Biología sintética para lograr una vacuna universal contra coronavirus

Artículo escrito por Josefina Cano, bióloga y genetista.

“Necesitamos una vacuna universal para el coronavirus. Habrá otra epidemia producida por el virus después de esta”, dice Neil King, de la Universidad de Washington, quien ha sido parte de la cacería de una vacuna desde el 2017. La preocupación de él y de sus colegas es que en el futuro otro miembro de esta familia de virus sea el encargado del próximo susto. “Todos juntos contra el virus”, es su lema.

Si, como podría ser posible, el virus se convierte en un elemento permanente del enorme repertorio que circula por el planeta, en lugar de ser erradicado como otros ya lo fueron, los enfoques contemporáneos tendrán que lidiar con disminuir las limitaciones de otras vacunas, incluso de las más sofisticadas: ellas necesitan años para ser desarrolladas y fabricadas, se vuelven obsoletas si, como ya ocurrido, el virus muta, y la respuesta inmunológica que producen es casi siempre débil.

Por esta razón, la apuesta para desarrollar una vacuna que venga de campos novedosos de la biología, ha movido a que la Fundación Bill y Melinda Gates y los Institutos Nacionales estadounidenses de Salud, impulsen a los científicos en esa dirección. Gates anunció el mes pasado que inyectaría 60 millones de dólares a la investigación del Covid-19, vacunas incluidas.

La Fundación Gates tiene puestos sus intereses en todos los enfoques para el logro de la vacuna, pero uno basado en la Biología Sintética*, (BS)  se perfila como una promesa real. “Necesitamos llegar a conseguir millones, tal vez miles de millones de dosis”, dice la inmunóloga y médica Lynda Stuart, quien dirige la investigación en vacunas de la fundación.

Una vacuna creada a través de las innovaciones venidas de la BS no solo lograría los miles de millones, sino que funcionaría sin la necesidad de refrigeración. “Todo esto”, dice Stuart, “será superimportante para proteger a todos aquellos que de otra manera no tendrían acceso a ella”. Y la pandemia apenas se inicia en los países pobres.

Imagen obtenida con un microscopio electrónico de barrido y reprocesada después, en la que aparece una célula (verde) infectada con partículas víricas de SARS-COV-2 (amarillo). (Imagen: National Institute of Allergy and Infectious Diseases / NIH)

Las vacunas en las que se trabaja en miles de laboratorios usan ácidos nucleicos sintéticos que codifican para fabricar proteínas que llegarían a la superficie del virus. Esto hará que el cuerpo los vea como material extraño, genere anticuerpos y si todo va bien adquiera inmunidad al virus. Pero las pruebas para evaluar la seguridad de esas vacunas no han mostrado buenos resultados ni tampoco cuán potentes son.

Con el debido respeto a otras aproximaciones, la comunidad de la biología sintética cree que lo podrá hacer mejor. Usando computadores, los investigadores están diseñando nanopartículas de proteínas que se autoensamblan, recubiertas con proteínas virales, los antígenos. Estas nanopartículas semejantes a un puercoespín serán el corazón, la base de una vacuna.

Se empieza con la nanopartícula, el cuerpo del puercoespín. Su forma y composición será tal que los bloques de partículas de proteínas, como piezas de Lego, no solo se autoensamblen de forma espontánea, sino que se mantengan pegadas. Además, que se conviertan en algo que pueda “exhibir” los antígenos virales de tal manera que el sistema inmunitario responda con fuerza ante ellos. Usando un algoritmo de diseño de proteínas, los científicos han determinado que nanopartículas de 25 nanómetros formadas por 60 piezas idénticas de la proteína presentan las características óptimas para exponer al máximo el antígeno, facilitándole de este modo el trabajo a nuestro sistema inmunitario.

“Nosotros podemos probar un millón de variantes en el computador antes de encontrar la forma y la composición óptima de la proteína, esto es, cuál secuencia de proteína formará espontáneamente la nanopartícula ideal”, dice King.

El paso siguiente es tomar el ADN, hecho en el laboratorio, y que codifica para la proteína diseñada, insertarla en la bacteria E. coli, y esperar a que se haga el trabajo siguiendo las instrucciones genéticas para manufacturarla, como una pequeña, viva, línea de ensamblaje. Cuando se extraen de la bacteria, se purifican y se mezclan en un tubo de ensayo, las proteínas se autoensamblan espontáneamente en la nanopartícula hecha a la medida.

“Cuando funciona, tendremos exactamente la proteína que diseñamos en el computador, con cada átomo que queríamos en ella”, dice King.

El paso siguiente es ponerle las púas al puercoespín. Para el virus que causa el Covid-19, las púas son la “proteína de espiga”, la molécula que se une a los receptores de las células y abre la puerta de entrada del virus. La que tanto hemos visto en las fotos del virus y que le da esa apariencia de corona.

“Hacer que una nanopartícula sea el componente esencial para una vacuna logra un sinnúmero de cosas útiles. Se reduce o elimina la necesidad del coadyuvante, el ingrediente que aumenta la respuesta inmune, pues la nanopartícula es suficiente por sí sola. Pegarle antígenos a ella vuelve al pequeñísimo sistema resultante tolerante al calor (hasta se lo puede hervir”, dice Stuart), volviendo innecesaria la refrigeración, un asunto crítico para volverlas asequibles a los países cálidos y pobres. Y como las nanopartículas pueden ser recubiertas con antígenos venidos de diversos virus, se podrá obtener una vacuna pancoronavirus”, resume ella.

Los investigadores están llenos de un optimismo cauteloso. Otra vacuna experimental para la neumonía en niños también se desarrolló usando métodos similares. Probada en ratones y monos mostró diez veces más anticuerpos que otra basada en la tecnología tradicional.

La Fundación Gates busca también poner a trabajar a quienes la manufacturarían, para que lo hagan a gran escala. De una gran escala se trata dada la magnitud de una pandemia jamás imaginada.

* La Biología Sintética es una rama relativamente nueva de la ciencia, que cuenta con el trabajo conjunto de biólogos, ingenieros, diseñadores de software y químicos. Se ocupa de crear tecnologías para diseñar y construir nuevos organismos como bacterias, virus, levaduras y algas con propiedades diferentes a las originales.

Este escrito está basado en diversas notas de prensa aparecidas en Stat, Singularity Hub y otros medios.

Agradecemos la colaboración de Pablo Carbonell en el esclarecimiento de algunos conceptos de la BS, campo en el que es un experto. El Dr. Carbonell es Senior Staff Scientist at SynBioChem Centre, Manchester Institute of Biotechnology.

Josefina Cano tiene como oficio original el ser bióloga, oficio que se volvió más complejo y complicado a medida que le fue dando por volverse geneticista. Lo hizo y con un doctorado y algunos grados más. Después de un tiempo entre pipetas y microscopios decidió que mejor se dedicaba a contar historias de la biología. Historias simples, que son las mejores. Para hacerlo ha tenido que leer y estudiar mucho pues limpiar la jerga de la ciencia sin tocar los contenidos es difícil y necesita dedicación. Eso lo hace con gusto, tal vez esa sea la razón de que su blog www.ciertaciencia.blogspot.com sea cada día más querido y leído en el mundo de habla hispana. También elabora podcasts para el muy conocido programa de España, Ciencia para Escuchar, www.cienciaes.com