Durante muchos años se ha estado tratando de desarrollar vacunas que puedan prevenir las enfermedades infecciosas y eventualmente erradicarlas. En contadas ocasiones se ha tenido éxito, como es el caso de la viruela, que el año recién pasado se dio ya por erradicada. En algunos países, como en Chile, se ha tenido éxito en erradicar la poliomelitis, pero estas son sólo excepciones y las enfermedades infecciosas continúan siendo la principal causa de muerte en el mundo. Parece ser que la ingeniería genética puede aportar una significativa contribución para fabricar vacunas más eficientes, más efectivas y con menos riesgos.

Las vacunas actúan estimulando el sistema inmune del huésped, el que fabrica anticuerpos contra los antígenos que ella aporta. Estos antígenos son macromoléculas que, generalmente, se encuentran en la superficie del agente infectante. La inmunización no es fácil de lograr, porque muchas veces diferentes cepas del mismo agente, tienen antígenos diferentes y la vacuna puede ser efectiva para una cepa y no para la otra y esa nueva cepa a pesar de la vacuna, produce la enfermedad.

En el sistema inmunológico del organismo, existen unas células sanguíneas, llamadas linfocitos T, que cuando detectan un antígeno extraño, inducen a otras células (linfocitos B) a producir anticuerpos que se unen al antígeno de los microorganismos y tratan así de destruirlos alterando su cubierta protectora. Los anticuerpos que producen estas células duran sólo algunas semanas, pero ellas quedan permanentemente programadas para reconocer a ese antígeno y producir anticuerpos frente a una nueva infección antes que los gérmenes logren desarrollares y multiplicarse.

La vacuna no hace otra cosa que introducir al organismo estos gérmenes atenuados o muertos o sólo parte de ellos, de modo que los linfocitos reaccionen, fabriquen anticuerpos y queden programados para su defensa. La mayor parte de las vacunas se fabrican inactivando o matando al germen, pero de eso nunca se puede estar seguro. Existe el peligro de que algunos de estos microorganismos sean aún peligrosos o aunque estando muertos, algunos de sus elementos puedan ser dañinos. Otras veces, algunos de estos microorganismos atenuados, pueden revertirse y hacerse virulentos de nuevo. Así, por ejemplo, la vacuna Sabin contra la poliomelitis, preparada con cepas de virus atenuadas, puede producir poliomelitis en uno de cada tres millones de niños vacunados. La vacuna contra la coqueluche, puede producir daño cerebral en uno de cada 300 mil niños vacunados. Ello podría considerarse como un riesgo calculado, ya que es mucho mayor el beneficio que produce, pero no lo ven así las industrias que producen las vacunas. Por la legislación de muchos países, especialmente EE.UU., esto cuesta millones de dólares por las demandas judiciales lo que ha llevado que muchas empresas dejen a un lado el rubro producción de vacunas.

Recientemente, los laboratorios Wyeth, dejaron de producirlas (junio 1984) y ya en EE.UU. quedan sólo dos empresas que las fabrican, por ejemplo, la vacuna triple (difteria, coqueluche y tétano). El Centro para el Control de Enfermedades Infecciosas de Atlanta (Georgia, EE.UU.), ha predicho que por este hecho, muy próximamente no habrá suficiente abastecimiento de vacunas en Estados Unidos.

Las vacunas convencionales presentan también otros problemas logísticos, especialmente en los países pobres. Ellos requieren de refrigeración para su mantención, y esos países norma]mente no poseen una adecuada red de frío para preservar esas vacunas y fácilmente se inactivan, especialmente en países tropicales.

La ingeniería genética puede eliminar estos riesgos, ya que por esta tecnología se puede aislar y purificar el antígeno de la bacteria o del virus e inyectarlo purificado. En este caso es imposible que se produzca la enfermedad, ya que no se utiliza el gérmen, sino que una determinada proteína de la superficie del agente patógeno. Por otra parte, al estar esos antígenos purificados, desaparece el riesgo de reacciones secundarias. Usar el antígeno aislado, es tan efectivo como usar el microorganismo entero y además, en muchos casos, no se requiere de refrigeración para su mantención.


