Las vacunas actuales contra COVID-19

La pandemia de COVID-19 causada por el virus SARS-CoV-2 es un reto mayúsculo para todo el mundo. Aunque los hospitales son la primera línea de defensa para atender a los enfermos, la ciencia y la tecnología son las herramientas más eficaces para eliminar la pandemia.

Las instituciones mexicanas de investigación como el IPICYT involucraron inmediatamente a su personal científico y técnico, infraestructura e instalaciones para el diagnóstico de los enfermos de COVID-19 y sus contactos, y facilitaron sus equipos para almacenar las vacunas de ARN que requieren ultracongelación. Además, haciendo acopio de su capital intelectual, han formulado proyectos para desarrollar soluciones propias que incluyen nuevos métodos de diagnóstico y vacunas.

Las estrategias para generar vacunas derivan del conocimiento científico sobre los agentes infecciosos y sus mecanismos para producir enfermedad. La eficacia de las vacunas depende de que los componentes de los agentes infecciosos que las componen sean reconocidos como extraños (antígenos) e induzcan respuestas inmunitarias protectoras.

Las principales estrategias actuales para generar vacunas contra las enfermedades virales se basan en 1) material genético que codifica proteínas antigénicas sintetizadas en las células de los individuos vacunados, 2) virus vivos atenuados o inactivados, que funcionan directamente como antígenos y 3) proteínas antigénicas recombinantes.

Dogma central de la biología molecular

La supervivencia y reproducción de los seres vivos depende de tres grupos de macromoléculas lineales: el ácido desoxirribonucleico (ADN), el ácido ribonucleico (ARN) y las proteínas. El ADN y el ARN contienen la información genética para sintetizar las proteínas. Las unidades moleculares del ADN se llaman desoxirribonucleótidos y están formadas por cuatro bases llamadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Las unidades del ARN se llaman ribonucleótidos y contienen A, G y C, pero uridina (U) en lugar de T. La información genética es dada por la secuencia de las bases. Las proteínas son cadenas lineales constituidas por 20 aminoácidos, cuya secuencia determina su plegamiento y la estructura tridimensional que les confiere actividad biológica. La síntesis de proteínas se lleva a cabo mediante la traducción secuencial de “palabras” de tres letras (tripletes) del ARN, que codifican los aminoácidos.

El flujo de la información genética para replicar el ADN, transcribir el ARN y traducir las proteínas se conoce como el “dogma central” de la biología molecular. En la imagen que sigue, las flechas indican que la información genética fluye de los ácidos nucleicos a las proteínas. Es decir, que a partir de la secuencia de los ácidos nucleicos pueden sintetizarse proteínas, pero no a la inversa.

El virus SARS-CoV-2

El material genético de los virus es ADN o ARN. Los de ADN codifican las proteínas para su propia replicación o utilizan el sistema de replicación del ADN de las células que infectan. Los de ARN codifican las proteínas necesarias para su propia replicación.

El SARS-CoV-2 es un virus de RNA de cadena sencilla y polaridad positiva (+) que se replica a través de un intermediario de cadena doble (+/-) y se traduce para sintetizar las proteínas de los viriones (partículas virales), entre las que sobresale la proteína S (espícula) de la superficie, que induce inmunidad protectora contra la enfermedad.

Vacunas de ARN y ADN

Las vacunas de ARN consisten en una hebra con información para que las células humanas produzcan la proteína S. Este ARN es sintético y está recubierto de microcápsulas de grasa para que pueda entrar a las células humanas. Tiene una vida muy corta dentro y fuera del organismo y para conservarlo requiere temperaturas de 20 a 80°C. Se consideraba esta característica como limitante para su distribución en México. Sin embargo, el IPICYT, otros centros de investigación y universidades cuentan con el equipo necesario, por lo cual pueden funcionar como centros de acopio y vacunación contra el coronavirus.

