sábado, 23 de febrero de 2013

VIRUELA: HISTORIA DE UNA VACUNA

Por D. Ángel Rodriguez Villodres 

Edward Jenner, supongo que leyendo este nombre la mayoría de vosotros pensareis en la misma palabra: viruela; y aunque hoy suene a tiempo pasado, esta enfermedad llegó a causar millones de muertes y sólo su nombre causaba miedo entre la población.
La viruela está, o mejor dicho, estaba causada por un virus perteneciente a la familia Poxviridae (poxvirus). Dentro de esta familia también se incluyen el virus del molusco contagioso y algunos virus que infectan animales, pero que pueden provocar zoonosis en humanos (como la viruela de las vacas, viruela del mono, etc.). Vamos a hacer una breve introducción sobre las características generales de los poxvirus antes de adentrarnos en la hazaña de un médico inglés mediante la que consiguió, a pesar de las oposiciones iniciales, poner la primera piedra para que esta enfermedad sólo sea hoy un mal recuerdo en la historia de la humanidad.

Figura 1. Estructura típica de un poxvirus
 Vía: Stanford University

Los poxvirus son virus DNA de gran tamaño, presentan forma ovoide y una morfología compleja (figura 1). Contienen numerosas enzimas en su interior y su genoma está compuesto por una molécula de DNA lineal de doble cadena con extremos cerrados. La multiplicación de los poxvirus es única entre los virus DNA, en el sentido de que todo el ciclo de replicación se produce en el citoplasma de la célula hospedadora, por lo que es necesario que estos virus sinteticen su propia RNA polimerasa, ya que las polimerasas eucariotas se encuentran en el interior del núcleo. De cada célula infectada se liberan unas 10.000 nuevas partículas víricas, pudiendo cada una de estas penetrar en otras células y comenzar otro ciclo de multiplicación.
La viruela era una enfermedad muy contagiosa que se transmitía principalmente por vía respiratoria entre personas, aunque también podía contagiarse directamente a través de ropa u otros materiales que hubieran estado en contacto con el virus. El síntoma más característico de esta enfermedad eran unas pústulas exudativas que aparecían en un principio en la cavidad bucal para extenderse finalmente por todo el cuerpo (especialmente en la cara y las extremidades).
Figura 2. Niña con viruela.
Vía: wikimedia
Como he dicho anteriormente, esta enfermedad causó una gran cantidad de muertes en todo el mundo aunque su origen es desconocido. Sin embargo, se sabe que alrededor del año 1.000 se practicaba en China un proceso conocido como “variolización”, el cual consistía en inocular pus o costras de viruela, ya fuera por vía cutánea o nasal, induciéndose así una forma más leve de la enfermedad que protegía contra la viruela causada por una exposición natural. La esposa del embajador inglés en Constantinopla importó esta técnica a Europa en 1721, pero durante más de medio siglo su aplicación estuvo rodeada de controversia y no tuvo mucho éxito.

Fue en 1796 cuando Edward Jenner, observó que los ganaderos que se contagiaban de una enfermedad de las vacas conocida como “viruela vacuna” no padecían la enfermedad posteriormente. De esta forma procedió a inocular a un niño (James Phipps) linfa del brazo de una lechera afectada de viruela vacuna. Unos días más tarde inoculó a James pus de viruela humana y comprobó que el niño estaba totalmente protegido contra esta enfermedad. Realizó este experimento en más niños obteniendo el mismo resultado, por lo que decidió plasmar sus experiencias.

