LA REVOLUCIÓN EN LAS VACUNAS (SEGUNDA PARTE)

EL DISEÑO DE LAS VACUNAS MEDIANTE INGENIERÍA INVERSA

Como se comentó en la primera parte del blog, a finales del siglo XX, el diseño de vacunas había llegado a una situación de estancamiento, siendo necesario que se diera un nuevo enfoque para dar un impulso a la búsqueda de nuevos antígenos. Es en este momento, cuando el equipo de Rino Rappuoli desarrolla el diseño de vacunas mediante ingeniería inversa (“reverse vaccinology”), cuya característica fundamental es que se apoya enormemente en las técnicas de secuenciación y en el análisis bioinformático de la información obtenida.

Antes de meternos de lleno en qué consiste dicha metodología, recordar brevemente que la información de todos los organismos se encuentra en unas moléculas llamadas ácidos nucleicos, generalmente en el ADN. Esta información, tras una serie de etapas, se va a traducir a las proteínas, que son las moléculas que van a realizar las funciones del organismo. Si equiparáramos una célula a una fábrica, las proteínas serían los aparatos que van a constituir las distintas instalaciones de la fábrica, y el ADN la información sobre qué aparatos tiene que haber y sus características. Dicha información reside en el orden de bases nitrogenadas (A, T, C, G) que forman el ADN, ya que según como se combinen entre sí, se formará una proteína u otra (por ejemplo, no tienen el mismo significado ATC y CTA). Las regiones del ADN que codifican para proteínas (guardan la información referente a las proteínas) son los genes, y su secuencia es el orden en el que se encuentran las bases nitrogenadas. Por último, la secuenciación es la técnica que permite determinar la secuencia de las moléculas de ADN.

Secuencia de ADN. Fuente de la imagen: Wikipedia

 En la actualidad, las técnicas de secuenciación se han desarrollado enormemente, lo que ha permitido secuenciar el genoma completo de muchos organismos. Una vez que se obtiene la secuencia del genoma de un organismo, lo que tenemos es el orden en el que se encuentran las bases nitrogenadas en el mismo, en forma de una lista enormemente larga de bases (ATTCGTACCTCG…) de la que no sabemos su función. Siguiendo con el símil anterior, es como si tuviéramos en chino la información de cómo montar nuestra fábrica. Ahora viene la segunda etapa, en la que hay que encontrar dentro esa lista tan larga, qué regiones corresponden a genes, y para qué sirven las proteínas que codifican esos genes. Así, poco a poco, lo que en un principio era un texto enorme “escrito en chino”, va transformándose en unas instrucciones en un idioma que comprendemos. En esta segunda etapa de búsqueda de genes y su función, ha sido de vital importancia el desarrollo de la bioinformática, la cual, basándose en genes ya conocidos y ciertas características que tienen todos ellos, va “encontrando” posibles secuencias génicas y su función.

Pues bien, en el diseño inverso de vacunas, a diferencia de lo que ocurre en la metodología tradicional, la primera etapa es el análisis por ordenador de las secuencias génicas, no el cultivo del microorganismo. En este caso, la secuencia total de un organismo representa una especie de “catálogo virtual” de todos los posibles candidatos a vacunas, entre los cuales se hace una primera selección por métodos informáticos de las proteínas que tienen una mayor probabilidad de ser más efectivas. Dicha elección es independiente de la abundancia de la proteína en cuestión en el microorganismo o de su expresión en las condiciones de laboratorio. Esta nueva sistemática, ha revolucionado la búsqueda de nuevas vacunas, ya que permite que el “catálogo” de posibles antígenos sea mayor y su primera selección más rápida.

Patentes europea (EP1379272) y europea que designa España (ES2562259) concedidas de Rino Rappuoli, en las que se desarrolla una vacuna frente a Neisseria meningitidis serogrupo B (MenB).

Como ya se ha indicado, el primer ejemplo en el que se aplicó con éxito el diseño de vacunas mediante ingeniería inversa, fue llevado a cabo por el equipo de Rino Rappuoli, que consiguió una vacuna frente a Neisseria meningitidis serogrupo B (MenB). Esta bacteria, es la principal causa de meningitis en niños y adultos jóvenes, y los intentos durante más de cuarenta años de conseguir una vacuna eficaz, habían sido infructuosos. ¿Por qué no se había conseguido un antígeno eficaz a pesar de los esfuerzos llevados a cabo durante tanto tiempo? Hubo dos motivos principales:

  • La molécula que a priori parecía la mejor candidata para utilizarse como vacuna, resultó ser idéntica a una molécula que se encuentra en el tejido humano. Por este motivo, era muy poco inmunogénica. Además, en el caso de que se consiguiera que indujera una respuesta inmune, habría riesgo de que se desencadenara una respuesta autoinmune. Como se señaló en la primera parte del blog, el antígeno ha de ser diferente a nuestro propio organismo.
  • Las posibles proteínas antigénicas que se aislaron, resultaron ser muy variables, por lo que no conferían protección frente los distintos tipos de Neisseria. Es otro de los requisitos que comentamos en la primera parte del blog: el antígeno ha de estar conservado entre las distintas cepas de la misma especie, para que la vacuna sea efectiva.

Veamos qué etapas realizó el equipo de Rappuoli:

  • Secuenciaron una cepa virulenta de MenB, la MC58.
  • El programa de ordenador predijo 600 antígenos de superficie o secretados.
  • De estos 600 antígenos, se consiguieron producir con éxito 350 y utilizarlos en la inmunización (inyección del antígeno) de ratones.
  • Los ratones inmunizados emitieron una respuesta inmune frente a los antígenos y su suero (llamado antisuero porque tiene anticuerpos frente a los antígenos), se analizó para evaluar la localización de estos antígenos en la superficie de MenB y para buscar la presencia de anticuerpos bactericidas. De este modo, se encontraron 91 antígenos de superficie nuevos, de los cuales 28 producían anticuerpos bactericidas.
  • Se comprobó que los antígenos seleccionados eran comunes en varias cepas, para conferir protección al mayor número de cepas posible.