Antígenos aislados

Los antígenos de neutralización son estructuras macromoleculares que generalmente están en la superficie del rnicroorganismo y son necesarios para infectar. Tal es el caso de los polisacáridos, que son polímeros de hidratos de carbono, que se encuentran en la superficie de los microorganismos. Las vacunas contra la meningitis tipo A y B y la vacuna contra el neumococo (neumonía) son de este tipo. Esta última, únicamente es efectiva en un 80%, debido no sólo a la existencia de diferentes cepas del neumococo, sino también como consecuencia de las modificaciones que ocurren a nivel de la estructura de los polisacáridos. La vacuna fabricada por Robert Austrian, de una Escuela de Medicina, de la Universidad de Pennsylvania, contiene sólo 14 antígenos, de las 83 cepas quo se conocen de neumococo. En la actualidad, el laboratorio Lederle, está fabricando otra vacuna que tiene 23 antígenos diferentes y que ya es efectiva en el 9O% de los casos.

La vacuna que utiliza polisacáridos aislados del microorganismo también se está fabricando para prevenir las infecciones que produce el estreptococo B, que causa alrededor del 40% de las meningitis del lactante. Dennis Kasper, de la Facultad de Medicina de la Universidad de Baylor, ha fabricado esta vacuna que ya se está ensayando en humanos. En ese caso la vacuna tiene que administrase a la madre, porque los lactantes contraen la infección en las primeras 24 horas de vida y, por lo tanto, no alcanzan a formar anticuerpos.

Muchas veces estos polisacáridos no son buenos antígenos y se hace necesario acoplarlos a otros antígenos. Tal es el caso de la meningitis tipo B. Carl Frash, microbiólogo de la Universidad de Stanford, ha observado que al combinar los polisacáridos con antígenos proteicos de la misma bacteria se logra una vacuna muy efectiva. Los primeros ensayos en 200 niños, así lo han demostrado. Otras veces se usan haptenos (un hapteno es un antígeno pequeño que no evoca una respuesta inmune), que se acoplan generalmente a proteínas que son moléculas más grandes que el antígeno y que juntos producen una buena reacción inmunológica. El hecho es que al unir el hapteno al portador, el organismo produce anticuerpos contra ambos, en buena cantidad. De este modo ya se ha fabricado una vacuna contra el Hemophilus influenza B, que produce meningitis a los lactantes.


Proteínas de contacto(PILI)

Otra posibilidad que se ha explorado, es el desarrollo de una vacuna no dependiente de agentes infecciosos, sino de una proteína específica del gérmen (o pili), a través de la cual los microorganismos se adhieren a las células (figura 1). Esta unión es esencial en la primera etapa de la infección. Si se logra producir un anticuerpo contra la proteína de estos pili, el gérmen no puede iniciar la infección. Prácticamente todas las bacterias patógenas tienen pili, de modo que se podría producir vacunas contra todas las bacterias que producen enfermedades en el hombre. El problema es como tener suficientes pili como para producir las vacunas.

Es aquí donde está siendo muy útil la ingeniería genética y la técnica del DNA recombinante. Previamente es necesario identificar el gen que produce la proteína del pili en la bacteria, separarlo y luego traspasarlo a la E. coli y clonarlo, siendo así capaz de producir la proteína en gran cantidad en un reactor industrial. Esta proteína sería la vacuna, que no tiene ningún riesgo y que no cambia en las distintas cepas de bacteria. Ya son muchos los Centros de Investigación que están trabajando en este sentido y se conocen los primeros resultados positivos en vacunas contra el cólera, la difteria y la tifoidea. Incluso ya está en ensayo clínico una vacuna para prevenir las caries dentales, donde juega un rol preponderante el Estreptococo mutans. En la Facultad de Medicina de la Universidad de Tennesse, se está trabajando en una vacuna para la enfermedad reumática. El año recién pasado, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, ha otorgado recursos económicos para trabajos en Vacunas contra la neumonía bacteriana, la tuberculosis y la clamidia.

