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Biotecnología y Medicina Vacunas tradicionales y vacunas de nueva generación

Un poco de historia…

El Mundo Antiguo se vio azotado por enfermedades que se extendían velozmente, y causaban gran mortandad. Sólo unos pocos lograban sobrevivir a enfermedades como la fiebre amarilla, la peste negra, la difteria, el tifus, la tuberculosis y la viruela. 
La vacunación junto con medidas de higiene como la potabilización del agua, fueron un aporte fundamental en la prevención y control de las enfermedades infecciosas. Aunque hubo intentos previos de practicar cierta forma de inoculación, el primer diseño racional de una vacuna fue realizado hacia fines del siglo XVIII por Edward Jenner.  Este médico rural inglés había notado que muchas personas que estaban en contacto con vacas sufrían una enfermedad propia de estos animales, similar a la viruela humana pero más leve. El dato más interesante era que las personas que contraían la viruela vacuna luego no se enfermaban de viruela humana, una enfermedad que causaba la muerte o dejaba a la persona con cicatrices imborrables en su cuerpo. Entonces Jenner diseñó un experimento que realizó en 1796: extrajo pus de una ampolla de una ordeñadora que había contraído viruela vacuna, e inoculó a un niño saludable de 8 años. El niño desarrolló una enfermedad leve, pero sin complicaciones.
Dos meses más tarde Jenner inoculó al niño con material proveniente de viruela humana y, tal como se esperaba, no contrajo la enfermedad. A este proceso se lo denominó vacunación (proveniente del término “vaca”).
Sobre el final del siglo XX, el advenimiento de las técnicas de la biología molecular dieron un nuevo impulso a las vacunas de subunidades, y comenzó a producirse la vacuna contra la hepatitis B mediante el empleo de levaduras, lo que constituyó la primera vacuna desarrollada mediante técnicas de biología molecular. Actualmente las técnicas abarcan un rango mucho más amplio, que va desde la atenuación convencional a la inoculación de ADN, pasando por la producción de antígenos en plantas y bacterias comestibles.

Mecanismo de acción de las vacunas

Durante más de un siglo y medio los intentos por obtener preparados similares a la vacuna contra la viruela fracasaron. Para lograrlo fueron fundamentales los aportes del médico bacteriólogo Robert Koch, quien en 1876 formuló una serie de postulados en los que vinculó la aparición de una enfermedad con un agente infeccioso. Basado en estos postulados, Luis Pasteur en 1885 describió una metodología que permitía, a partir de una enfermedad infecciosa, diseñar una vacuna para prevenirla. El método de Pasteur consistió en calentar los cultivos de bacterias y luego inocularlos a los animales. Así desarrolló vacunas contra el cólera de las gallinas, el bacilo de carbunclo y la rabia.
En la actualidad existe una gran cantidad de vacunas que otorgan protección contra infecciones bacterianas o virales, y son preparadas a base del agente infeccioso, pero en un estado no patogénico, es decir que no causa la enfermedad (ver Cuaderno Nº 71).
Si bien estas vacunas son muy eficaces, presentan algunas dificultades ya que se requieren medidas muy estrictas para asegurar la completa inactivación o la atenuación adecuada del agente patógeno, y además implica el manejo en el laboratorio de microorganismos patógenos. Con el correr del tiempo y de las investigaciones se comprendió que no es necesaria la presencia de los microorganismos enteros para la inmunización y que alcanza con introducir alguno de sus componentes que desencadene la respuesta inmune. Esto dio origen a las vacunas de subunidades, que consisten en el uso de sólo una fracción del microorganismo, en lugar del microorganismo completo. Estas vacunas fueron introducidas en los 1920's, siendo las primeras la del tétano y la difteria.
Por lo tanto, las vacunas tradicionales pueden estar constituidas por:

• El agente causante de la enfermedad vivo pero atenuado (disminuido en su capacidad de desencadenar la enfermedad).
• El agente patógeno entero muerto.
• Fracciones del agente patógeno (proteínas llamadas antígenos)

Cualquiera sea el tipo de vacuna utilizada, todas funcionan bajo el mismo principio: cuando se administra la vacuna se estimula la respuesta inmune. Esto implica un mecanismo complejo en el que intervienen los linfocitos B y los T (dos tipos de glóbulos blancos de la sangre) capaces de reconocer el agente extraño y responder a su presencia mediante la síntesis de anticuerpos destinados a eliminarlo. Una vez eliminado el agente contenido en la vacuna, el organismo conserva células llamadas linfocitos “memoria” que reaccionan rápida y eficientemente ante la exposición futura al mismo tipo de patógeno en su estado natural, antes de que la persona pueda contraer la enfermedad. Es decir que las vacunas son un método preventivo.

