidades individuales, sino como poliproteínas, precursores compuestos de largas cadenas que contienen varias proteínas diferentes. Para que las proteínas individuales de los virus sean completamente funcionales, antes deben desprenderse de las poliproteínas. Pronto, los científicos descubrieron que la responsable de esta escisión era la proteasa del virus, una de las proteínas de la partícula del retrovirus y que era al mismo tiempo parte de una poliproteína. También descubrieron que el ensamblaje del retrovirus se organiza de forma que el brote de nuevas partículas se produce antes de que la proteasa se active. Por tanto, las partículas que acaban de desprenderse de las células infectadas contienen sólo poliproteínas y no pueden infectar células sanas hasta que la proteasa se desprenda para activarse y, a continuación, divida a las poliproteínas en sus formas activas.

Durante el azote de la epidemia de SIDA a comienzos de la década de 1980, un numeroso cuadro de científicos (veteranos de la guerra contra el cáncer) conocían de primera mano los mecanismos de duplicación de los retrovirus. Por tanto, una vez que aislaron el VIH y lo identificaron como un retrovirus, no tardaron mucho en descifrar sus genes. Los investigadores utilizaron este conocimiento para trazar muchos de los detalles clave del ciclo de duplicación viral y para identificar las proteínas del VIH, incluidas las importantes proteasas. Cuatro de las proteínas que producía el VIH eran enzimas, objetivos particularmente prometedores para los fármacos de diseño. Los científicos utilizaron los genes virales que codificaban la información para estas enzimas para programar a bacterias para que produjeran grandes cantidades de proteínas virales, de modo que pudieran estudiarlas detalladamente. En particular, la proteasa del virus se estudió de forma muy parecida a como se habían estudiado la tripsina y otras proteasas 30 años antes, sólo que esta vez el objetivo era descubrir cómo detener su actividad.

En términos generales, existen dos formas de evitar que el VIH se multiplique una vez ha entrado en la célula: detener la replicación de los genes virales (lo que implica detener la transcriptasa inversa) o detener la fabricación de proteínas virales. La mayor parte de los primeros intentos para diseñar un fármaco contra el SIDA se centraron en la primera estrategia. En 1985, la búsqueda de fármacos que bloquearan la duplicación genética del VIH condujo a los científicos al azidotimidina (AZT), un fármaco inhibidor de transcriptasa inversa desarrollado muchos años antes y probado anteriormente, sin éxito, contra el cáncer. El AZT impedía que la enzima del VIH transcriptasa inversa convirtiera el ARN en ADN. Durante algún tiempo, parecía que el AZT bastaría para ralentizar la duplicación viral y detener el avance de la enfermedad; durante los años siguientes, los esfuerzos se centraron en desarrollar más fármacos similares.

Representación artística de una partícula de VIH, con el ARN y la transcriptasa inversa en el centro y las proteínas específicas del virus en la superficie. Los inhibidores de la proteasa están diseñados para interrumpir e impedir la formación de estas proteínas, incapacitando el desarrollo y la replicación de la partícula de VIH. (Andrew Davies, Instituto nacional para el control y los estándares biológicos, Reino Unido)

Sin embargo, algunos científicos comenzaron a buscar otras vías y explorar estrategias para inhibir la fabricación de proteínas virales. Comenzaron a estudiar en mayor profundidad la proteasa del VIH y cómo realiza su función de separar las proteínas individuales de los precursores poliproteínicos. Conscientes de que si se evitaba esta escisión de las proteínas virales se detendría la replicación viral completamente o se produciría una progenie de virus inofensivos, algunos investigadores, tanto académicos como del sector industrial, comenzaron a trabajar para crear un agente terapéutico que pudiera bloquear de forma efectiva la proteasa del VIH.

Los resultados tardaron en llegar. Por esas fechas, Brendan Larder y Graham Darby, de los laboratorios de investigación Wellcome de Inglaterra, y Douglas Richman, de la universidad de California, San Diego, hicieron públicas unas noticias devastadoras: en pacientes de SIDA sometidos a tratamiento con AZT, el VIH podía hacerse resistente al fármaco en menos de un año. Sin el AZT, la comunidad médica estaba literalmente indefensa ante el SIDA. Entonces, varios profesionales de la medicina, al deducir que el virus probablemente se haría resistente a cualquier fármaco aplicado individualmente, propusieron el concepto de utilizar "cócteles" de fármacos. La idea era diseñar varios fármacos que inhibieran simultáneamente el ciclo de replicación viral en varias etapas diferentes. Los pacientes tomarían combinaciones de fármacos, con la esperanza de que varios fármacos resultaran más eficaces.