Recientemente, un grupo de investigadores franceses dirigidos por André Capron, del Instituto Pasteur, ha comunicado la producción de una vacuna contra la S-chistosomiasis, un parásito que está afectando a más de 500 millones de personas. Ellos han separado un gen que codifica una proteína de la larva (28 K, llamada así porque la proteína tiene un peso molecular de 28000) y lo han clonado en E. coli.

Por un método muy semejante, ya se ha fabricado una vacuna contra la malaria, enfermedad que mata más de tres millones de personas al año. Los primeros ensayos clínicos han dado excelentes resultados y han sido recientemente presentados en Ginebra (1986). Por encargo de la Organización Mundial de la Salud, se está trabajando activamente en otras enfermedades tropicales, como la tripanosomiasis, la esquistosomiasis y la lepra.

Del mismo modo, la ingeniería genética está siendo una herramienta de gran utilidad en la preparación de vacunas contra enfermedades virales. Las vacunas convencionales usan virus atenuados que pueden revertir y volver a ser patógenos. Otras veces usan virus muertos, pero estas vacunas pueden provocar reacciones inmunológicas adversas o el ácido nucleico puede activar y ser nuevamente infeccioso.

En 1960, se descubrió que las reacciones imnunológicas que se producen en las infecciones por virus, son dependientes sólo de las proteínas de la superficie del virus siendo éstas las que producen la reacción inmunológica, que protege al huésped de futuras infecciones. De allí ha nacido la idea de usar a esas proteínas como vacuna, la que tendría la ventaja de que es imposible que produzca la enfermedad, además de su estabilidad.

Para lograr esto, lo primero es localizar el gen que en el virus codifica a esa proteína. Luego de localizado se extrae mediante enzimas de restricción y se introduce mediante un vector en un microorganismo, el cual a partir de ese gen, va a comenzar a producir la proteína en gran cantidad. Actualmente, en lugar de E. coli, se están utilizando levaduras, que tienen la propiedad de excretar la proteína al caldo de cultivo, lo que facilitaría su separación.

El avance en estos dos últimos años ha permitido simplificar los procedimientos técnicos. Por ejemplo, ya no es necesario sacar un gen específico del virus, dado que si se conoce la secuencia aminoacídica de la proteína, puede sintetizarse el gen correspondiente en una máquina automática que ya está disponible comercialmente. Es este DNA sintético, el que se introduce dentro de la levadura.

Por esta tecnología, los laboratorios Merck, Sharp and Domme de EE.UU. y SmiTh Kline de Bélgica, ya han lanzado al mercado la vacuna contra la hepatitis B. Así también, un grupo de investigadores dirigidos por Lynn Enquist, de Molecular Genetic de Minnetonka (EE.UU.), está trabajando activamente para producir vacunas contra el virus del Herpes, tipo I y II. El tipo II es el causante del herpes genital, una enfermedad crónica y prácticamente incurable, que ha alcanzado características epidémicas en USA (entre 20 a 30 millones de americanos la padecen y cada año aparecen 300 mil nuevos casos).

Todo parece predecir que en los próximos años serán muchas las vacunas antivirales que podrían estar disponibles. Ya mucho se ha avanzado en la fabricación de vacunas contra la influenza, la rabia, la encefalitis japonesa y fiebre aftosa.


Vacunas sintéticas

Los conocimientos y los procesos tecnológicos siguen avanzando y se está trabajando en producir vacunas sintéticas. Ellas se basan en el hecho, recién demostrado, que no es necesaria la proteína entera para producir la reacción inmunológica, sino que sólo una parte de ella es la realmente activa. Si se logra conocer cual es la parte activa, que generalmente se trata de un polipéptido de no más de 80 aminoácidos, éste se puede sintetizar, proceso que ya se ha mecanizado por medio de equipos que ya están en el mercado. Ya se ha podido comprobar esto, por lo menos con la hepatitis B y la fiebre aftosa. Los métodos han sido desarrollados independientemente por Richard Lerner del laboratorio Scripps, Louis Chedid, Director del Programa de Vacunas del Instituto Pasteur y Russell Doolittle, Director del Departamento de Química de la Universidad de California.