Algunas personas temen a estas vacunas porque piensan que alteran el material genético humano. Sin embargo, el ARN es inestable y no permanece más allá de unos segundos a temperatura ambiente y no tiene que entrar al núcleo para traducirse y surtir efecto. El inconveniente de esta tecnología es que requiere maquinaria de síntesis química de gran escala, está protegida por patentes y quizá es la opción más costosa. La rapidez de producción de las vacunas de ARN las hace idóneas para reformularlas o modificarlas rápidamente si surgen cepas con cambios en su composición.

Las vacunas de ADN son parecidas, pero la hebra utilizada se transcribe como ARN en las células humanas y luego se traduce en la proteína S, que es propiamente la vacuna. Tienen la ventaja de que el ADN es más estable, puede producirse rápidamente en bacterias a bajo costo y no requiere congeladores especiales para conservarlo.

Por ser una estrategia novedosa, también existen temores de que el ADN introducido altere los genes humanos. Esta situación está considerada en el diseño, pues el ADN vacunal carece de la información necesaria para su replicación. Por otra parte, las células humanas transformadas por este ADN viven solamente unos días y son reemplazadas por células nuevas carentes del ADN foráneo.

Dado el éxito de las vacunas de ARN, en el futuro cercano las vacunas de ADN podrían ser una mejor opción por baratas y estables. En México es factible desarrollarlas, incluso en centros de investigación como el IPICYT.

Virus atenuados o inactivados

Consisten en partículas virales producidas en cultivos de células animales que luego son inactivadas para que no se repliquen ni causen enfermedad, pero mantengan la capacidad de inducir inmunidad. Esta estrategia está siendo implementada en China y Brasil. Las vacunas de virus atenuados se utilizan desde hace décadas contra poliomielitis, sarampión, paperas, rubéola e influenza y otras enfermedades. Su producción requiere infraestructura e instalaciones de máxima seguridad para evitar fugas accidentales de los virus, por lo cual no parecen ser una opción adecuada para México.

Vectores virales

Estas vacunas utilizan adenovirus y virus adeno-asociados que ocasionan infecciones respiratorias leves. Los vectores virales se modifican en el laboratorio para que contengan antígenos del coronavirus y no causen enfermedad. Son propagados en células animales por diversas empresas internacionales y se ha confirmado su utilidad contra COVID-19, ébola y otras enfermedades virales graves.

Una variante de estas vacunas son las seudopartículas virales, como las que se usan contra el virus del papiloma humano, que carecen de material genético y no causan enfermedad. Para generarlas se requieren empresas biotecnológicas muy especializadas que ya existen en México. Sin embargo, la conversión de las empresas actuales para producir vacunas anti-COVID-19 requiere inversiones difíciles de conseguir.

Vacunas de proteínas recombinantes

Estas vacunas, formuladas con proteínas o fragmentos de proteínas antigénicas del coronavirus, son producidas en Escherichia coli. Esta bacteria del tracto intestinal de los humanos es la que más utilizada para producir vacunas y medicamentos biológicos, como la vacuna contra la hepatitis B y medicamentos contra el cáncer. Esta forma de producción es conocida, rápida y fácil de implementar, por lo que gran cantidad de instituciones nacionales e internacionales, incluido el IPICYT, están trabajando en ella.

Para generar vacunas por esta vía se inserta un fragmento del material genético del coronavirus que codifica la proteína S en el cromosoma de la bacteria, la cual se propaga en el laboratorio en reactores especiales. La proteína S producida es luego purificada y acondicionada para formular la vacuna.

Estas son las principales opciones actuales para la producción masiva de vacunas contra COVID-19. En el futuro cercano seguramente surgirán vacunas producidas en levaduras, plantas y microalgas.

Para que México sea autosuficiente en la producción de vacunas es fundamental que nuestras instituciones de investigación y desarrollo estén preparadas, pero también que las empresas y las autoridades gubernamentales se decidan a apoyar la ciencia orientada para este propósito.

*Los doctores Antonio De León Rodríguez y Rubén López Revilla, son investigadores de la División de Biología Molecular del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, A.C. (IPICYT).