En aquel tiempo, los únicos ingredientes disponibles para el cóctel eran el AZT y algunos fármacos relacionados, todos ellos inhibidores de la transcriptasa inversa. Pero los investigadores que habían estado estudiando la proteasa del VIH tenían la esperanza de que el inhibidor de la proteasa constituyera un ingrediente importante. De un modo alentador, se produjeron rápidamente varios avances importantes sucesivos en el estudio de la proteasa del VIH. A mediados de la década de 1980, los científicos demostraron que la proteasa retroviral tenía una secuencia de aminoácidos identificativa en común con las proteasas aspárticas como la renina y la pepsina. Esto condujo a los investigadores a proponer la posibilidad de que el VIH utilizase una proteasa aspártica para procesar sus proteínas. En 1986, varios grupos independientes aislaron el gen de la proteasa del VIH y confirmaron esta hipótesis. En 1988, Irving Sigal y su equipo en Merck utilizaron nuevas tecnologías genéticas para crear una proteasa del VIH mutante y demostraron que esta proteasa debilitada era capaz de, como se conocía por otros retrovirus, hacer que la replicación viral produjera sólo virus inmaduros, incapaces de infectar las células inmunológicas.

El año siguiente, la comunidad científica observó por primera vez la estructura real de la proteasa del VIH. En 1989, dos grupos de investigación independientes, Manuel Navia y sus colegas en Merck y Alexander Wlodawer y sus colegas en el centro de investigación del cáncer de Frederick en Maryland, determinaron la estructura tridimensional de la proteasa del VIH. Observaron que se trababa de una proteasa aspártica como la renina y la pepsina, pero mucho más pequeña y formada por dos cadenas de proteínas idénticas en lugar de una. Las dos cadenas de proteínas estaban unidas como dos mitades de una nuez, con el sitio activo de la proteasa en el centro de ambas cáscaras.

Los investigadores comenzaron a buscar compuestos específicos que inhibieran la proteasa del VIH. Desafortunadamente, como en el caso de la renina, las características de un buen inhibidor no son necesariamente las de un buen fármaco. En muchos casos, por ejemplo, el organismo no siempre toleraba bien un buen inhibidor. Algunos compuestos eran tóxicos porque interferían en las funciones normales del cuerpo. Otros funcionaban únicamente a dosis peligrosamente altas. Y otros no se absorbían bien en el intestino o se metabolizaban en el hígado antes de alcanzar el objetivo terapéutico. Por lo tanto, la clave del diseño de fármacos estaba en crear un compuesto que funcionase específicamente contra el objetivo, que no fuera tóxico, que pudiera administrarse en dosis moderadas y que permaneciese en el organismo el tiempo suficiente para surtir efecto.

Muchos de los intentos iniciales para desarrollar un inhibidor de la proteasa del VIH dieron como resultado inhibidores eficaces pero fármacos insatisfactorios. En 1992, las perspectivas mejoraron. Debido a las similitudes secuenciales con las proteasas aspárticas, los investigadores volvieron a interesarse por los antiguos inhibidores de renina y los modificaron para utilizarlos contra la proteasa del VIH. No tardaron en hacer público el desarrollo de potentes inhibidores de proteasas basados en inhibidores de renina que prometían ser fármacos satisfactorios. En diciembre de 1995, la Food and Drug Administration (FDA) de EE.UU. aprobó el primer inhibidor de proteasa, el saquinavir. En la primavera de 1995 se aprobaron dos inhibidores más, el ritonavir y el indinavir.

Régimen común de tratamiento antirretroviral de gran actividad, consistente en la combinación de distintos fármacos (Instituto nacional de alergias y enfermedades infecciosas/ Instituto nacional de salud)

En julio de 1996, en la Conferencia Internacional sobre el SIDA de Vancouver, Columbia Británica, algunos conferenciantes hicieron un anuncio que llenó de esperanza a la comunidad afectada por el SIDA. David Ho, del Centro de investigación sobre el SIDA Aaron Diamond de Nueva York, por ejemplo, describió resultados extraordinarios que él y su equipo habían observado con un cóctel de fármacos que combinaba inhibidores de proteasas del VIH con antiguos fármacos antivirales del tipo del AZT, muchos de los cuales habían salido al mercado en 1991. Comunicó que, aunque la terapia de combinación no constituía una cura, no sólo incrementaba el número de células inmunológicas en pacientes con SIDA, sino que también reducía la cantidad de virus en la sangre a niveles indetectables.