Figura 3. Gaston Mélingue . Jenner inoculant la vaccine (1879) Vía: blog



El trabajo fue rechazado por la Royal Society de Londres, por lo que Jenner decidió finalmente publicarlo en su libro An inquiri into the Causes and Effects of the Variolae Vaccinae en 1798. Aunque en un principio fue acogido de forma muy fría y estuvo lleno de polémica, poco a poco comenzó a aceptarse y practicarse este método de lucha contra la viruela a comienzos del siglo XIX. Con este experimento Jenner estaba dando el primer paso en un largo camino que acabaría en 1980 con la erradicación de la enfermedad.
Como podréis comprobar, hasta ahora no he mencionado en ningún momento la palabra “vacuna”; esto es porque aunque fue Jenner el primero que descubrió la vacunación, no fue él quien acuño ese término, sino Louis Pasteur en honor al médico inglés. Visto esto vamos a continuar explicando la evolución de la vacuna contra la viruela a lo largo del tiempo.
A comienzos del siglo XIX, el tipo de vacunación que se practicaba era del tipo “brazo-a-brazo” similar a la realizada por Jenner. No fue hasta la conferencia de Lyon (1864) cuando comenzó a producirse de forma masiva una vacuna contra la viruela cultivada en piel de
ternero. Esta vacuna estaba constituida por el extracto de las pústulas que se formaban en la piel de un ternero tras su inoculación en distintos lugares con el virus de la viruela vacuna. Dicha práctica permitió manufacturar y distribuir la vacuna a áreas remotas, aunque el resultado no fue tan bueno como se esperaba debido a que existía un alto índice de contaminación de la vacuna con bacterias, hongos y otros virus.
A partir de 1925 se establecieron entonces en Inglaterra las reglamentaciones sobre calidad en la fabricación de la vacuna, y en 1950 Leslie Collier desarrolló un tipo de vacuna liofilizada activa que permitió su producción a escala comercial. Esta vacuna era mucho más estable que la anterior y gracias a esto la Organización Mundial de la Salud (OMS) pudo desarrollar un plan de vacunación universal contra la enfermedad.
A pesar de esto, los logros conseguidos en muchos países no desarrollados fueron escasos y la OMS decidió iniciar en 1963 el Programa Intensificado de Erradicación de la Viruela, el cual se llevó a cabo mediante el abastecimiento de un número adecuado de vacunas de calidad, así como de una adecuada supervisión y contención de la enfermedad. La estrategia daría sus frutos y finalmente en 1977 se documentó el último caso de viruela humana en el mundo, lo que llevó en 1980 a la confirmación de la erradicación de la enfermedad. Actualmente sólo se pueden encontrar reservas del virus de la viruela en los congeladores de los laboratorios altamente especializados de la CDC (Centro para el Control de Enfermedades) en Atlanta, del Instituto de Preparaciones Virales de Moscú y del Laboratorio de virología de Londres.
Figura 4. Logotipo de erradicación de la viruela
 utilizado por la OMS

El tipo de virus utilizado para la vacunación contra la viruela en un primer momento fue el virus de la viruela de las vacas (cowpox), aunque más tarde se sustituyó por el virus vaccinia (virus de la vacuna). Hay controversia acerca de cómo apareció este último; no se sabe si es una cepa atenuada del virus cowpox o si por el contrario es un virus distinto. Con esta información puede que os surja una pregunta ¿Cómo un poxvirus que afecta a las vacas proporciona inmunidad contra un poxvirus humano? Bien, esto es debido a que algunos poxvirus, como en este caso, comparten determinantes antigénicos con el virus de la viruela humana, de forma que una vez reconocidos y eliminados por el sistema inmune proporcionan una inmunidad cruzada que nos protege también contra esta enfermedad.
Asimismo, la forma de administración de la vacuna también ha variado a lo largo del tiempo; sin embargo en 1968 se estableció el método de la aguja bifurcada como el más
Figura 4. Logotipo de erradicación de la viruela utilizado por la OMS
idóneo, ya que permitía coger un volumen ideal de suspensión de la vacuna, además de que facilitaba la transferencia de la misma a la piel.
A pesar de que la viruela fue una enfermedad bastante grave y peligrosa, diversos factores contribuyeron a que lograra ser la primera (y única) enfermedad infecciosa humana erradicada por el hombre a día de hoy. Los principales son:
- El único hospedador era el ser humano (sin reservorio o vectores animales).
- El virus tenía un serotipo único de forma que la inmunización protegía contra todas las infecciones.
- La enfermedad era fácilmente identificable, lo que permitía establecer rápidamente una cuarentena y la vacunación de las personas cercanas al enfermo.
- La vacuna era estable, económica y fácil de administrar.
La confirmación de la erradicación de la viruela por parte de la OMS hizo que no se considerara necesario seguir vacunando a la población contra esta enfermedad, una estrategia lógica por otra parte aunque no libre de problemas. Como hemos dicho anteriormente, los poxvirus utilizados proporcionaban una inmunidad cruzada, de modo que el hecho de que actualmente la población esté desprotegida frente a la viruela se está asociando como la posible causa de aparición de enfermedades zoonóticas por los virus cowpox y monkeypox (o viruela del mono) en los últimos años. Tampoco se debe olvidar la posibilidad, planteada en alguna ocasión, de utilizar el virus de la viruela como un arma biológica por parte de grupos terroristas, lo que podría ocasionar un problema bastante serio a escala global.
Figura 5. Modelo de construcción de un
 poxvirus recombinante Vía: Scielo

