Obtención de vacunas mediante ingeniería genética




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títuloObtención de vacunas mediante ingeniería genética
fecha de publicación21.01.2016
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OBTENCIÓN DE VACUNAS MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA
INTRODUCCIÓN

Durante el presente siglo, mucho se ha avanzado en el tratamiento de las enfermedades infecciosas, pero poco en su prevención. Aún hoy son numerosas las enfermedades infecciosas que afectan a cientos de millones de seres humanos, y que son causa de elevadas tasas de mortalidad. Aún en los países desarrollados, las enfermedades infecciosas son causa importante de mortalidad, sólo superadas por las enfermedades cardiovasculares y cáncer.

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 se dio ya por erradicada. En algunos países, como en Chile, se ha tenido éxito en erradicar la poliomielitis, 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 poliomielitis, preparada con cepas de virus atenuadas, puede producir poliomielitis 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. 

OBJETIVOS


  • Dar a conocer a nuestros compañeros lo investigado sobre la obtención de vacunas mediante ingeniería genética, que sepan cómo funciona y como se ha logrado obtener estas.



MARCO TEÓRICO


  1. INGENIERÍA GENÉTICA.


La ingeniería genética es una parte de la biotecnología que se basa en la manipulación genética de organismos con un propósito predeterminado, aprovechable por el hombre: se trata de aislar el gen que produce la sustancia e introducirlo en otro ser vivo que sea más sencillo de manipular. Lo que se consigue es modificar las características hereditarias de un organismo de una forma dirigida por el hombre, alterando su material genético.

El proceso puede utilizarse ya en bacterias y en células eucariotas vegetales o animales.

Una vez adicionada o modificada la carga cromosómica, el organismo en cuestión sintetiza la proteína deseada y el aumento del rendimiento de la producción puede obtenerse mediante el aumento en la población portadora. Las bases de la ingeniería genética han consistido en resolver el problema de la localización e inserción de genes y la multiplicación redituable de las factorías logradas.

Las técnicas utilizadas por la ingeniería genética son varias, y cada una atiende un aspecto de la tarea de preparación y solución de los problemas específicos de esta tecnología, sin embargo muchas de ellas ha tenido éxito en otros campos tecnocientíficos.



    1. APLICACIONES DE LA INGENIERÍA GENÉTICA


La aplicación de las técnicas utilizadas por la Ingeniería Genética ha permitido elevar la calidad de vida del ser humano. Los organismos transgénicos9 han pasado a ocupar una posición central en la biotecnología moderna, porque permiten hacer modificaciones muy específicas del genoma que vale la pena analizar con detalle, debido a sus importantes aplicaciones presentes y futuras.



  • Obtención de proteínas de interés médico y económico.

  • Antibióticos.

  • Enzimas.

  • Hormonas: insulina, hormona del crecimiento, eritropoyetina10.

  • Vacunas.

  • Proteínas sanguíneas: seroalbúmina11, factores de coagulación.




  • Mejora genética de vegetales y animales para obtener una mayor producción y mejor calidad nutricional

Con el mejoramiento genético de los vegetales, se espera conseguir:


  • Mayor adaptación a diversos ambientes.

  • Mejores características agronómicas (resistencia, desgrane, buena cobertura, etc.).

  • Resistencia a plagas y enfermedades.

  • Resistencia a la sequía, temperaturas bajas o altas, etc.

  • Para incrementar la calidad de los productos se persigue:

  • Alto valor nutritivo (proteínas y vitaminas).

  • Mayor coloración, sabor y/o tamaño de los frutos.

  • Resistencia al transporte y almacenamiento.

  • Reducción de la cantidad de ciertas sustancias indeseables en los productos, etc.



  • Obtención de plantas clónicas para cultivos

La clonación de vegetales en un proceso técnicamente sencillo debido a que los vegetales tienen la capacidad de generar (en condiciones muy especiales) todo un organismo completo a partir de pocas células completamente diferenciadas. Los pasos a seguir para la obtención de plantas clónicas son:

  • Se aíslan una o diversas células de cualquier parte de la planta (especialmente las hojas).

  • Se cultivan en el laboratorio las células hasta que se desarrolla una planta adulta.

  • Obtención de animales y vegetales transgénicos




  1. Animales:




  • Obtención de órganos animales (cerdos) con genes humanos para no ser rechazados en trasplantes.

  • Animales con carnes y huevos con menos colesterol y grasas.

  • Pollos sin plumas.




  1. Vegetales:




  • Resistentes a insectos: maíz y algodón con un gen que produce una toxina para orugas y escarabajos

  • Resistentes a herbicidas: soja, algodón, maíz, resisten a altas concentraciones de herbicidas que se echan en los campos para erradicar malas hierbas.

