Muestra de la infección viral y la producción de vacunas

David Prentice, Ph.D., Tara Sander Lee, Ph.D.   

Primera edición. Charlotte Loizer Institute On Science. Para ver el documento en PDF diríjase a: A Visual Aid to Viral Infection and Vaccine Production

 

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Actualizado en noviembre de 2020

 

Introduccción

 

Como resultado de la rápida propagación del nuevo coronavirus, técnicamente conocido como SARS-CoV-2, los gobiernos de Estados Unidos y de otros paises han pasado por varios intentos fallidos en la producción de una vacuna efectiva contra esta enfermedad que se transmite tan rápidamente.  Ha surgido una selección de candidatos para esta vacuna  y se encuentran en distintas etapas de desarrollo y de prueba.  Al mismo tiempo, se han manifestado otras preguntas acerca de la manera en la cual estas vacunas son producidas; inlcuyendo los procesos sobre los cuales millones de americanos tienen objeciones en material moral.  Hoy en día, la variedad de medios utilizados para producir vacunas es inmensa; en algunos casos son éticament lícitas, mientras que en otros los procedimientos que utilizan son questionables.  Para ayudar a la comprensión de estos modos de producción, ofrecemos una guía básica respecto a la ciencia involucrada.

 

 

La célula humana

 

Desde el primer momento de la fecundación del óvulo y subsecuente desarrollo del embrión, cada ser humano consta de un código genético (o genoma) único, formado por ácido desoxirribonucléico (ADN).  Esta información genética está cargada con una cierta organización de coromosomas, numerados del 1 al 22 más los cromosomas que definen el género X y/o Y, y están almacenados en el núcleo de cada célula humana.

 

 

El ADN consiste en cuatro nucleótidos distintos (A, G, C, T) que se conectan en una misma línea y crean una secuencia.  El ADN es normalmente hallado como una molécula de doble línea en la cual dos líneas independientes de ADN se enrrollan una al rededor de la otra formando una doble hélice y cada nucleótido de la línea forma un par con el nucleótido de la otra línea.

 

De la misma manera que las letras del alfabeto se combinan para crear un sinnúmero de palabras y frases para comunicarse, así sucede con el ADN.  Los cuatro nucleótidos se combinan de diferentes maneras para crear varias secuencias, llamadas genes, que son unidades fundamentales de información genética que proporcionan instrucciones específicas para una propiedad o función particular dentro de la célula.

 

El ADN es la copia original de la información genética, pero el ADN no se utiliza como fuente directa de instrucciones en la célula.  Sino que, el ADN envía la información genética a través de la célula en forma de ácido ribonucleico mensajero (ARNm). El ARNm es una secuencia de ácido nucléico que es complementaria a la cadena patrón de ADN, pero ligeramente diferente a nivel químico.  El proceso por el cual el ADN transfiere información al ARNm se llama transcripción.  Como tal, los genes pueden ser activados y desactivados, y los mensajes enviados y entregados en toda la célula de una manera muy precisa.

 

 Una vez que se genera el ARNm, la información que lleva debe ser convertida de un idioma a otro.  El “lenguaje” del ARNm que utiliza ácido nucléico, o código genético, se traduce a un “lenguaje” proteínico que utiliza aminoácidos.  Este mecanismo de producir proteína usando la información proporcionada por el ARNm se llama traducción.  Por cada tres bases nucleótidas de ARNm (llamadas codón) que se traducen, un aminoácido se posiciona en la secuencia de la proteína.  La secuencia de ARNm traducida codificará para una proteína que consiste en varios aminoácidos ensartados como perlas en un collar. El producto proteínico final creado se pliega en una estructura tridimensional y lleva a cabo su función y propósito específicos dentro de la célula.

 

Infección viral de la célula humana

 

Un virus infecta al huésped y se apropia de la maquinaria celular como un parásito para replicarse (hacer más partículas de virus) e infectar más células huésped.  El genoma viral (ADN o ARN) entra en una célula humana, replica más secuencia de ADN y/o ARN, y luego utiliza la maquinaria de la célula para fabricar proteína viral, de modo que se puedan ensamblar más partículas virales y liberarlas en el huésped

 

Los coronavirus (CoV) son una gran familia de virus de ARN de cadena simple (de unos 30 kilobases de longitud) con aspecto de corona debido a la presencia de glicoproteinas con superficie de pico en la envoltura que rodea al genoma viral. Estos virus pueden atravesar las barreras de las especies y causar, en los seres humanos, enfermedades que van desde el resfriado común hasta enfermedades respiratorias más graves como el síndrome respiratorio del Oriente Medio (MERS-CoV) y el síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV).  Un nuevo virus del SARS-CoV-2 perteneciente a la familia de los coronavirus causa una nueva enfermedad identificada por primera vez en Wuhan, CHINA, a finales de 2019, llamada COVID-19.

 

El primer paso de la infección viral del SARS-CoV-2 consiste en la unión de la proteína de pico del coronavirus al receptor de entrada de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2) en la célula huésped.  Una vez dentro de la célula anfitriona, la secuencia de ARNm del genoma del SARS-CoV-2 codificará varias proteínas, incluyendo la glicoproteína de superficie de pico.  Por este mecanismo, el virus puede producir  más partículas virulentas para infectar otras células huésped.

 

 

Desarrollo de la vacuna viral

 

Actualmente se utilizan cinco estrategias principales para desarrollar una vacuna contra esta amenazante  enfermedad recientemente conocida, el coronavirus SARS-CoV-2 que causa el COVID-19.   Varias empresas de biotecnología, organizaciones académicas y empresas farmacéuticas están empleando estas diferentes tecnologías en la competencia por llevar su propuesta de vacuna a los ensayos clínicos.

