Introducción

A mediados de diciembre de 2019 se describieron los primeros casos de neumonía atípica en Wuhan, Hubei, China, ocasionada por un nuevo coronavirus denominado coronavirus 2 causante del síndrome respiratorio agudo grave (severe acute respiratory syndrome [SARS]-CoV-2). La enfermedad causada por SARS-CoV-2 se denominó enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19, por su sigla en inglés). El virus se propagó rápidamente en el resto de la China y el mundo, y en marzo de 2020, la Organización Mundial de la Salud declaró el estado de pandemia.

Los coronavirus son una amplia familia de virus que causan enfermedad en diferentes animales, desde cuadros leves (resfriados) hasta enfermedad grave. Hasta la fecha se identificaron 7 coronavirus distintos de los géneros alfa y beta que pueden infectar a los seres humanos.

El SARS-CoV, el coronavirus del síndrome de Oriente Medio (Middle East respiratory syndrome [MERS-CoV]) y el SARS-CoV-2 son betacoronavirus asociados con un número relativamente alto de casos y con índices elevados de mortalidad. Hasta mediados de agosto de 2020 se comunicaron más de 20 millones de casos de COVID-19 y más de 750 000 decesos. Se sabe que los índices de transmisión de SARS-CoV-2 son más altos respecto de los de otros coronavirus, uno de los factores que explica la emergencia sanitaria global en asociación con la COVID-19.

En el contexto de la pandemia de COVID-19, la mayoría de los países implementaron medidas destinadas a reducir el índice de transmisión, a expensas de pérdidas económicas sustanciales en todo el mundo. En este escenario surgió la necesidad urgente de disponer de vacunas eficaces y seguras. En el presente estudio se analizaron, en particular, los aspectos relacionados con la creación de las vacunas con ADN contra la COVID-19.

Creación de vacunas durante la pandemia de COVID-19

Cualquier vacuna que se genere y utilice para prevenir la COVID-19 debe ser eficaz y segura en diferentes grupos poblacionales. En condiciones típicas se requieren entre 10 y 15 años para la realización de estudios preclínicos; la aprobación más rápida ocurrió con la vacuna contra virus Ébola, para la cual fueron necesarios 5 años.

Los estudios en seres humanos se dividen básicamente en 4 fases. Los trabajos de fase I son aquellos en los cuales las vacunas se administran a voluntarios sanos con la finalidad de determinar la seguridad y el esquema óptimo de dosificación; en los estudios de fase II se evalúa la estimulación inmunológica inicial y se determina la seguridad en un número reducido de personas sanas, en tanto que en la fase III se determina la eficacia de la vacuna para prevenir la enfermedad en una amplia cohorte de sujetos. Los estudios de fase IV se realizan después de la aprobación del producto, con la finalidad de establecer la seguridad y los efectos a largo plazo. En situaciones de pandemia, todo el proceso debe acelerarse.

La amplia mayoría de vacunas virales aprobadas para su uso en los seres humanos son vacunas con virus (inactivados o vivos atenuados) o con proteínas. Si bien las vacunas con virus se consideran más inmunogénicas, diversas limitaciones complican su utilización. Esencialmente se deben garantizar las condiciones para que los virus no reviertan a su estado de virulencia original. Por el contrario, las vacunas con subunidades, por ejemplo con proteínas purificadas, son más seguras, aunque se las considera menos inmunogénicas y deben administrarse dosis múltiples para lograr el objetivo.

Para diversas enfermedades infecciosas potencialmente fatales, como la influenza (subtipo H5N1), el Zika, el Ébola y el MERS-CoV se necesitaron nuevas plataformas de vacunas eficaces. Las metodologías a base de ADN y ARN son las de mayor potencial para acelerar la producción de vacunas seguras y eficaces a gran escala, en condiciones de urgencia.

El 11 de agosto de 2020, Rusia fue el primer país que aprobó una vacuna contra la COVID-19, la Sputnik V®, antes conocida como Gam-COVID-Vac®, la cual se basa en tecnología de vectores. Sin embargo, la comunidad científica cuestionó la información concerniente a la seguridad y la eficacia en los estudios clínicos. Si bien no existen dudas de que la disponibilidad de vacunas eficaces contra la COVID-19 es crucial para poner fin a la pandemia, es preciso adoptar medidas estrictas para garantizar la seguridad de una vacuna que se administrará en la totalidad de la población. Además de la seguridad y la eficacia, la capacidad de producción a gran escala es un aspecto decisivo.

Vacunas a base de ADN

Estas vacunas consisten en genes o fragmentos de genes que codifican para antígenos, por medio del uso de plásmidos de ADN como vectores. Mediante este abordaje se inducen respuestas inmunológicas humorales y mediadas por células de manera muy eficaz. La vacuna se prepara para que el material genético pueda ingresar al núcleo de las células del hospedero. Una vez allí se activa el promotor en la estructura del vector; el resultado final es la transcripción del gen de la vacuna con la maquinaria de las células del organismo.