  • Resistentes a condiciones ambientales: frío, sequía, alta salinidad, etc.




  • Biodegradación de residuos

Clonación de genes bacterianos productores de enzimas que degradan sustancias tóxicas o contaminantes (tratamiento de aguas residuales, transformación de desechos domésticos, degradación de residuos peligrosos y fabricación de compuestos biodegradables...), regeneran suelos y aguas contaminadas, etc.


  • Secuenciación de ADN

Secuenciar ADNs es analizar la composición de un fragmento de ADN para saber qué genes tiene y qué producen esos genes; esto es lo que se está haciendo en el Proyecto Genoma Humano.


  • Terapias génicas

Consisten en manipular genéticamente células enfermas para que ellas mismas puedan producir las proteínas cuya falta o mal funcionamiento provoca la enfermedad: con la ayuda de un vector adecuado se introduce el gen correcto y se integra en el ADN de la célula enferma
Las enfermedades hereditarias provocadas por la carencia de una enzima o proteína son las más idóneas para estos tratamientos. Pero también aquellas en las que no importa demasiado el control preciso y riguroso de los niveles de la proteína cuya producción se pretende inducir mediante manipulación genética. Se trata normalmente de enfermedades monogénicas, originadas por la alteración de un único gen recesivo anómalo y en las que basta la mera presencia del producto génico para corregir el defecto.
Una de las principales vías de investigación actuales es la de marcar genéticamente a las células tumorales de un cáncer para que el organismo las reconozca como extrañas y pueda luchar contra ellas.



  • Cáncer: melanoma, riñón, ovario, colon, leucemia, pulmón, hígado, próstata

  • Fibrosis quística

  • Hipercolesterolemia

  • Hemofilia

  • Artritis reumática

  • Diabetes

  • SIDA




    1. VENTAJAS E INCONVENIENTES




  • Ventajas


El principal avance de la Ingeniería Genética consiste en la capacidad para crear especies nuevas a partir de la combinación de genes de varias existentes, combinando también por lo tanto sus características. Cultivos con genes de insectos para que desarrollen toxinas insecticidas o tomates con genes de pez para retrasar la marchitación, han dejado hace tiempo de ser ciencia-ficción para constituir una realidad en nuestros días.
Permitir el cultivo de hortalizas en áreas desérticas hasta ahora estériles o aumentar el tamaño de los frutos cultivados son algunos de los adelantos que la utilización de este tipo de técnicas puede aportar a la Humanidad, con los logros que supone hacia la erradicación del hambre en el Mundo. Lo que no se ha definido todavía es cómo compatibilizar estos objetivos con los intereses económicos de las empresas de biotecnología que los desarrollan.
Gracias a la ingeniería genética, los científicos pueden hacer ciertas combinaciones entre genes de diferentes especies, para así solucionar problemas y mejorar el rendimiento económico-comercial de las explotaciones.

Se pueden buscar curas a enfermedades genéticas para que las nuevas generaciones nazcan más sanas.
Al tomate por ejemplo se le ponen genes antisentido (en sentido inverso a un gen concreto) para así retrasar el proceso de reblandecimiento.

Gracias a esto, la ciencia ha conseguido que se cultiven plantas con mayor tolerancia a la sequía o protegidos frente a virus.
En algunos cultivos, se han puesto genes de bacterias para que desarrollen proteínas insecticidas y reducir el empleo de insecticidas.
También se pueden insertar genes humanos responsables de la producción de insulina en células bacterianas para obtener insulina de gran calidad a bajo coste.
Estas células pueden producir mucha cantidad ya que se reproducen a una gran velocidad.


  • Inconvenientes


Los expertos advierten que detrás de estas mejoras y nuevas aplicaciones se esconden también riesgos y peligros de notable importancia.
Como sucede siempre, las desventajas provienen o pueden proceder del mal uso de las técnicas mencionadas, lo cual es motivo de preocupación por los riesgos e implicaciones que pueden derivarse. A ello ha dado respuesta el Comité Internacional de Bioética de la Unesco fijando unos objetivos que pueden concretarse en dos:


  • Evitar aspectos del progreso que atenten contra la dignidad humana.

  • Que las posibilidades científicas no generen peligrosidad por falta de definiciones éticas.