Vacunas de nueva generación

Si bien el diseño de las vacunas de subunidades representó un gran avance, ya que evita el riesgo de inocular microorganismos enteros, en un comienzo esta estrategia no solucionaba el inconveniente de cultivar microorganismos potencialmente patógenos en el laboratorio. Entonces, la posibilidad de manipular los genes y prescindir de los microorganismos patógenos dio impulso a una nueva generación de vacunas.
Con el estudio de la estructura y función del ADN y el desarrollo de técnicas de biología molecular en la década de los 80s se comenzaron a desarrollar las vacunas recombinantes y las vacunas de ADN. Para el diseño de estas vacunas se parte del conocimiento detallado del genoma del patógeno.
Las nuevas vacunas pueden ser de tipo:

• Recombinante: se aíslan y se clonan los genes que codifican para las proteínas que provocan la respuesta inmune (el antígeno) y se introducen mediante técnicas de ingeniería genética en un huésped alternativo no patógeno (bacterias, levaduras o células de mamíferos) para que lo produzca en cantidad en el laboratorio. Mediante esta técnica surge en 1986 la primera vacuna recombinante que consiste en la producción de un antígeno del virus causante de la hepatitis B dentro de levaduras.
  
• ADN desnudo: se utiliza directamente una porción del ADN purificado que codifique para la proteína que estimula la respuesta inmune (ver Cuaderno Nº 71). Es decir que no se utiliza un microorganismo para fabricar el antígeno, sino que el gen se introduce directamente en el individuo y las propias células del individuo sintetizan el antígeno que desencadena la respuesta inmune.
  
• Atenuada: se eliminan o inactivan selectivamente, mediante técnicas de ingeniería genética, los genes de virulencia de un agente infeccioso manteniendo la habilidad de provocar una respuesta inmune.

Fuente: http://www.arrakis.es/~ibrabida/vigmedici.html
La vacuna recombinante contiene proteínas (antígenos) del organismo patógeno, que fueron fabricadas en gran cantidad en el laboratorio, dentro de un organismo no patógeno (levaduras en este caso). Al inyectarla desencadena la respuesta inmune que eliminará al agente extraño portador de esa proteína extraña. Las estructuras verdes en forma de Y representan anticuerpos, proteínas específicas contra los antígenos que se fabrican durante la respuesta inmune.  

Vacunas comestibles

La posibilidad de expresar los antígenos en bacterias, levaduras, en células de animales, o en células de plantas, ha llevado a la idea de un nuevo tipo de inmunización: vacunas comestibles. La idea es desarrollar una manzana, una banana o un yogurt que posea como única diferencia con los productos que se consumen habitualmente la presencia de una proteína capaz de desencadenar la respuesta inmune. Esto podría solucionar un gran problema que enfrenta actualmente la vacunación a gran escala, que consiste en las dificultades de acceso, distribución y conservación de las vacunas cuando deben ser suministradas en lugares remotos. 
En el futuro las nuevas vacunas podrían producirse en plantas transgénicas. De hecho, hace ya algunos años que se producen diversos antígenos en plantas modificadas por ingeniería genética (ver esquema en Cuaderno Nº 74). El objetivo es producir ciertas proteínas inmunogénicas (antígenos) en las plantas y después usar el tejido vegetal como vacunas comestibles para seres humanos o en animales.
Se ha demostrado que esta idea es viable usando diversas proteínas bacterianas y virales. Los antígenos expresados en plantas transgénicas han inducido la respuesta inmune cuando fueron administrados tanto con inyecciones como por vía oral en animales de laboratorio. También dieron buenos resultados las pruebas clínicas realizadas en voluntarios humanos en las cuales los antígenos consumidos por vía oral a partir de tejido vegetal fueron capaces de inducir una importante respuesta inmune. Por esta razón se considera que las vacunas preparadas en plantas tienen un gran potencial (ver Cuaderno Nº 74).