Para lograr esto, es necesario el siguiente procedimiento: aislar y cristalizar la proteína, calculando densidad electrónica por cristalografía de rayos X y determinar la secuencia aminoacídica, posteriormente, con estos datos, mediante un computador, se puede determinar la estructura tridimensional de la proteína. Con ello se conoce la forma en que la proteína se enrolla sobre sí misma. A partir de esto, se puede estudiar la capacidad antigénica de diversas zonas de la proteína aislada (polipéptidos). Posteriormente, cada trozo se puede sintetizar en el Sintetizador Automático de Polipéptidos.

Pero, según Lerner, no es necesario cristalizar la proteína, porque se trabaja con el DNA, que se corta en trozos por enzimas de restricción y en cada trozo se estudia la secuencia de bases. Desde mediados de 1986, ya está en el mercado la máquina automática que estudia la secuencia de bases en pocas horas. Cuando se conoce la secuencia de bases, es tarea más simple conocer la secuencia de aminoácidos, utilizando el código genético. Esta última información, se pone en el computador, que programa el Sintetizador Automático de Polipéptidos.

Este procedimiento es el que augura más posibilidades en la producción de vacunas, es de menos costo, rápido y fácil de producir. En cada caso es sólo asunto de trabajo rutinario de laboratorio, hasta llegar a conocer cual es en realidad el polipéptido antigénicamente activo. Este polipéptido se mezcla con un adyuvante, para estimular la reacción antigénica al usarse como vacuna. Para ello es fundamental encontrar el coadyuvante apropiado. Se conocen varios, como por ejemplo, la albúmina y la polilisina. Indudablemente pueden existir otros, por lo que es necesario ensayar.

Muy recientemente, en EE.UU., se han comenzado los ensayos en humanos de una vacuna sintética contra la malaria. Es la primera vacuna sintética que ya se está probando en el hombre. Fue desarrollada por Ruth Nussenzwerg, de la Universidad de Nueva York. El esporozoito del Plasmidiun falciporum (parásito causante de la malaria) está envuelto por una capa constituida por una simple proteína y por una secuencia de sólo cuatro aminoácidos que se repiten muchas veces. Por este motivo ha sido fácil sintetizarla. También se está estudiando una vacuna contra la lepra.


Utilización de virus y vacunas múltiples

Tal vez el método más promisorio por su sencillez y seguridad, sea el recientemente descrito por Moss y Paoletti, que utiliza como multiplicador, el virus vacuna. Este virus ya se utilizó en el siglo XVIII para fabricar vacunas contra la viruela, y desde entonces hasta ahora, ha sido estudiado extensamente, y se sabe que es absolutamente inocuo para el hombre. Por otra parte, es increíblemente adaptable y sobrevive en condiciones de sequedad y a altas temperaturas. Por todo ello, es que parece ser el mejor candidato para ser usado en los procesos de manipulación genética. Enzo Paoletti, bioquímico del Departamento de Salud del Estado de Nueva York, cree que es posible manipular su estructura genética por reemplazo de genes de otros virus los cuales al multiplicarse con estos genes agregados en el interior de una célula en cultivo, se producirían nuevos virus. Este virus, además de servir de vacuna contra la viruela, produce inmunidad contra el virus del gen que se agrega, constituyendo así una vacuna doble, perfecta y sin riesgo.

El proceso por el cual se consigue la formación de este nuevo virus, es en primer término, infectando una célula con el virus vacuna (figura 2). Por otra parte se construye un vector que contenga el gen extraño y un trozo de DNA del virus vacuna. Este nuevo vector se introduce por transformación a la célula, previamente infectada. Esto permite que en su interior se produzca una recombinación entre el vector y el DNA del virus vacuna. Luego, utilizando la maquinaria metabólica de la célula, este nuevo virus se multiplica con el nuevo gen extraño. Finalmente, los virus resultantes se recobran del medio de cultivo y ellos pasan a constituir una vacuna (figura 2).