A pesar de que se dejaron de fabricar vacunas contra el virus de la viruela, el interés por el virus vaccinia no ha decaído en estos años, ya que por las características que presenta es un candidato perfecto para la utilización como vector de expresión en la producción de vacunas mediante tecnología del DNA recombinante. ¿En qué consiste todo esto? Primero se construye un plásmido que contiene un gen exógeno el cual codifica una proteína inmunógena de interés. Este gen se encuentra flanqueado por secuencias genéticas específicas del virus con lo que se favorecerá su recombinación. A continuación se inserta el plásmido en una célula hospedadora que posteriormente será infectada por el poxvirus. Como el gen exógeno contiene secuencias homólogas a las del virus, se podrá incorporar al genoma de este mediante un mecanismo de recombinación homóloga. De esta forma las nuevas partículas virales obtenidas contendrán el gen exógeno insertado en el genoma del virus, permitiendo así que cuando infecte a un organismo (al usarlo como vacuna) se produzca la proteína inmunógena de interés provocando una respuesta inmunitaria, con lo que quedará protegido contra el microorganismo del cual procede el gen. Este tipo de vacunas han sido utilizadas con buenos resultados usando un virus híbrido de la vaccinia que contenía la proteína G del virus de la rabia para vacunar mapaches, zorros y otros mamíferos. Actualmente se están preparando vacunas experimentales frente al VIH, el virus de la hepatitis B y el virus de la gripe entre otros; y aunque esta técnica pueda parecer prometedora en un principio, aún debemos esperar algún tiempo hasta ver las posibilidades de aplicación en humanos y, quien sabe, si en un futuro la erradicación de alguna de las enfermedades infecciosas más graves de nuestro siglo.
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Edward Jenner

Por el Dr. Alberto Ortiz

Heredero del tradicional estilo británico, James Northcote es uno de los últimos retratistas ingleses del siglo XVIII. Fiel a la tradición academicista de Reynolds, de quien fue discípulo y primer biógrafo, Northcote va a representar a sus personajes, muchos pertenecientes a la burguesía y a las clases más elitistas, con un cierto aire sentimental y complaciente. Los retratos muestran poca tendencia a la emotividad, y evocan un aspecto melancólico, muy típico de la estricta moral burguesa del momento.
En base a estas particularidades, Northcote realiza uno de los primeros retratos del médico y naturalista inglés Edward Jenner, a comienzos del siglo XIX. El médico aparece sentado en su despacho, con un ligero aire complaciente, justo en el momento de hacer un receso en su labor intelectual. Mientras mira al espectador, lleva una pluma en su mano derecha, al tiempo que apoya su cabeza en la izquierda, situada sobre su mesa de trabajo, en la que nos encontramos un libro abierto con una clara alusión a la vacunación de la viruela. Este nuevo método de inmunización fue desarrollado por el propio Jenner a finales del siglo XIX, y supuso toda una revolución en el tratamiento de la enfermedad. 
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domingo, 10 de febrero de 2013

TRYPANOSOMA BRUCEI: MECANISMOS DE UN GRAN ESTRATEGA

Por D. Ángel Rodriguez Villodres
Figura 1. Células de T. brucei en sangre
 humana. Vía wikimedia. Licencia CC. 
Podéis encontrar más imágenes, así 
como información acerca de este
 parásito pinchando aquí.

