La tan esperada tecnología de vacunas producidas en plantas genéticamente modificadas podría ayudar a que las inyecciones de COVID-19 lleguen a los países en desarrollo. Una empresa canadiense ya completó todos los ensayos clínicos para una vacuna de la influenza (obtenida en tabaco) y ya ejecuta ensayos clínicos de fase 3 con una prometedora vacuna para COVID-19 con la misma tecnología vegetal.
National Geographic / julio de 2021.- La pandemia de COVID-19 ha puesto de manifiesto brechas flagrantes en las capacidades actuales de producción de vacunas en el mundo. La fabricación de vacunas convencionales es costosa y compleja. Como resultado, solo unos pocos países tienen la tecnología, los recursos humanos y los fondos para fabricar vacunas; aquellos que pueden se han enfrentado a desafíos recurrentes de contaminación y control de calidad en la carrera por fabricar y distribuir miles de millones de vacunas COVID-19. Las vacunas convencionales también deben mantenerse frías, algunas hasta -70 grados celsius, durante el transporte y almacenamiento. La cadena de frío de las vacunas no solo es costosa, sino que también es una barrera importante para la distribución de vacunas en comunidades rurales de difícil acceso y en países con infraestructura limitada. Algunos científicos creen que la solución es utilizar plantas para fabricar vacunas.
Aunque no hay vacunas producidas en plantas [genéticamente modificadas] disponibles para uso humano, hay varias en proceso. Medicago, una empresa canadiense de biotecnología, ha desarrollado una vacuna COVID-19 producida en plantas que actualmente se encuentra en la fase tres de ensayos clínicos. También una vacuna contra la gripe a base de plantas de la misma empresa ha finalizado los ensayos clínicos y está a la espera de la aprobación final del gobierno canadiense, según Brian Ward, director médico de la empresa.
En diciembre, Kentucky BioProcessing, el ala de biotecnología estadounidense de la British American Tobacco Company, anunció que su vacuna COVID-19 producida en plantas estaba entrando en ensayos clínicos de fase uno, y en octubre pasado, Icon Genetics GmbH, de propiedad japonesa, lanzó ensayos clínicos de fase uno para su Vacuna contra norovirus de origen vegetal. Las universidades, las empresas emergentes de biotecnología y los gobiernos han formado asociaciones bien financiadas para expandir el campo. El gobierno de Corea del Sur ha invertido US$13.5 mil millones en la investigación de vacunas basadas en plantas, y se espera que la primera instalación de producción de vacunas a base de plantas del país en la ciudad de Pohang abra en octubre. Según una estimación, se prevé que el valor de mercado de las vacunas a base de plantas aumente de 40 a 600 millones de dólares en los próximos siete años.
“La industria de las vacunas elaboradas a partir de plantas ha avanzado de forma lenta pero segura. Estamos en un punto en el que hacer algo como una vacuna para COVID es realmente muy factible y muy rápido, así que ahora estamos en el punto en el que podemos tener decenas de millones de vacunas disponibles en, yo diría, los próximos seis meses más o menos ”, dice Kathleen Hefferon, autora y profesora de microbiología en la Universidad de Cornell, que se especializa en investigación de plantas y biotecnología agrícola. «Lo que realmente espero es que esto abra las compuertas para nuevos avances en el desarrollo de vacunas de origen vegetal, porque ahora veremos algunos éxitos«.
Los problemas con las vacunas tradicionales
La tecnología de vacunas a base de plantas no es nueva; su prueba de concepto se remonta a unos 30 años. Los científicos han utilizado papas, arroz, espinacas, maíz y otras plantas para fabricar vacunas contra el dengue, la poliomielitis, la malaria y la peste, pero ninguna de ellas se llevó a cabo en ensayos clínicos en etapa final, probablemente por la falta de un marco normativo regulatorio para los medicamentos a base de plantas o dudas sobre la inversión en biotecnologías emergentes, según Hefferon.
En 2006, el Departamento de Agricultura de EE. UU. aprobó una vacuna producida en plantas para la enfermedad de Newcastle, que infecta a las aves de corral. Pero nunca ha habido una vacuna a base de plantas aprobada para su uso en humanos o, hasta hace poco, ni siquiera una que haya llegado a ensayos clínicos avanzados.
Para fabricar vacunas, los científicos deben producir antígenos en masa, moléculas que desencadenan una respuesta inmune a un virus o bacteria específicos. Los antígenos comunes incluyen virus y bacterias inactivados o muertos, toxinas o proteínas virales y bacterianas como la proteína espicular (spike) del COVID-19. Para las vacunas en COVID-19 de Pfizer-BioNTech y Moderna, las moléculas de ARNm, los pequeños trozos de material genético con las instrucciones para que las células humanas fabriquen la proteína espicular (S) de COVID-19, también deben producirse en masa en costosas instalaciones y luego purificarse.
Los antígenos para las vacunas convencionales se producen al infectar células controladas en laboratorio (de insectos, riñones de mono, ovarios de hámster u otros) con un virus o un fragmento de código genético viral que engaña a las células para que hagan copias del virus o antígeno. Las líneas celulares se incuban en grandes biorreactores metálicos durante días o semanas, luego se someten a un largo y complejo proceso de purificación antes de envasarse en viales.
El desafío es que los biorreactores son costosos, requieren personal especialmente capacitado para manejarlos y el riesgo de contaminación es alto, por lo que los biorreactores que cultivan diferentes tipos de antígenos deben mantenerse en edificios separados y en condiciones estériles estrictamente controladas.