Al basarse la primera etapa de búsqueda en el análisis bioinformático de las secuencia del organismo, en vez de en el cultivo de la bacteria, se consiguieron unos antígenos que eran diferentes a los que se habían obtenido mediante los procedimientos tradicionales. Además, mientras que con el enfoque tradicional se habían aislado 4 ó 5 antígenos con capacidad bactericida, con esta nueva visión sobre la búsqueda, se obtuvieron 28 proteínas con capacidad bactericida. ¡¡IMPRESIONANTE!! A partir de estos primeros estudios, se ha conseguido una vacuna que hoy en día tiene la licencia de comercialización en Europa.

En la actualidad, este planteamiento dispone de herramientas cada vez más potentes. Así, ahora es frecuente que se disponga de más de un genoma de cada patógeno, lo que permite seleccionar genes que están conservados entre ellos. Además, cada vez se tienen en cuenta más factores en el cribado inicial hecho por el ordenador, lo que permite una mejor selección de los antígenos. De este modo, se han conseguido vacunas frente a numerosos microorganismos y un extraordinario avance en aislamiento de proteínas antigénicas.

Esquema del diseño de vacunas por ingeniería inversa, siendo la primera etapa la característica. Fuente de la imagen Sette, A., Rappuoli, R. Immunity 2010, Vol. 33, Nº 4, páginas 530-541.

  1. Mediante el análisis por ordenador de todo el genoma, se identifican los genes que codifican para posibles antígenos y se eliminan los posibles antígenos que se parezcan a proteínas humanas.
  2. Se comprueba en estudios “in vitro” que los antígenos seleccionados realmente se expresan en el patógeno y que son inmunogénicos durante la infección.
  3. Se inmunizan animales con los antígenos seleccionados en la segunda etapa, para comprobar si realmente protegen frente a la infección.
  4. Se verifica que los antígenos seleccionados se encuentran en distintas cepas de esa especie y que no varían de una cepa a otra
  5. Se realizan ensayos clínicos de fase I, II y III en humanos, en los que se analiza su seguridad y su capacidad de producir protección inmune.
  6. La Agencia Europea del Medicamento y otras instituciones regulatorias, estudian los resultados y dan la aprobación a su comercialización.
  7. Se emiten recomendaciones de cómo se ha de utilizar la vacuna.
  8. Se comercializa la vacuna.

 

EL IMPACTO SOCIAL DE LAS VACUNAS

Entre 1346 y 1361 una pandemia de peste negra devastó la población europea, afectando también a territorios de Asia y el norte de África. En Siena, la ciudad natal de Rino Rappuoli, aún quedan como recuerdo las obras de ampliación de la catedral, abandonadas tras los estragos producidos por esta enfermedad en 1348. Este hecho, ha marcado profundamente a Rappuoli, ya que le impulsó a dedicar su vida al desarrollo de las vacunas, con el fin de que algo  así  nunca volviera a suceder.

Aunque solo hay datos de los últimos tiempos, no es difícil imaginar el impacto social de las vacunas, si tenemos en cuenta que tan solo el virus de la viruela, mató durante el siglo XX 300 millones de personas, y que actualmente, gracias a la vacunación, es una enfermedad erradicada desde 1978. Así, un estudio de la OMS afirma que actualmente las vacunas salvan la vida a 2,5 millones de personas al año. De hecho, las enfermedades infecciosas ya no son la principal causa de mortalidad a nivel mundial.

Sin embargo, el absolutamente indiscutible beneficio social de las vacunas, no ha alcanzado de igual modo a todos los países, sino que varía enormemente de un país a otro, dependiendo de su renta per cápita. De hecho, en los países con rentas bajas, el porcentaje de fallecimientos debidos a enfermedades infecciosas es mucho mayor que en los países con una renta alta.

Esperanza de vida (A) y distribución de los motivos de fallecimiento (B) en 2013 según la renta per cápita de los países (Country Income). Los países se han agrupado en aquellos con renta muy baja, baja, media y alta. En la figura B, se representa en color amarillo el porcentaje de fallecimientos debido a enfermedades infecciosas (comunicable), en rojo el porcentaje debido a enfermedades no infecciosas (non-communicable) y en verde el porcentaje de fallecimientos causados por lesiones o accidentes (injuries). Rappuoli, R et al. PNAS 2014, Vol. 111, Nº 34, páginas 12288-12293.

 

Con una inversión adecuada en sanidad, se podría reducir la expansión de las enfermedades infecciosas y disminuir el devastador impacto que tienen en los países de renta baja. Así, se conseguiría que la incidencia de las muertes por infecciones fuera semejante en todo el planeta. Esta convergencia, requiere que la vacunación de enfermedades infecciosas sea accesible a nivel mundial, y una mayor inversión en el desarrollo de vacunas frente a aquellos patógenos solo presentes en países de renta baja. Aunque algunas instituciones, como en la que trabaja Rappuoli, dedican sus esfuerzos al desarrollo de vacunas frente a enfermedades presentes solo en estos países, la solución a este problema requiere una implicación mucho mayor que la actual. Solo así se conseguirá el sueño de Rappuoli de que ninguna pandemia vuelva a diezmar la población, dejando catedrales a medio reformar.

Rino Rappuoli con el premio a los logros de toda una vida, concedido por la Oficina Europa de Patentes el pasado mes de junio en Venecia. Fuente de la fotografía: EPO

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