Factores importantes en la producción de las vacunas

Huéspedes productores.

La necesidad de estudiar diversos sistemas productores se deriva del hecho de que diferentes grupos de organismos realizan las funciones celulares de manera diferente. Uno de los procesos celulares que pueden llevarse a cabo de manera diferente es la producción de proteínas.

Para entender esto es importante tener una idea general de las diferencias entre procariontes y eucariontes. Los seres vivos pueden ser divididos en dos grupos: un grupo “primitivo” cuya característica más importante es que no tienen núcleo celular, los llamados procariontes y otro grupo, en el que los organismos tienen núcleo celular. Las bacterias son procariontes mientras que desde las levaduras (hongos unicelulares) hasta el humano son eucariontes. En estos tipos diferentes de células (nucleadas y anucleadas) se pueden llevar a cabo funciones celulares de manera muy diferente, uno de estos procesos y que es muy importante para comprender el tema que aquí tratamos es el de la producción de las proteínas. La relevancia radica en lo siguiente, si nosotros tomamos una proteína de un virus que se reproduce en un humano, se llevaran a cabo muchos pasos en su producción, pero si esta misma proteína se produce ahora de manera artificial en una bacteria, esta la producirá de manera diferente por lo que la proteína recombinante será diferente.

Si nosotros inoculamos ahora a un humano con esta proteína recombinante, tal vez se produzca una respuesta inmune, pero esto no nos asegura que la proteína sea lo suficientemente parecida a la de un virus en el medio ambiente que haya sido producido en un humano infectado (virus “salvaje”). Entonces es importante considerar que para que estas proteínas presenten una antigenicidad adecuada deben estar debidamente producidas, tienen que ser muy similares; esto lo diría un bioquímico de la siguiente manera, debemos esperar que la estructura terciaria (espacial) sea muy similar además de que se requiere que las modificaciones post-transcripcionales tales como patrones de glicosilación, deben ser las correctas. De no ser así, la proteína resultante dará lugar a una respuesta inmune, pero esta no brindará protección contra el patógeno original, ya que las proteínas recombinantes y salvajes serán diferentes.

La vacuna de VHB se produce en S. cerevisiae pero se estudian otros hospederos que ofrecen según sus características diferentes ventajas y limitaciones.

Las bacterias como E coli, Salmonella typhimorium, Vibrio cholera Bacillus brevis entre otras, se estudian en la actualidad como posibles productores del antígeno del VHB. Estos modelos presentan una gran desventaja ya que al ser procariotes no llevan a cabo las modificaciones que usualmente presentan las proteínas eucariotes o de virus que invaden células eucariotes, pero se emplean porque son sumamente eficientes en la producción.

La desventaja que presentan las bacterias puede resolverse empleando sistemas eucarióticos para la producción de las proteínas recombinantes, las levaduras, las líneas celulares de mamíferos así como animales transgénicos son recientemente exploradas como posibilidades.

Otra propuesta es el empleo de plantas transgénicas que además funcionarían como un sistema combinado de producción y entrega de los antígenos (las plantas también son eucariontes). El antígeno de superficie de la hepatitis B y una proteína de cubierta del virus Norwalk se han expresado en plantas de tabaco y de papas las cuales se ha demostrado forman partículas semejantes a los virus con las proteínas recombinantes. Estas partículas seudovirales producen una respuesta inmunogénica en ratones. La inmunización oral por alimentación papas transgénicas que contienen subunidades de toxinas de E coli y de cólera desarrollan respuesta inmune y la formación de anticuerpos en ratones. Por otro lado, se ha demostrado que mediante la alimentación con papas transgénicas que producen antígenos de E coli es posible inducir una respuesta inmune en humanos. Esto significa que pronto podríamos tener campañas de vacunación en las que en vez de una inyección nos dieran una manzana recombinante.

Proteínas fusionadas

Otro de los problemas al que tuvieron que enfrentarse los investigadores con las vacunas contra enfermedades bacterianas, es que dichas vacunas se basan en el reconocimiento de polisacáridos presentes en las bacterias; sin embargo, estas vacunas no inmunizan a niños pequeños ya que su sistema inmune aun no es maduro y no es capaz de reconocer algunos tipos de polisacáridos. Una de las estrategias que se llevaron a cabo para resolver este problema fue la unión o conjugación del polisacárido con otras proteínas que facilitan la respuesta inmune.

Además de ayudar a que la molécula en cuestión sea más fácilmente reconocida por el sistema inmune, la posibilidad de hacer estas uniones nos permite hacer otras cosas interesantes como unir dos moléculas de dos patógenos diferentes en una sola vacuna, como en una quimera (animal mitológico que era un león con alas y patas de gallo).

Con este precedente, se ha fusionado genéticamente la secuencia para diferentes proteínas de manera que pueden obtenerse antígenos quiméricos los cuales presentan propiedades interesantes para servir como antígenos.

Por un lado, pueden construirse antígenos quiméricos en los que se proteja la parte antigénica. Esto es importante porque cuando se expresa un gene en un huésped diferente a la especie original (recombinación heteróloga) es posible que la proteína resultante sea muy susceptible a la degradación, es decir a la ruptura de la proteína. A este respecto también resultaría posible modificar la parte antigénica para impedir que se realicen modificaciones heterólogas del huésped.

