OBTENCIÓN DE VACUNAS MEDIANTE INGENIERÍA GENÉTICA

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.
1.1.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.
2. 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
1.2.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.
2. 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.
2.1.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).
2.2. CRONOLOGÍA DE LAS VACUNAS
Siglo XVIII

1796: Primera vacuna para viruela.
Siglo XIX





1881: Primera vacuna para el ántrax
1882: Primera vacuna para la rabia
1890: Primera vacuna para el tétanos
1890: Primera vacuna para la difteria
1897: Primera vacuna para la peste
Siglo XX

1926: Primera vacuna para tos ferina

1927: Primera vacuna para la tuberculosis

1937: Primera vacuna para la fiebre amarilla

1937: Primera vacuna para el tifus

1945: Primera vacuna para la gripe

1952: Primera vacuna para la poliomielitis

1954: Primera vacuna para la encefalitis japonesa

1962: Primera vacuna oral para la poliomielitis

1964: Primera vacuna para el sarampión

1967: Primera vacuna para la paperas

1970: Primera vacuna para la rubéola

1974: Primera vacuna para la varicela

1977: Primera vacuna para la neumonía (Streptococcus pneumoniae)

1978: Primera vacuna para la meningitis (Neisseria meningitidis)

1981: Primera vacuna para la hepatitis B

1985: Primera vacuna para la haemophilus influenzae tipo b (HiB)

1992: Primera vacuna para la hepatitis A

1998: Primera vacuna para la enfermedad de Lyme
Siglo XXI

2005: Primera vacuna para el virus del papiloma humano (principal factor de riesgo
del cáncer de cérvix).

2008: Primera vacuna para prevenir la adicción a la heroína y a la cocaína (Aunque
siguen haciéndose experimentos con esta vacuna para comprobar su efectividad).

2009: Posible vacuna contra la Hepatitis C, Primera Vacuna contra la Gripe A (H1N1)
2.3.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,cólera, peste 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 amarilla, sarampión 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 péptidos, carbohidratos o antígenos. Estas
sintéticas suelen ser consideradas más seguras que las primeras.