Informe final del proyecto: Atenuación de arbovirus emergentes: biología sintética y evolución experimental

Abstract

Español: Los virus que se transmiten por insectos (arbovirus) se replican en dos tipos de animales muy distintos: los invertebrados y los vertebrados. Esto hace que sus genomas tengan características especiales que nos dicen cómo se originaron y cómo evolucionaron. Para estudiar estas características, usamos técnicas matemáticas y estadísticas que nos permiten analizar más de 8000 genomas de virus diferentes. Así, descubrimos que los arbovirus tienen sesgos en su genoma diferentes a otros virus muy emparentados genéticamente pero que solo infectan a los insectos. Cambiamos estos sesgos utilizando biología sintética en un arbovirus llamado Mayaro y vimos que se volvió menos virulento en células de mamíferos, pero que podía recuperar su virulencia si se bloqueaba un factor de restricción (proteína asociada al sistema inmune de mamíferos) denominado ZAP. Con esto, queremos mostrar cómo los sistemas inmunitarios de los insectos y los vertebrados influyen en la composición genética de los arbovirus, y diseñar nuevas estrategias antivirales. Inglés: The compositional properties of viral genomes are informative about their origin and evolution. Arboviruses (arthropod-borne viruses) replicate in insects that transmit them to vertebrates, their second host. Thus, arboviruses have been exposed to the compositional biases of both hosts from significantly different phyla. Compositional properties are genomic signatures across a genome and result in different arrays of oligonucleotides. Here, to reduce the high dimensionality of the data and being able to extract meaningful patterns, we applied principal component analysis (PCA) and multidimensional scaling (MDS) approaches to more than 8000 reference viral genomes. Thus, we observed that arboviruses present a dinucleotide under-representation in CpG and UpA, whereas insect-specific viruses (ISVs) were only under-represented in UpA. Using Mayaro virus (MAYV) as a model, we have, by computer design and synthetic biology, rationally altered this dinucleotide frequency balance towards insect-specific viruses (ISVs). Our results show that recoded MAYVs grow as the wild-type virus in insect cells but are significantly attenuated in mammalian cells and in the mouse model. Importantly, the attenuated phenotype of recoded MAYV can be reverted by targeting the zinc-finger antiviral protein (ZAP). Overall, here we suggest insights about the influence of both arthropod and vertebrate immune systems that shape the genetic composition of arboviruses.