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¿Ciencia al rescate? Cómo la genética moderna podría ayudar a salvar al mundo del coronavirus

abril 23, 2020
Redaccion

La genética y la ingeniería genética están jugando un papel clave en la carrera mundial por desarrollar vacunas contra el coronavirus, incluyendo plantas transgénicas que producen proteínas a gran escala para producir prometedoras vacunas.

Cornell Alliance for Science / .- La humanidad realmente tiene solo dos opciones para enfrentar la pandemia de coronavirus que actualmente está arrasando el planeta. El primero es montar un programa continuo de bloqueos y otras estrategias drásticas de distanciamiento social para frenar el ritmo de la epidemia del virus, con miras a desarrollar gradualmente la “inmunidad natural del rebaño” entre la población humana.

Esa estrategia, especialmente si se combina con tratamientos farmacológicos antivirales exitosos y un esfuerzo de prueba masivo y escalado, debería dar algo de alivio. Pero tendría un costo probable de muchos millones de muertes y daños económicos incalculables en todo el mundo, golpeando especialmente en países con poca resistencia e infraestructura de salud limitada.

El segundo enfoque es desarrollar una vacuna y hacerlo lo más rápido posible. Una vacuna totalmente efectiva no solo controlaría el COVID-19 sino que posiblemente lo erradicaría por completo, como lo hizo el mundo con éxito con la viruela y está a punto de acabar con la polio (ambas también enfermedades virales).

Es probable que estos dos enfoques sean concurrentes: el primero nos hará ganar tiempo, mientras que el segundo proporciona una estrategia de salida de un patrón constante de bloqueos repetidos y restricciones de viaje que de otro modo podrían durar años.

Con el total actual de casos confirmados acercándose rápidamente a un millón en todo el mundo, lo más probable es que muchas decenas de millones de personas ya hayan capturado COVID-19. El desafío más desesperado de la humanidad, por lo tanto, es encontrar una vacuna efectiva.

Primeros ensayos de vacunas ya en curso

Afortunadamente, la ciencia ya está avanzando. Se hizo historia el 16 de marzo, cuando se inyectó al primer voluntario del ensayo clínico una vacuna en investigación para el coronavirus en el Kaiser Permanente Washington Health Research Institute de Washington en Seattle.

La voluntaria era madre de dos hijos, Jennifer Haller, una residente de Seattle de 43 años que le dijo a National Public Radio que “quería hacer algo porque hay tantos estadounidenses que no tienen los mismos privilegios que me han dado”.

La vacuna fue producida por Moderna, y el primer lote se entregó a los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., 42 días después de que el genoma viral se secuenciara por primera vez en China.

Jen Heller, que se muestra aquí con su perro Ringo, se ofreció como voluntaria para el ensayo de la vacuna COVID-19.

Este ensayo de fase 1 aún no prueba la eficacia de la vacuna contra COVID-19. Realizado durante seis semanas entre un grupo de 45 voluntarios adultos sanos de entre 18 y 55 años, evaluará la seguridad básica de la vacuna propuesta y su capacidad para estimular una respuesta inmune en el cuerpo humano.

Aunque la prueba de la Fase 1 continuará con el seguimiento de los reclutados del área de Seattle durante todo un año, la urgencia de la situación global significa que los colaboradores probablemente se apresurarán a la Fase 2 al mismo tiempo, probando la capacidad de la vacuna para prevenir la infección por el nuevo coronavirus SARS-CoV-2 que causa COVID-19.

La prueba de la vacuna Moderna es la primera en el mundo no solo para el objetivo de la enfermedad en particular, sino porque es una de una nueva clase potencial de vacunas que emplean ARN mensajero (ARNm) para programar las células humanas para producir las proteínas virales que desencadenan una respuesta inmune, en lugar de inyectar proteínas o partículas virales directamente, como la mayoría de las vacunas anteriores.

Este papel natural del ARNm es la razón por la cual el enfoque de Moderna es tan rápido. Las vacunas normales deben producirse a partir de virus reales, que se cultivan dentro de los huevos de gallina y luego se refinan en cantidades suficientes para inyectarse directamente, una vez debilitados o muertos, en el cuerpo humano. Esto lleva meses, como mínimo, y es difícil de escalar rápidamente.

Para el enfoque de ARNm, todo lo que se necesitaba era la secuencia genética viral correcta, que en el caso del SARS-CoV-2 codifica las proteínas del pico que permiten que el virus ingrese a las células respiratorias humanas. Esta secuencia genética para la proteína viral se puede codificar en ARNm generado sintéticamente en un laboratorio, un proceso rápido que es fácil de escalar.

Esa es la buena noticia. La mala noticia es que el enfoque de ARNm, aunque indudablemente rápido y versátil, es tan nuevo que aún no se ha probado completamente en ninguna vacuna en humanos o animales. Algunas pruebas han demostrado eficacia contra la rabia, por ejemplo, pero otras han mostrado poca respuesta inmune duradera.

El enfoque de ARNm es, por lo tanto, un disparo a la luna en lugar de un maratón. Aun así, Moderna es lo suficientemente optimista como para estar haciendo planes para producir millones de dosis, destinadas inicialmente al personal de salud, tan pronto como este otoño.