En la actualidad, con una rapidez notable, se han desarrollado cinco inhibidores de las proteasas del VIH, las ha aprobado la FDA y ya se incluyen en los cócteles de fármacos contra el SIDA. Los cinco (amprenavir, indinavir, nelfinavir, ritonavir y saquinavir), aunque estructuralmente distintos, son los descendientes químicos de los inhibidores de renina. Los científicos que desarrollaron estos fármacos siguieron modelos estructurales de la proteasa del VIH, que indicaban que la clave para que el virus se activase y estuviese capacitado para multiplicarse y extenderse era romper el enlace químico entre los aminoácidos fenilalanina y prolina. Los investigadores descubrieron con entusiasmo que, aunque la proteasa viral podía romper el enlace entre los aminoácidos, las proteasas de los mamíferos no podían hacerlo de forma selectiva. Por tanto, cualquier fármaco diseñado para actuar sobre las enzimas que rompen el enlace péptido entre la fenilalanina y prolina sería muy específico para la proteína viral. Dicho fármaco, al no interferir con ninguna otra función normal de los mamíferos, debería tener menos efectos secundarios. Los modelos estructurales también mostraron que la proteasa del VIH es una molécula simétrica, es decir, que sus dos mitades presentan una relación de simetría. Al principio, los científicos intentaron desarrollar un inhibidor simétrico, hasta que se percataron de que, durante el estado de transición, en el instante de unión más fuerte entre el inhibidor y la proteasa, el inhibidor era en realidad asimétrico. Los inhibidores asimétricos resultaron ser mejores a largo plazo, ya que el organismo podía utilizarlos más fácilmente que los compuestos simétricos.

A pesar de su eficacia demostrada, los inhibidores de la proteasa presentan inconvenientes. Por un lado, no funcionan con todo el mundo. Por otro, debido a que el VIH muta a gran velocidad, la resistencia del virus se ha convertido en un problema. Y cuando los inhibidores de proteasa funcionan, pueden provocar graves efectos secundarios. Por ejemplo, los inhibidores de proteasa pueden alterar drásticamente la forma en la que el organismo metaboliza y almacena la grasa. Algunos pacientes de SIDA han de tomar otros fármacos para contrarrestar los efectos secundarios, entre los que se incluyen náuseas, diarrea, cálculos renales, depresión y ansiedad.

Las compañías farmacéuticas continúan trabajando para desarrollar nuevas generaciones de inhibidores de proteasa más seguros, al mismo tiempo que intentan averiguar la forma de evitar que el virus se haga resistente a los fármacos. Mientras tanto, los investigadores están descubriendo que puede mejorarse la acción de los inhibidores actuales combinándolos de distintas formas. Por ejemplo, algunos inhibidores ralentizan el metabolismo de los fármacos en el hígado, lo que podría utilizarse para prolongar el tiempo que otros inhibidores de proteasa permanecen en el cuerpo. Por tanto, un inhibidor de la proteasa podría ayudar a disminuir la dosis necesaria de otro.

El éxito de los inhibidores de proteasa en el tratamiento del SIDA, aunque moderado, ha desencadenado un enorme interés por su utilización en otras enfermedades. En la actualidad, se han descubierto las estructuras de las proteasas encontradas en el virus de la hepatitis C, en el citomegalovirus, un virus similar al herpes responsable de infecciones de órganos mortales en enfermos de SIDA, y en el rinovirus, más conocido como el causante del resfriado común. Mientras los científicos intentan descubrir más estructuras de proteasas de virus, comienzan a ser conscientes de la importancia de las proteasas más allá de las enfermedades virales. Por ejemplo, es posible que las proteasas estén relacionadas con la osteoporosis y la inflamación, y pueden destruir las células cerebrales de forma inadecuada, contribuyendo así a los infartos cerebrales o a la enfermedad de Alzheimer.