Recuerdo que una vez la profesora de parasitología nos dijo: “Cuando un parásito puede permitirse vivir en la sangre y reproducirse, es porque dispone de mecanismos de parasitismo muy eficientes”, y tanto que sí. Os voy a hablar de un parásito que cuenta con una estrategia de evasión del sistema inmune realmente fascinante, y debido a la cual resulta prácticamente imposible fabricar una vacuna efectiva. Estoy hablando de Trypanosoma brucei.
T. brucei engloba a dos especies parásitas de humanos causantes de la tripanosomiasis africana, más conocida como “enfermedad del sueño”. Las dos especies patógenas para el hombre son T. brucei gambiense que causa la tripanosomiasis del África occidental (menos aguda) y T. brucei rhodesiense que causa la tripanosomiasis del África oriental (más aguda). Estas dos especies son morfológicamente indistinguibles.
No os voy a explicar el ciclo biológico de T. brucei (figura 2), lo único importante a saber aquí es que el parásito cuenta con dos fases generales en su ciclo de vida, una que realiza en el interior de la mosca tse-tse y otra que se lleva a cabo en el torrente sanguíneo del ser humano (forma hemática).
Figura 2. Imagen ilustrativa del ciclo biológico de T. brucei. Vía wikimedia

En la forma hemática el parásito se encuentra rodeado completamente por una capa de 10-15 nm de espesor sobre la membrana plasmática. Esta capa está formada por una glicoproteína muy variable y muy antigénica, conocida como VSG, de la que se encuentran unos 20 millones de moléculas en cada célula de T. brucei. Con este dato, es fácil pensar que el reconocimiento por parte de los anticuerpos del hospedador está asegurado; sin embargo logra escapar, ¿cómo lo hace? Lo veremos a continuación.
Si os digo que una única célula del parásito cuenta con más de 1.500 genes de VSG, pero que de los cuales solo expresa 1 en un momento dado, os preguntaréis entonces para qué necesita tener ese vasto repertorio genético, y gastar energía en mantenerlo, cuando solo va a utilizar uno de esos genes. Pues bien, ahí está la clave de la supervivencia del parásito en el torrente sanguíneo del ser humano.
Para protegerse del constante ataque del sistema inmune, T. brucei utiliza varios mecanismos:
- Por una parte modula la respuesta inmune innata y adaptativa del hospedador mediante un proceso, que aunque no está bien entendido aún, parece ser que depende de factores derivados del parásito.
- Por otro lado, los complejos anticuerpo-VSG que se forman en la superficie del parásito son internalizados rápidamente mediante endocitosis, con la consiguiente proteólisis del anticuerpo y el reciclaje de la VSG que vuelve de nuevo a la superficie en su estado original. De esta forma se produce una “autolimpieza” de la cubierta extremadamente rápida (se estima que se produce el reciclaje completo de la superficie de T. brucei cada 12 minutos).
- Por último, algunas células del parásito llevan a cabo un cambio en la expresión de la VSG, de forma que expresa una nueva VSG antigénicamente distinta a la anterior. Este mecanismo se conoce como “variación antigénica”.
Los dos primeros procesos permiten prolongar la supervivencia de T. brucei en la sangre mientras que el título de anticuerpos anti-VSG en el hospedador sea bajo. En el momento en que los anticuerpos aumenten solo podrán sobrevivir las células que hayan sufrido variación antigénica de VSG. Así, aquellos que consiguen expresar otra glicoproteína antigénicamente distinta no son reconocidos por los anticuerpos anti-VSG ya formados, pudiendo comenzar un nuevo ciclo de multiplicación hasta que se vuelvan a formar anticuerpos específicos contra esa VSG. Estos cambios sucesivos aseguran la supervivencia del parásito en el hospedador durante años y he aquí la importancia de mantener el repertorio de más de 1500 genes para esta glicoproteína.
Si estos mecanismos os han parecido sorprendentes, la base molecular que subyace a la variación antigénica de la VSG lo es todavía más.
Como he dicho anteriormente, para que ocurra el proceso de variación de la VSG, es clave que solo se exprese una en cada momento, y que el resto de los genes de VSG permanezcan silenciados. Aunque no se conocen exactamente los mecanismos de silenciamiento, parece ser que la epigenética, es decir, la remodelación de la cromatina juega un papel clave en este proceso.
En el genoma de T. brucei hay aproximadamente 15 sitios desde donde se transcriben los genes de VSG. Estas regiones se denominan sitios de expresión o ES y se encuentran en los telómeros de los cromosomas. Pero claro está, de estos 15 sitios de expresión solo uno estará activo, mientras que los demás deben estar silenciados. Además, no todo el repertorio de genes de VSG se encuentra en los ES, sino que la mayoría de los genes y pseudogenes están organizados en tándem en regiones próximas a los telómeros (subteloméricas).