Otras vacunas de coronavirus de ARNm

Otras compañías y asociaciones también están compitiendo para desarrollar una vacuna utilizando el mismo enfoque de ARNm. Una de ellas, la firma alemana CureVac, generó tanto interés que, según los informes, el presidente Trump trató de adquirirla para garantizar que cualquier vacuna potencial estuviera disponible primero para los estadounidenses.

Al igual que Moderna, los esfuerzos de CureVac son apoyados financieramente por CEPI, la Coalición internacional para las innovaciones de preparación para epidemias, que ha recaudado más de US$700 millones de gobiernos de todo el mundo y fundaciones filantrópicas como la Fundación Bill y Melinda Gates (que también apoya a la Alianza para la Ciencia de Cornell) y Wellcome Trust.

Mientras Moderna ha podido reiniciar los proyectos de vacunas originalmente destinados a MERS y SARS, CureVac ya ha logrado cierto éxito con una vacuna de ARNm contra el virus de la rabia en humanos. En un ensayo de fase 1, dosis tan bajas como una millonésima parte de un gramo de vacuna de ARNm fueron suficientes para proteger completamente a los humanos contra la rabia, informó en enero.

Estas pequeñas dosis ofrecen una gran promesa para inmunizar a un gran número de personas si CureVac puede lograr el mismo éxito con el SARS-CoV-2 que con la rabia y pasar rápidamente a los ensayos de Fase 2 para demostrar aún más la eficacia real.

También en Alemania, BioNTech y Pfizer están compitiendo para cambiar su trabajo de vacuna de ARNm de la gripe al SARS-CoV-2, y tienen como objetivo comenzar los ensayos clínicos en abril. Como parte de una colaboración más amplia, BioNTech ya ha demostrado que una vacuna de ARNm protegió a ratones y primates no humanos contra el virus del Zika, lo que aumenta las esperanzas de una efectividad similar contra COVID-19.

Vacunas de ADN

El primo bicatenario del ARN, el ADN, también se está desplegando en un sistema de vacuna novedoso pero igualmente prometedor contra el coronavirus. El enfoque está relacionado, pero en lugar de inyectar ARNm directamente en las células para que pueda producir proteínas virales, se inserta ADN, molécula que a su vez produce ARNm dentro de las células para hacer el mismo trabajo.

Este ADN no está destinado a integrarse en el genoma de la célula objetivo en humanos; de hecho, si esto sucede, podrían ocurrir mutaciones dañinas. En cambio, el ADN se forma en plásmidos circulares que operan por separado al material genético integral dentro del núcleo de una célula. Sin embargo, al igual que el ADN genómico, estos plásmidos se leen y transcriben a través de ARNm en proteínas virales que luego pueden preparar el sistema inmunitario del cuerpo contra una invasión posterior por el virus real.

Inovio Pharmaceuticals, con sede en EE. UU., anunció el 12 de marzo que había recibido una subvención de US$5 millones de la Fundación Bill y Melinda Gates para acelerar las pruebas de una vacuna de ADN para COVID-19, con miras a comenzar los ensayos clínicos de Fase 1 en abril .

Inovio tiene otra ventaja: su vacuna de ADN INO-4700 fue la única vacuna candidata contra MERS que avanzó a los ensayos de Fase 2, demostrando, al menos inicialmente, la posible viabilidad del enfoque de ADN. El Departamento de Defensa de EE. UU., con el objetivo de proteger a su personal militar en todo el mundo contra COVID-19, ha inyectado otros $11.9 millones en INO-4800. La compañía también ha demostrado protección en los primeros ensayos con su vacuna de ADN contra los virus Chikungunya, Zika y la influenza.

Un papel para la ingeniería genética

Sin embargo, CEPI no está poniendo todos sus huevos en una canasta. Además de los sistemas de ADN y ARN, otro enfoque prometedor para una vacuna COVID-19 es utilizar una vacuna contra el sarampión genéticamente modificada, una estrategia respaldada por una subvención CEPI de US$5 millones dividida entre las instituciones colaboradoras Themis en Viena, el Instituto Pasteur en Francia y el Centro de Investigación de Vacunas de la Universidad de Pittsburgh.

Esto toma la vacuna viva atenuada contra el virus del sarampión, una vacuna con un largo historial de uso seguro, que se ha utilizado para inmunizar a miles de millones de niños en los últimos 40 años, y utiliza tecnología de genética reversa para insertar nuevos genes que codifican proteínas expresadas por otros virus. Estos inducen una respuesta inmune contra el nuevo virus cuyo material genético ha sido introducido.

El equipo de investigación tiene como objetivo tener una vacuna candidata a COVID-19 lista para pruebas en animales tan pronto como abril (2020), con pruebas más amplias en voluntarios humanos para fin de año.