Recientemente, con esta tecnología, Bernard Moss, virólogo del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (EE.UU.), ha conseguido introducir un gen de la malaria, al virus vacuna. Con el virus resultante han inmunizado animales, logrando la producción de anticuerpos contra la proteína de la malaria codificada por ese gen.

Según Paoletti, el virus vacuna podría aceptar el DNA no sólo de otro virus, sino que DNA de varios virus a la vez, con lo que se conseguiría producir vacunas contra diferentes enfermedades al mismo tiempo, produciendo así vacunas polivalentes.

En 1983, Paoletti y su colega Dennis Pericalli, anunciaron que habían producido tres vacunas, introduciendo genes de la influenza, hepatitis y herpes en diferentes virus vacuna. Con esta vacuna se inmunizaron ratas, que luego fueron expuestas al herpes simple tipo II. Todas las ratas previamente vacunadas sobrevivieron, mientras que todas las no vacunadas, fallecieron de encefalitis.

Posteriormente, los mismos autores, consiguieron introducir en el virus vacuna, cuatro genes de virus diferentes. Ellos creen que en el virus vacuna, hay espacio para introducir un número aún mayor de genes de virus distintos, sin alterar sus condiciones de replicación en la célula infectada. Se tendría entonces así una espectacular metodología para fabricar vacunas múltiples, que inmunizarla contra vanas enfermedades a la vez.


Modificación de gérmenes

Usando los principios de la ingeniería genética es posible también modificar al gérmen infeccioso, removiendo alguna porción de DNA que produce la enfermedad o consiguiendo alteraciones genéticas que lo llevan a su autodestrucción.

Es así como Tatsuo Yamamoto, microbiólogo de la Universidad de Juntendo (Japón), usando las técnicas de recombinante, ha variado la estructura génica de E. coli, en algunas cepas patógenas que producen diarrea. El nuevo bacterio resultante, puede crecer y producir reacción inmunológica, pero no produce diarrea, por que se ha extraído el trozo de DNA que codifica la toxina que produce la diarrea.

También se ha desarrollado una bacteria de la tifodea con un cambio genético, que hace que se autodestruya. Esta bacteria, desarrollada por René Germanier en el Instituto de Sueros y Vacunas de Berna (Suiza), se ha denominado Mutante Gal E. Tiene la propiedad de que absorbe gran cantidad de galactosa, tanta que no la puede metabolizar. Cuando la vacuna se da por vía oral, el gérmen comienza a crecer en el intestino y produce la reacción inmunológica, antes que pueda producir su toxina, muere, intoxicado por la galactosa. Ya se han hecho ensayos en Egipto, demostrando una alta efectividad. En la actualidad se está ensayando en Chile, sin embargo su eficiencia ha sido menor, pero aún así inmuniza al 70% de los que la reciben.

Otro grupo, encabezado por Samuel Formal del Instituto Walter Reed del Ejército de EE.UU., ha desarrollado una vacuna bivalente que protege no sólo contra la tifoidea, sino también contra la disentería producida por la Shigella. Para este fin se ha utilizado la Salmonella descrita por Germanier, a la cual se le incorporan genes que regulan la capacidad invasora de la Shigella. Estos genes están en un plasmidio de alto peso molecular de la Shigella y se introducen a la cepa utilizada como vacuna de la tifoidea. Se obtiene así un híbrido que elabora proteínas de membrana tanto para la Salmonella typhi como para la Shigella. Los ensayos en voluntarios han sido exitosos y en un futuro cercano se iniciarán ensayos en Chile auspiciados por la Organización Mundial de la Salud.