Hay dos modelos implicados en la conmutación de la VSG:
- Se puede dar un proceso de regulación transcripcional en el cual un ES activo es silenciado y un ES silenciado se vuelve transcripcionalmente activo. Este mecanismo solo es efectivo en las primeras fases de la infección, ya que solo permite acceder a la reserva limitada de los 15 sitios de expresión (ES).
- El otro mecanismo está basado en reacciones de recombinación que mueven los genes VSG silenciados a los sitios de expresión. Se sabe que tres vías de recombinación son las que contribuyen al cambio de VSG.
1. Conversión génica, donde un gen de VSG subtelomérico y silenciado es copiado y transferido a un sitio de expresión (ES) activo, reemplazando al gen de VSG antiguo.
2. Intercambio recíproco entre los telómeros, donde se produce un entrecruzamiento entre los extremos de los cromosomas de forma que se mueve un VSG telomérico a un ES activo y el VSG previamente activo se moviliza al otro cromosoma (inactivo).
3. Combinación de porciones de al menos dos pseudogenes para producir un VSG mosaico. Esta vía permitiría generar nuevas glicoproteínas, aunque hay discusiones acerca de la importancia que tiene.
Aquí se exponen de forma general cómo suceden estos procesos, pero lo cierto es que no están esclarecidos totalmente y la realidad resulta todavía más compleja.
¿Y todo esto a qué viene? Pues a que, como se ha dicho antes, aunque la VSG sea muy antigénica y fácilmente reconocible por el sistema inmunitario del ser humano, la conmutación que llevan a cabo los genes de esta glicoproteína hace que cualquier vacunación sea imposible. Por eso es necesario buscar vías alternativas para atacar a este parásito.
Recientemente se ha encontrado un receptor de inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) en unos compartimentos celulares de T. brucei denominados “acidocalcisomas”, el cual difiere considerablemente del receptor de IP3 que se encuentra en los mamíferos. Este receptor actúa liberando calcio al citosol, y parece ser esencial para el crecimiento y el establecimiento de una infección eficiente por parte del parásito. Una de las posibles vías de tratamiento se podría dirigir hacia el bloqueo de este receptor, aunque aún se necesita investigación adicional para poder obtener resultados concluyentes.
Asimismo, la aclaración de los mecanismos subyacentes de la conmutación de la VSG podría revelar vías bioquímicas diferentes de las del hospedador que sean susceptibles de ser atacadas.
Aunque poco a poco se están descubriendo posibles dianas a través de las cuales hacer frente a este parásito, aún no hay conclusiones claras y se necesita investigación adicional hasta poder establecer las bases de un posible tratamiento; y así, con un poco de suerte, acabar con una enfermedad que seguramente, y esta es mi opinión, si se diera con más frecuencia en nuestro mal llamado primer mundo nos recordaría a una historia de otro tiempo.

REFERENCIAS
- Horn D, McCulloch R (2010). Molecular mechanisms underlying the control of antigenic variation in African trypanosomes. Current Opinion in Microbiology. 13: 700-705.
- Huang G, Bartlett P J, Thomas A P, Silvia N, Moreno J, Docampo R. (2013). Acidocalcisomes of Trypanosoma brucei have an inositol 1,4,5-triphosphate receptor that is required for growth and infectivity. PNAS 110(5) : 1887-1892.
- Manna P T, Kelly S, Field M C (2013). Adaptin evolution in kinetoplastids and emergence of the variant surface glycoprotein coat in African trypanosomatids. Molecular phylogenetics and evolution. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ympev.2013.01.002.
- Morrison L J, Marcello L, McCulloch R (2009). Antigenic variation in the African trypanosome: molecular mechanisms and phenotypic complexity. Celular Microbiology 11(12): 1724-1734.
- Navarro M, Peñate X, Landeira D (2007). Nuclear architecture underlying gene expression in Trypanosoma brucei. Trends in Microbiology. 15(6): 263-270.
- Rudenko G (2011). African trypanosomes: the genome and adaptations for immune evasion. Essays Biochem. 51: 47-62.
- Rudenko G (2010). Epigenetics and transcriptional control in African trypanosomes. Essays Biochem. 48: 201-219.
- Schwede A, Carrington M (2010). Bloodstream form trypanosome plasma membrane proteins: antigenic variation and invariant antigens. Parasitology. 137: 2029-2039.