El virus del sarampión no es el único candidato para el enfoque vectorial. Científicos chinos informaron que están a punto de proceder a los ensayos en fase I en humanos con un candidato a vacuna que comenzará en el epicentro de la pandemia en Wuhan. Los científicos han diseñado genéticamente un adenovirus de replicación defectuoso tipo 5 (Ad5) como un vector para expresar la proteína del pico de SARS-CoV-2, con el candidato a vacuna resultante llamado Ad5-nCoV.

Este es quizás el enfoque más fácil, ya que todo lo que tiene que suceder es que el adenovirus inofensivo diseñado para infectar a los pacientes para desencadenar la producción de anticuerpos que también deberían ser efectivos contra la invasión de nuevos coronavirus. La compañía china CanSion Biologics ha demostrado con éxito este enfoque con otra vacuna totalmente completa contra el Ébola, Ad5-EBOV, que ya está en el mercado en China.

Gusano cogollero y tabaco genéticamente modificado

Un enfoque más probado, ya ampliamente utilizado para producir vacunas contra la gripe, es cultivar proteínas virales directamente: luego se inyectan como vacuna en pacientes humanos para que el sistema inmunitario ya esté preparado contra el patógeno real cuando intenta infectar el cuerpo Por lo general, se usan huevos de gallina, pero para acelerar las cosas, las líneas celulares de insectos se están convirtiendo en la opción preferida para la pandemia de coronavirus.

Las plantas, como el tabaco que se muestra aquí, pueden modificarse genéticamente para producir proteínas virales para la investigación de vacunas.

Aquí la genética vuelve a ser un componente importante: la compañía Novavax utiliza un vector de baculovirus para diseñar genéticamente una línea celular de insectos aislada originalmente hace décadas de los ovarios del gusano cogollero del maíz. El baculovirus transporta genes a las células de los insectos, que los programan para fabricar proteínas virales que se pliegan correctamente y son biológicamente activas, permitiendo de manera más confiable que el sistema inmunitario humano produzca anticuerpos contra ellas.

Según Novavax, sus nanopartículas de proteínas recombinantes resultantes se autoensamblan en una estructura que se aproxima al virus real, lo que ayuda a mejorar la respuesta inmune. Afirma que ya probó este sistema en el virus RSV, un patógeno recalcitrante que hasta ahora ha resistido los intentos de una vacuna. Este enfoque parece lo suficientemente prometedor como para que CEPI haya inyectado US$4 millones hasta el momento con el fin de lanzar pruebas de Fase I a fines de la primavera de 2020.

De manera similar, la compañía Sanofi está tomando un fragmento de código genético del SARS-CoV-2 y lo está empalmando, también a través del baculovirus, en líneas celulares de insectos. Su ventaja, presentada al gobierno de los EE. UU. que resultó en una gran inyección de fondos, es que ya tiene una instalación aprobada por la FDA que podría producir 600 millones de dosis al año de cualquier vacuna resultante.

Las plantas también se pueden modificar genéticamente para producir proteínas virales. La compañía Medicago está trabajando con plantas de tabaco genéticamente modificadas con este objetivo en mente. Para acelerar las cosas, en lugar de agregar nuevos genes al núcleo de las células y regenerar plantas enteras a partir de estas células individuales (como sucede con la ingeniería genética de plantas convencional), utiliza el vector Agrobacterium en el vacío para transferir el ADN recombinante directamente al núcleo de las células de hojas completamente desarrolladas. Este ADN permite la producción de las proteínas virales deseadas sin integrarse nunca en el genoma, lo que permite que las proteínas se cosechen de las hojas transformadas en cuestión de días.

Usando este sistema, Medicago afirma haber producido una partícula similar al virus del coronavirus en solo 20 días después de que la secuencia genética del SARS-CoV-2 estuviera disponible. Como resultado, el gobierno de Canadá rápidamente puso millones de dólares detrás del esfuerzo.

Se necesita más dinero

Sorprendentemente, dado que la pandemia de coronavirus ahora amenaza con devastar a las sociedades y economías de todo el planeta en una escala que solo es superada por una guerra mundial, este esfuerzo aún es insuficiente. El CEPI ha emitido un llamado urgente para obtener fondos, buscando recaudar US$2 mil millones: dice que solo $375 mil millones para fines de marzo permitirían que entre cuatro y seis candidatos a vacunas avancen rápidamente hacia los ensayos de fase 2/3.

Los científicos también esperan desesperadamente que el SARS-CoV-2 no mute rápidamente como tienden a hacerlo los virus de la influenza, lo que probablemente reduciría la efectividad de cualquier vacuna individual. Hasta ahora, según los investigadores que estudian 1,000 muestras del virus de todo el mundo, este no parece ser el caso.

Esto significa que la carrera por encontrar una vacuna, y hacerlo con el tiempo suficiente para salvar la situación antes de que el mundo caiga en una depresión económica y mueran millones de personas, tiene una probabilidad decente de éxito, y es probable que cualquier vacuna exitosa confiera inmunidad duradera

Mientras tanto, toda la humanidad está esperando. Y si los científicos tienen éxito en este desafío urgente, probablemente se deba a la genética moderna. Aunque “ingeniería genética” alguna vez fue una mala palabra, ahora literalmente podría ayudar a salvar el mundo.

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