Dentro de este capítulo del desarrollo de vacunas cabe destacar los esfuerzos que científicos de varios países efectúan para lograr una vacuna contra el SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida). Una de las barreras más importantes en la obtención de una vacuna contra el SIDA está en la reticencia de los investigadores a usar preparaciones que utilicen el virus completo, como en el caso de las vacunas contra la rabia o la polio o donde se usan partículas virales enteras o atenuadas. Varios laboratorios de investigación trabajan actualmente en el desarrollo de una vacuna utilizando subunidades del virus del SIDA (pedazo de una proteína viral o una combinación de proteínas), con este objeto están usando una variedad de enfoques experimentales. Así, un grupo trabaja utilizando ingeniería genética de ciertos tipos celulares que logra expresar alguna proteína viral. Otro grupo ha insertado el gen de la proteína exterior del virus en el genomomio de otros virus como vehículo. Otro enfoque involucra la síntesis química de un pequeño péptido de la proteína del SIDA. Utilizando la primera de estas técnicas los laboratorios de Genetech de EE.UU., han logrado que una célula de mamífero que sintetice la glicoproteína viral (gp 130), la cual produce, cuando se infectan animales, anticuerpos que los protegen contra el virus. Este y otros resultados hacen pensar que pronto tendremos una vacuna contra el SIDA. Luego vendrá el largo proceso de ensayarla para demostrar efectividad e inocuidad para los seres humanos.


Vacuna contra el embarazo

Hasta ahora las vacunas habían servido para prevenir enfermedades infecciosas, pero ahora se abre un capítulo interesante con el desarrollo de vacunas para espaciar deliberadamente los nacimientos. Uno de los problemas del mundo actual es el explosivo crecimiento de la población mundial, especialmente en los países subdesarrollados. Una de las formas de disminuir esa explosión demográfica, es contar con un anticonceptivo seguro, que se administre una sola vez y que produzca un largo período de esterilidad. Esto es lo que está persiguiendo con esta vacuna en que bastaría una inyección para producir un período de esterilidad, de por lo menos un año.

Vernon Stevens y cols., de la Facultad de Medicina de la Universidad de Ohio (EE.UU.), desarrollaron una vacuna anti gonadotrofina coriónica (hCG), que ya la Organización Mundial de la Salud, está ensayando en Adelaida (Australia) y que de ser exitosa, se utilizará en China y en la India.

Normalmente, las células que rodean el huevo fecundado, producen la hormona gonadotrofina coriónica, que es un polipéptido formando por dos subunidades. Esta hormona estimula al ovario para que produzca progesterona, esteroide que ayuda a mantener el desarrollo del embarazo (figura 3).

La nueva vacuna, es la subunidad B de la gonadotrofina coriónica, unida a una proteína. Al inyectarla en la mujer en edad fértil, su sistema inmune produce anticuerpos contra la gonadotrofina coriónica, los que se unen a las células superficiales del huevo fecundado, impidiendo que éste se implante en el útero. Si a pesar de ello, el huevo todavía produce gonadotrofina coriónica, el anticuerpo se une a él en la sangre, lo que impide que la gonadotrofina coriónica llegue a estimular el ovario para que produzca progesterona (figura 3).


Conclusiones

Las nuevas tecnologías que permiten manipular el DNA, están abriendo una enorme posibilidad en la lucha contra las enfermedades infecciosas del mundo. No cabe duda que estos nuevos conocimientos, podrían en el futuro, prevenir la mayoría de las enfermedades infecciosas de la tierra. Sin embargo, hay problemas de otra naturaleza que hacen difícil este objetivo. Los países desarrollados disponen de los medios y estructuras suficientes coma para llegar a implementar todos estos conocimientos. No sucede lo mismo en el mundo subdesarrollado, que suma dos tercios de la población total: no tienen los medios, ni las estructuras.

El hecho es trágico, porque aún cuando una vacuna costara un dólar, todavía estará lejos de su alcance. Hay que considerar, además, que en una campaña permanente de vacunación, los costos de la vacuna, tal vez sea lo que menos incida, siendo mucho más importantes los costos de las estructuras de salud, que aseguren una eficiencia y cobertura amplia. Una vez más el hombre habría conseguido nuevos conocimientos, pero una vez más es incapaz de implementarlos para que beneficie por igual a toda la humanidad.