Los criterios para evitar dichos inconvenientes establecen una serie de limitaciones por motivos ecológicos, sanitarios, morales, sociales, políticos... y en concreto se trata sobre todo de la salvaguarda de la dignidad y los derechos humanos, de no dar posibilidad a la discriminación social ni ideológica de evitar desastres ecológicos y de impedir el desarrollo o aparición de enfermedades que pudieran ser incontrolables.
Uno de estos peligros es el hecho de que detrás de los proyectos de manipulación genética están las compañías multinacionales muy preocupadas por el interés económico.
También pueden “contaminar” otras plantas no transgénicas.
Pueden llegar a ser cancerígenas en el caso de ser consumidos por sujetos proclives o en un estado inmunológico deficiente. No obstante esto es una hipótesis pero que muchos médicos que están en contra de los alimentos transgénicos lo afirman.
Puede producir alergias, algo que preocupa mucho a los productores de estos alimentos. Puede ser debida al material genético transferido, a la formación inesperada de un alérgeno o a la falta de información sobre la proteína que codifica el gen insertado.


  1. LAS VACUNAS


La vacuna es un preparado de antígenos que una vez dentro del organismo provoca la producción de anticuerpos y con ello una respuesta de defensa ante microorganismos patógenos. Esta respuesta genera, en algunos casos, cierta memoria inmunitaria produciendo inmunidad transitoria frente al ataque patógeno correspondiente.



    1. CLASIFICACIÓN

Las vacunas se clasifican en dos grandes grupos:

  • Vacunas vivas atenuadas.

  • Vacunas inactivadas.

Existen varios métodos de obtención:

  • Vacunas avirulentas preparadas a partir de formas no peligrosas del microorganismo patógeno.

  • Vacunas posificadas a partir de organismos muertos o inactivos.

  • Antígenos purificados.

  • Vacunas genéticas.

Las vacunas se administran por medio de una inyección, o por vía oral (tanto con líquidos como con pastillas).

    1. CRONOLOGÍA DE LAS VACUNAS

Siglo XVIII

Siglo XIX

Siglo XX

Siglo XXI



    1. TIPOS DE VACUNAS

Las vacunas pueden estar compuestas de bacterias o virus, ya sean vivos o debilitados, que han sido criados con tal fin. Las vacunas también pueden contener organismos inactivos o productos purificados provenientes de aquellos primeros. Hay cinco tipos de vacunas:

  • Inactivadas

Microorganismos dañinos que han sido tratados con productos químicos o calor y han perdido su peligro. Este tipo de vacunas activa el sistema inmune pero es incapaz de reproducirse en el huésped. La inmunidad generada de esta forma es de menor intensidad y suele durar menos tiempo, por lo que este tipo de vacuna suele requerir más dosis. Dado que la respuesta inmune lograda es menor, se utilizan en estas vacunas unas sustancias denominadas adyuvantes. Estas sustancias están compuestas por aluminio y sirven a la vacuna a aumentar la respuesta inmunitaria del organismo. Los compuestos de aluminio deben inyectarse por vía intramuscular profunda ya que pueden producir irritación, inflamación y lesión de tejidos. Ejemplos de este tipo son: la gripe,cólerapeste bubónica y la hepatitis A.


  • Vivas atenuadas

Microorganismos que han sido cultivados expresamente bajo condiciones en las cuales pierden o atenúan sus propiedades patógenas. Suelen provocar una respuesta inmunológica más duradera, y son las más usuales en los adultos. Esto se debe a que el microorganismo no se encuentra inactivado y conserva su estructura. Por eso, en muchas ocasiones puede provocar la enfermedad en personas inmunodeprimidas. Por ejemplo: la fiebre amarillasarampión o rubéola (también llamada sarampión alemán) y paperas.


  • Toxoides

Son componentes tóxicos inactivados procedentes de microorganismos, en casos donde esos componentes son los que de verdad provocan la enfermedad, en lugar del propio microorganismo. Estos componentes se podrían inactivar con formaldehido, por ejemplo. En este grupo se pueden encontrar el tétanos y la difteria.


  • Acelulares:

Consisten en una mezcla de componentes subcelulares purificados del patógeno contra el que se quiere inmunizar, que normalmente consta de proteínas antigénicas altamente inmunogénicas y que pueden contener toxoides. Una vacuna de este tipo se utiliza en la actualidad contra la tos ferina.