 

La Organización Mundial de la Salud (OMS) espera que la vacuna esté disponible para octubre de 2021. Una vez desarrollada con seguridad y eficacia comprobadas, las vacunas se inyectan en los seres humanos, para provocar una respuesta inmunológica que incluye la formación de anticuerpos así como células de memoria inmunológica.  Cuando una persona se infecta con el patógeno real, la respuesta inmunológica recordará el propósito y atacará para prevenir la infección de la célula huésped.  A continuación se presenta una breve descripción y una sencilla ilustración de cada estrategia.

 

 

 

 I. Vacunas atenuadas / inactivadas

 

Como parte del proceso de fabricación, este tipo de vacuna se produce mediante el cultivo de grandes cantidades de todo el virión en un entorno controlado de laboratorio.  Se “mata” (inactiva), “atenúa” (debilita) todo el virus del SARS-CoV-2, o se sintetiza una versión recodificada del virus que es menos agresiva.  Esta técnica requiere que las células produzcan grandes cantidades de la vacuna viral.  Se utilizan líneas celulares humanas cultivadas de fetos abortados (por ejemplo, PER.c6, HEK293) o alternativas éticas (por ejemplo, K562, sangre del cordón umbilical, placenta). También se dispone de líneas celulares animales (por ejemplo, células de mono Vero, células de hamster CHO, células de insecto Sf9, etc.).  Los huevos de gallina embrionados también se utilizan para algunas vacunas.  Una vez que se inyecta la vacuna, la vacuna viral atenuada o inactivada se replica en el interior de la célula, se libera en el cuerpo y es reconocida como extraña por el sistema inmunológico, y se genera una respuesta inmunológica. Las vacunas atenuadas o inactivadas son infecciosas.  Hay vacunas humanas existentes y autorizadas que utilizan esta misma plataforma.

 

 

II. Vacuna basada en el vector viral

 

Esta técnica utiliza un sistema vectorial de virus genéticamente modificado (por ejemplo, adenovirus, sarampión, VSV) que llevará un gen que codifica para un objetivo viral del SARS-CoV-2, a menudo la proteína de superficie de pico (S).  Las líneas celulares humanas cultivadas (por ejemplo, PER.c6, HEK293) se utilizan como “fábricas” para producir grandes cantidades de los virus diseñados.  Alternativamente, también pueden utilizarse líneas celulares animales (por ejemplo, células de mono Vero, células de hámster CHO, células de insecto Sf9, etc.).  Una vez inyectada, la vacuna basada en el vector viral entra en la célula huésped y el ADN viral modificado se transcribe en el ARNm utilizando la maquinaria del vector viral (replicación) o la maquinaria de la célula huésped (replicación deficiente).  El ARNm es entonces traducido por la maquinaria de la célula huésped a la proteína de pico del SARS-CoV-2, que se libera de la célula.  La inmunidad vectorial preexistente podría afectar negativamente a la eficacia de la vacuna dependiendo del vector elegido (por ejemplo, de una infección previa por adenovirus).  Las vacunas virales basadas en vectores no son infecciosas.  Existe una vacuna humana autorizada que utiliza esta misma plataforma.

 

 

III. Vacuna a base de proteina

 

La vacuna consiste únicamente en una proteína, como la proteína de pico viral, que se sintetiza y se produce mediante técnicas de genética recombinante en el laboratorio, en las que una parte de la proteína (o subunidad) se produce sola, sin necesidad de todo el patógeno infeccioso en crecimiento.  Para hacer una proteína recombinante o “sintética”, se combina la codificación del ADN de una región del virus (por ejemplo, el pico) con un plásmido que ayudará a transportar las instrucciones del ADN para hacer la proteína viral. Se utiliza una línea de células huésped para producir rápidamente la proteína. Esta proteína se cultiva a granel, se recoge, se purifica, se combina con un adyuvante para mejorar la respuesta inmunológica y luego se empaqueta como una vacuna recombinante.  Para producir la proteína se utilizan comúnmente líneas celulares humanas o animales cultivadas, así como huevos de gallina fertilizados.  Las vacunas basadas en proteínas no son infecciosas.  Existen vacunas humanas licenciadas que utilizan esta plataforma.

 

 

 

IV. Vacuna de ADN

 

Se sintetiza un plásmido que lleva el gen de pico que codificará la proteína de pico del SARS-CoV-2.  El ADN se sintetiza química o enzimáticamente en el laboratorio, sin el uso de células.  El plásmido entra en el núcleo de la célula huésped.  El ADN se transcribe en ARNm, el ARNm se traduce para producir la proteína de superficie SARS-CoV-2, y se libera la proteína de superficie SARS-CoV-2.  Las vacunas de ADN no son infecciosas.  Esta tecnología es nueva y actualmente no existen vacunas humanas con licencia que utilicen esta platafoma.

 

 

V. Vacuna de ARN

 

Las vacunas de ARN utilizan ARNm que lleva el código de la proteína de pico del SARS-CoV-2.  Estas vacunas pueden ser construcciones de ARNm no replicables o construcciones de ARNm auto-amplificables, capaces de dirigir la amplificación del ARNm intracelular.  El ARNm se sintetiza química o enzimáticamente en el laboratorio, sin el uso de células.  Las nanopartículas lipídicas encapsulan las construcciones de ARNm para protegerlas de la degradación y promover la absorción celular. Este es un sistema libre de células. Las vacunas de ARNm no son infecciosas.  Esta tecnología es nueva y actualmente no existen vacunas humanas con licencia que utilicen esta plataforma, pero los estudios muestran que pueden provocar inmunidad contra la gripe, el Zika, la rabia y el coronavirus.

 

 

 

 

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