«Hemos visto en COVID que no hay suficiente capacidad de fabricación a nivel mundial para producir vacunas para todos», dice John Tregoning, investigador de enfermedades infecciosas de la Universidad Imperial del Reino Unido. Esto se debe al costo prohibitivo, el espacio y el personal. El Departamento de Defensa de EE. UU. estimó que cuesta $1,5 mil millones mantener una instalación que produce solo tres vacunas durante 25 años.
Plantas como fábricas de vacunas
Las vacunas producidas en plantas eliminan la necesidad de biorreactores porque ellas mismos son los biorreactores. Las plantas se pueden cultivar en invernaderos de grado farmacéutico con clima controlado que evitan la entrada de insectos y plagas, pero no requieren condiciones estériles.
En el invernadero de Medicago en Raleigh, Carolina del Norte, dos brazos mecánicos recogen una bandeja de acero de 126 plantas juveniles de Nicotiana benthamiana, una maleza, prima australiana de la planta de tabaco utilizada en los productos de cigarrillos. La bandeja de plantas se pone boca abajo rápidamente y se sumerge en un recipiente de metal con líquido que contiene millones de Agrobacterium, un grupo de bacterias que infectan naturalmente a las plantas. Las Agrobacterium en este invernadero están modificadas para contener una pequeña porción de ADN del virus de la influenza o COVID-19. Mientras las plantas están sumergidas, un pequeño vacío succiona las raíces de la planta y hace que las hojas se colapsen y se arruguen. Unos segundos después, se libera el vacío, haciendo que las hojas se vuelvan a expandir y, como una esponja, absorban el líquido portador de las Agrobacterium, que se extienden por toda la estructura vascular de la planta.
En cuestión de minutos, las plantas de Nicotiana benthamiana se han transformado en mini biorreactores. Estas bacterias transfieren el ADN viral a las células vegetales, que luego producen millones de copias de partículas similares a virus que sirven como antígenos pero no son infecciosas.
«Es totalmente genial. En realidad, es una de las mejores cosas. Se llama agroinfiltración o «infiltración por vacío”, dice Brian Ward de Medicago. Las plantas se reubican en el invernadero y después de cinco o seis días, las hojas se cosechan, se colocan en una cinta transportadora, se cortan en trozos diminutos y se sumergen en un baño de enzimas que rompe la pared celular dura de la planta y libera millones de partículas similares a virus (VLPs), que se purifican y empaquetan, explica Ward. El producto terminado es una vacuna de origen vegetal. En 2018, la vacuna contra la influenza de Medicago fue la primera en el mundo en completar los ensayos clínicos de fase tres.
Para las vacunas convencionales, una vez que el virus o las partículas virales se extraen de las células que las cultivaron y se purificaron, deben mantenerse frías. Esto incluye las vacunas contra la influenza y COVID-19 de origen vegetal de Medicago.
Pero otras vacunas producidas en plantas evitan este problema omitiendo por completo el paso de purificación. La lechuga genéticamente modificada también se usa comúnmente para hacer vacunas. Según Henry Daniell, un investigador de la Universidad de Pensilvania que ha estado involucrado en el trabajo de vacunas producidas en lechuga, los científicos usan una pistola genética para insertar una porción de ADN viral en el genoma del cloroplasto de una semilla de lechuga, la parte de la planta donde se lleva a cabo la fotosíntesis, el proceso por el cual una planta convierte la luz solar en energía utilizable. Los cloroplastos transportan alrededor de 100 copias de su genoma, el material genético que proporciona a la célula instrucciones para funcionar y hacer copias de sí misma, a diferencia de la mayoría de las otras células, que tienen una sola copia. Esto significa que los cloroplastos pueden producir hasta 100 veces la cantidad de antígeno diana.
Una vez que el gen viral se ha insertado en el genoma, la semilla se cultiva bajo condiciones controladas pero por lo demás normales en una granja o invernadero y luego se cosecha. Pero aquí, debido a que la lechuga es una planta comestible, en lugar de purificar las partículas similares a virus eliminando todas las células y los desechos de la planta, los cloroplastos que contienen el antígeno se muelen en un polvo que luego se formula en una píldora o cápsula, lo que luego tomarse por vía oral. Se están desarrollando varias vacunas a base de lechuga para humanos y animales, pero ninguna ha avanzado a ensayos clínicos. La ventaja de una vacuna en forma de píldora es que se puede almacenar a temperatura ambiente durante períodos prolongados, eliminando así el problema de la cadena de frío.
Los costos estimados para fabricar vacunas a base de plantas aún no están disponibles públicamente, pero según Daniell, “no hay duda de que producir en plantas en lugar de biorreactores será más barato. Las instalaciones de fermentación del biorreactor cuestan cientos de millones de dólares, y luego necesitas purificar e inyectar en cadena de frío, etc.»
La tecnología emergente de vacunas producidas en plantas no solo ayudará al mundo a responder a las pandemias actuales y futuras, sino que también ofrece una oportunidad para expandir la producción de vacunas a los países en desarrollo, según Hefferon. Las vacunas siguen siendo una piedra angular de la salud pública, evitando entre 4 y 5 millones de muertes cada año. Y, sin embargo, muchos lugares del mundo carecen de acceso a vacunas contra el sarampión, la meningitis y la tos ferina. Eso significa que alrededor de 1,5 millones de personas mueren cada año a causa de enfermedades infecciosas prevenibles.
“Existe una abrumadora desigualdad de vacunas entre los países ricos y pobres, y tal vez si puede aumentar la cantidad de diferentes plataformas de fabricación, entonces pueda producir más vacunas más rápidamente para más personas”, dice Tregoning.