  • Recombinantes de subunidad

Se utiliza la tecnología del ADN recombinante para introducir el gen codificante para un antígeno altamente inmunogénico en el genoma de un microorganismo productor (como E. coli o S. cerevisiae) con el objetivo de superproducir y purificar la proteína antigénica, que será la base de una vacuna. Estas técnicas de producción de vacunas son muy útiles cuando el patógeno contra el que se quiere inmunizar es difícil de cultivar in vitro. Un ejemplo característico es la vacuna subunitaria contra la hepatitis B, que está compuesta solamente por la superficie del virus (superficie formada por proteínas). Para obtener esta vacuna, se clonó el gen S del hepadnavirus causante de la hepatitis B en S. cerevisiae y se superprodujo y purificó, dando como resultado y vacuna efectiva (el gen S codifica el antígeno de HBsAg autoensamblable localizado en la superficie del virus). Un tipo particular de vacunas recombinantes serían las vacunas comestibles, producidas mediante plantas transgénicas. En estos casos, el transgén transferido a la planta sería uno codificante para un antígeno de interés, que producirá una respuesta inmune. Para tratarse de una vacuna comestible, la expresión del transgén debe estar dirigida por un promotor específico de tejido, que haga que se exprese sólo en determinados órganos comestibles, como las semillas de los cereales o los tubérculos. Las grandes ventajas de la producción de vacunas comestibles residen en su bajo coste de producción, en que el antígeno puede expresarse en órganos en los que sea estable a temperatura ambiente (como los mencionados anteriormente), lo que eliminaría los costes de mantener la cadena del frío, y en la posibilidad de expresar de forma simultánea varios antígenos y adyuvantes en el mismo órgano de la planta. Por supuesto, este sistema de producción también posee inconvenientes, como el control sobre el nivel de expresión del antígeno, la homogeneidad de la expresión (ajuste de dosis) o el mantenimiento de la integridad del antígeno ante sus exposición a jugos gástricos e intestinales. Hasta ahora, los trabajos más representativos en este tema han tratado sobre la producción de la vacuna contra la hepatitis B, dando resultados satisfactorios al inmunizar ratones que comieron patata en la que se acumuló el antígeno.

Hoy día se están desarrollando y probando nuevos tipos de vacunas:


  • Polisacarídicas

Ciertas bacterias tienen capas externas de polisacáridos que son mínimamente inmunitarios. Poniendo en contacto estas capas externas con proteínas, el sistema inmunitario puede ser capaz de reconocer el polisacárido como si fuera un antígeno (un antígeno puede ser una proteína o un polisacárido). De esa manera generamos anticuerpos contra la bacteria y contra el polisacárido (exopolisacárido, en este caso).
Este proceso es usado en la vacuna Haemophilus influenzae del tipo B (también conocido como bacilo de Pfeiffer).


  • Vector recombinante

Combinando la fisiología (cuerpo) de un microorganismo dado y el ADN (contenido) de otro distinto, la inmunidad puede ser creada contra enfermedades que tengan complicados procesos de infección. Los esfuerzos para crear vacunas contra las enfermedades infecciosas, así como inmunoterapias para el cáncer, enfermedades autoinmunes y alergias han utilizado una variedad de sistemas de expresión heteróloga, incluyendo vectores virales y bacterianos, así como construcciones recombinantes de ADN y ARN.5 Los vectores más utilizados en este tipo de vacunas son el virus vaccinia, algunas bacterias lácticas (no patogénicas) de los géneros Lactobacillus y Lactococcus y variedades atenuadas de M. tuberculosis y Salmonella typhi (ésta última se utiliza más, dado que se conoce muy bien y sus efectos patogénicos son mucho más suaves). Los principales problemas de este tipo de vacunas son la posibilidad de que la respuesta inmunitaria ante ellas sea insuficiente para dejar memoria en el sistema inmune y la inducción de la producción del antígeno una vez el vector está dentro del organismo (se está estudiando el uso de inductores como la tetraciclina y la aspirina).


  • Vacuna de ADN

Vacuna de desarrollo reciente, es creada a partir del ADN de un agente infeccioso. Funciona al insertar ADN de bacterias o virus dentro de células humanas o animales.
Algunas células del sistema inmunitario reconocen la proteína surgida del ADN extraño y atacan tanto a la propia proteína como a las células afectadas. Dado que estas células viven largo tiempo, si el agente patógeno (el que crea la infección) que normalmente produce esas proteínas es encontrado tras un periodo largo, serán atacadas instantáneamente por el sistema inmunitario. Una ventaja de las vacunas ADN es que son muy fáciles de producir y almacenar. Aunque en 2006 este tipo de vacuna era aún experimental, presenta resultados esperanzadores. Sin embargo no se sabe con seguridad si ese ADN puede integrarse en algún cromosoma de las células y producir mutaciones.
Es importante aclarar que, mientras la mayoría de las vacunas son creadas usando componentes inactivados o atenuados de microorganismos, las vacunas sintéticas están compuestas en parte o completamente de péptidoscarbohidratos o antígenos. Estas sintéticas suelen ser consideradas más seguras que las primeras.

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