En el diseño del antígeno quimérico el gen que nos interesa puede ponerse una “marca” para que la proteína sea exportada al exterior celular facilitando así su purificación o bien puede crearse un gen quimérico que se produzca muy rápido al poner al gen bajo el control de una secuencia promotora de la trascripción adecuada para incrementar la producción. Además pueden incluirse sitios de rompimiento enzimático, esto brinda la posibilidad de incluir una región que facilite la purificación y que pueda ser eliminada en un paso posterior.

Por otro lado, se pueden fusionar proteínas para mejorar la inmunogenicidad de un antígeno dado o se puede mejorar la solubilidad y estabilidad del mismo, esto es importante si se toma en cuenta que algunas vacunas deben ser llevadas a regiones de difícil acceso bajo condiciones extremas de calor y humedad.

También es posible adaptar a los antígenos quiméricos para la posterior incorporación de adyuvantes por ejemplo, con regiones que reconozcan a la albúmina sérica que es una proteína que se encuentra en nuestra sangre y que sirve para transportar algunas moléculas sin que sean degradadas y además se sabe que esta proteína tiene propiedades inmunopotenciadoras inherentes.

Otra gran aplicación es que estos antígenos quiméricos podrían contener varios sitios inmunoreactivos, de la misma especie o de otro patógeno. En la actualidad se ha construido un antígeno quimérico para E coli y V cholera.

Finalmente, pueden fusionarse antígenos con secuencias que sirvan como sitios de unión a receptores a células, lo que sería de interés para vacunas que se administren por mucosas.

Péptidos sintéticos

Los péptidos son pequeños pedazos de proteína y se empleaban como herramientas para definir la función y mecanismos de acción de pequeñas porciones de algunas proteínas, pero hoy día se están investigando como vacunas experimentales. Algunos de ellos ya se están probando en humanos como es el caso de péptidos con regiones antigénicas de proteínas involucradas en el proceso de enfermedad de la malaria.

Estos péptidos pueden emplearse para dar una respuesta predominantemente celular o humoral y se pueden construir con los mismos sistemas de producción pero diseñados para expresar solo subfragmentos inmunodominantes es decir, regiones que sean reconocidas por el sistema inmune y que “dominen” el proceso de reconocimiento.

Sin embargo, debe considerarse que un péptido basado en una región única puede no ser muy efectivo si existe una diversidad amplia de esta región en la población del patógeno, por ello deben construirse vacunas con múltiples variantes de estas regiones que representen al total de la población salvaje.

Otro nuevo campo de investigación son los péptidos denominados “retro inversos”,estos se caracterizan por contener enlaces peptídicos invertidos que no son exactamente iguales a los de los péptidos normales y presentan por ello una mayor resistencia a la degradación (proteólisis).

Los sistemas de entrega.

Para poner en contacto los antígenos recombinantes con el sistema inmune necesitamos de sistemas de entrega. Se han empleado bacterias tanto Gram negativas como positivas además de una gran variedad de virus atenuados.

Las bacterias Gram- tienen la ventaja de que contienen lipopolisacáridos (LPS) que sirven como adyuvantes (aunque también pueden causar efectos tóxicos como inflamación, ya que activan a los macrófagos). Un ejemplo de este sistema de entrega lo constituye una sepa de S typhimurium que puede sintetizar el antígeno contra hepatitis B, cuando esta bacteria se administra oralmente a ratones se desarrolla una respuesta inmune.

El mecanismo por el que estos sistemas de entrega funcionan se describe a continuación, las bacterias contienen fragmentos circulares de material genético de ácido desoxirribonucléico o ADN (cuyo nombre es plásmidos de ADN) que codifican para el antígeno. Cuando las bacterias se administran por mucosas, el antígeno se pone en contacto con los diferentes componentes del sistema inmune y se induce la respuesta.

La presencia de bacterias podría generar un problema en el organismo y entonces se corre el riesgo de que resulte peor el remedio que la enfermedad, para evitar este problema se ha sugerido diseñar bacterias “kamikase”, que permanezcan vivos y expresando la proteína viral y luego desencadenen mecanismos de muerte celular, como un suicidio bacteriano.

Los virus son otro tipo de sistemas de entrega que tienen la ventaja de ser tejido-específicos; sin embargo, ya que existen los consabidos riesgos de reversión (ya que necesariamente se emplean virus atenuados), solo se ha explorado su uso veterinario. En la actualidad el antígeno del virus de la hepatitis B se expresa y ensambla en partículas de algunos virus. Este sistema de entrega tiene la ventaja de que desarrolla inmunidad celular y humoral.

Adyuvantes.

Es bien sabido que las proteínas en solución son menos inmunogénicas que las proteínas en forma de partículas, es por ello que se emplean diferentes sustancias que permiten su agregación a fin de facilitar el reconocimiento. Algunos de los adyuvantes que se emplean son los fosfatos de calcio y alumgel que se administran con toxoides de difteria y tétanos. Por otro lado, la presentación de sustancias como LPS o dipéptido muramil también favorecen la respuesta inmune aunque se sabe que causan problemas locales o reacciones adversas generalizadas en algunos casos.

Recientemente se ha validado una vacuna contra hepatitis A que contiene adyuvantes que permiten la formación de un virosoma (partícula semejante a virus). El adyuvante contiene hemaglutinina y neuraminidasa del virus de la influenza.

Fuente: Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa.

Publicado en Inmunología

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