El verdadero éxito de los inhibidores de las proteasas del VIH radica en su efecto revolucionario en el diseño de fármacos actual. Las proteasas del VIH constituyen en la actualidad el modelo para el diseño de fármacos basado en estructuras, incluidos los recientes intentos de diseñar vacunas contra los virus. Las técnicas desarrolladas durante los últimos 10 años en la búsqueda de inhibidores de las proteasas del VIH se basó en los cimientos de las investigaciones básicas sobre cristalografía de rayos X y aminoácidos. Gracias a los científicos que intentaron conocer mejor la bioquímica, los pacientes de una enfermedad mortal pueden comenzar a pensar de nuevo en su futuro.

Esta cronología muestra la cadena de investigaciones básicas que condujeron al desarrollo de fármacos inhibidores de proteasas para el VIH.

1876
Wilhelm Kühne descubre la enzima digestiva tripsina, la primera proteasa.

Década de 1930
John H. Northrop y Moses Kunitz aíslan la tripsina y la identifican como una proteína. También descubren sustancias naturales que inhiben las proteasas.

1949
Arnold Kent Balls descubre que una sustancia sintética es capaz de inhibir una proteasa.

1952
Frederick Sanger desarrolla un método para determinar la secuencia de aminoácidos que constituyen las proteínas.

Década de 1950
John Kendrew y Max Perutz utilizan con éxito la cristalografía de rayos X para desvelar la estructura de la mioglobina y la hemoglobina, las primeras estructuras proteínicas en descifrarse.

Década de 1960
Los científicos determinan la secuencia de aminoácidos y la estructura de la tripsina, la quimotripsina y la elastasa.

Década de 1970
David W. Cushman y Miguel A. Ondetti desarrollan el captopril, un fármaco para controlar la hipertensión. El captopril es un inhibidor de la enzima conversora de angiotensina (ECA) basado en la estructura estrechamente relacionada de la caboxipeptidasa A.

Década de 1970
Los científicos descubren las estructuras de varias proteasas, incluida la pepsina.

Década de 1970
La estructura de la pepsina guía el desarrollo de compuestos que inhiben una proteasa de estructura relacionada, la renina, en un intento de desarrollar nuevos medicamentos para controlar la hipertensión. Los inhibidores de renina no resultan efectivos como fármacos y se archivan.

Década de 1980
El SIDA se reconoce como epidemia.

1983
Luc Montagnier y Robert Gallo aíslan el virus de inmunodeficiencia humana (VIH), el virus causante del SIDA.

1985
El fármaco AZT obtiene aceptación general como una terapia eficaz contra el VIH. El AZT evita que el virus reproduzca sus genes.

1986
Varios grupos de científicos aíslan independientemente el gen de la proteasa del VIH.

1988
Irving Sigal y sus colegas demuestran que una proteasa del VIH mutada genéticamente produce una progenie de virus inmaduros.

Finales de la década de 1980
Brendan Larder, Graham Darby y Douglas Richman demuestran que el VIH se vuelve resistente al AZT después de menos de un año de tratamiento.

1989
Manuel Navia y sus colegas descubren la estructura de la proteasa del VIH, la que de forma independiente también descubren y posteriormente refinan Alexander Wlodawer y sus colegas.

1996
Los investigadores presentan pruebas de que los pacientes sometidos a terapia de combinación de inhibidores de proteasa con otros fármacos pueden reducir la cantidad de virus en la sangre hasta niveles indetectables.

El artículo “Desarme de un virus mortal: las proteasas y sus inhibidores” ha sido elaborado por la escritora científica Roberta Conlan, con la colaboración de los Drs. Charles Craik, David Davies, Anthony Fauci, Gary Felsenfeld, David Ho, Hans Neurath, Max Perutz, Robert Stroud, Nancy Thornberry, George Vande Woude, Michelle Hoffman y Sean O’Brien Strub para Beyond DiscoveryTM: The Path from Research to Human Benefit", [Más allá del descubrimiento: El camino desde la investigación hasta el beneficio humano], un proyecto de la National Academy of Sciences (Academia Nacional de las Ciencias) de Estados Unidos.

La academia, con sede en Washington, es una sociedad de distinguidos eruditos comprometidos con la investigación científica y de ingeniería, dedicada al uso de la ciencia y la tecnología para el bienestar común. Durante más de un siglo, la Academia ha proporcionado asesoramiento científico objetivo e independiente a la nación.

El artículo ha sido financiado con fondos de las instituciones Camille and Henry Dreyfus Foundation, Inc., Pfizer Foundation, Inc. y la Academia Nacional de las Ciencias.

© 2000, U.S. National Academy of Sciences, febrero de 2000

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