En comparación con las vacunas tradicionales con virus vivos o atenuados, las vacunas a base de ADN tienen diversas ventajas; por ejemplo, inducen respuestas inmunitarias fuertes, sin ningún riesgo de replicación de microorganismos; estimulan respuestas inmunitarias celulares y humorales; se pueden producir a gran escala y a bajo costo, y son altamente estables y de fácil almacenamiento. Además, en los vectores se pueden incluir diversos antígenos.

SARS-CoV-2

El SARS-CoV-2 es un virus ARN de alrededor de 26 a 32 kb, perteneciente a la familia Coronaviridae, con 4 géneros (alfa, beta, delta y gamma). Se considera que los reservorios para coronavirus alfa y beta son roedores y murciélagos.

El principal receptor para el SARS-CoV-2 es la enzima convertidora de angiotensina 2 (ECA2), también utilizada por el SARS-CoV. El SARS-CoV-2 incluye 4 proteínas estructurales: la proteína de espiga (S), la de la envoltura (E), la de membrana (M) y la de la nucleocápside (N). Estas proteínas tienen secuencias similares a las de SARS-CoV y MERS-CoV. Las vacunas exitosas contra la COVID-19 expresan las proteínas S, M y N.

Respuesta inmunitaria y COVID-19

El sistema inmunitario abarca la inmunidad innata (respuesta rápida e inespecífica) y la inmunidad adaptativa (respuesta lenta y específica); esta última se divide en respuestas celulares, caracterizadas por la maduración de linfocitos T, y humorales, con la maduración de linfocitos B. Las vacunas se preparan con la finalidad de que estimulen respuestas de ambos tipos, incluidos linfocitos T y B de memoria.

La inmunidad activa es la que se logra por medio de la exposición al antígeno, mientras que la inmunidad pasiva se refiere a la transferencia de anticuerpos de un sujeto a otro o de la madre al feto (por la placenta) o al lactante (por la leche materna). En relación con la inmunidad contra la COVID-19, todavía no se conoce con precisión cuáles son las respuestas que ocurren en la enfermedad natural; tampoco se sabe si las personas que se recuperan de COVID-19 tienen protección frente a una segunda infección.

El SARS-CoV-2 induce una fuerte respuesta inmunitaria adaptativa de linfocitos T y B; se sintetizan anticuerpos de tipo IgG e IgM esencialmente contra las proteínas N y S, alrededor de 10 días después de la infección natural, y en la mayoría de los pacientes se comprueba seroconversión en el transcurso de 3 semanas. Aunque los anticuerpos contra el SARS-CoV-2 son protectores, se desconoce si el título de anticuerpos se mantiene alto por períodos prolongados, para evitar nuevas infecciones. Si bien este interrogante persiste para el SARSR-CoV-2, la experiencia previa con SARS-CoV y MERS-CoV sugiere que se genera una respuesta inmunitaria fuerte y duradera de linfocitos T y B.

Vacuna de ADN en los estudios clínicos

En enero de 2020 se conoció la secuencia genómica completa del SARS-CoV-2, un paso decisivo para la creación de nuevas vacunas. Durante la infección natural se sintetizan anticuerpos dirigidos esencialmente contra las proteínas N y S. La proteína N cubre el genoma y participa en la liberación de partículas virales de las células, mientras que la proteína S tiene un papel esencial para la entrada del virus en las células del huésped, mediante la interacción con el receptor, por medio del dominio de unión al receptor.

La proteína S tiene 1273 aminoácidos en 3 subunidades: S1, S2 y S2’, cada una de ellas con una función diferente durante la adhesión del virus a las células del organismo. La subunidad S1 participa en la fijación de los viriones a la membrana de las células del organismo, al interactuar con la enzima humana ECA2; la proteína S sufre cambios conformacionales al entrar al endosoma de las células de los seres humanos. La subunidad S2 actúa como proteína de fusión que contribuye en la unión de las membranas del virus y de las células del hospedero. En el proceso de fusión, S2 aparece en tres estados conformacionales consecutivos: de prefusión (estado natural), estado intermedio (prehairpin) y de posfusión (hairpin). En un paso posterior, las proteasas de la superficie fragmentan la S2.

La proteína S ha sido utilizada como antígeno en todas las vacunas a base de ADN que se investigan en estudios clínicos; una de ellas (AG0301-COVID19; ClinicalTrials.gov NCT04463472) utiliza un esquema de dos inmunizaciones (la primera en dosis baja de 1.0 mg, y la segunda, en el doble de dosis, de 2.0 mg). Ambas dosis se administran por vía intramuscular a un intervalo de 2 semanas. Los estudios clínicos en marcha incluyen sujetos de 20 a 65 años y tienen por objetivo determinar la eficacia de estas vacunas. Las vacunas con vectores tienen innumerables ventajas: son de bajo costo, la administración no es invasiva y se asocian con seguridad elevada. Otro vector utilizado para la creación de vacunas a base de ADN contra el SARS-CoV-2 es Bifidobacterium longum.

Consideraciones y desafíos

La COVID-19 constituye una emergencia sanitaria global sin precedentes; las vacunas se requieren de inmediato. Aunque las medidas restrictivas adoptadas por los gobiernos de los diferentes países son útiles para minimizar la propagación del virus, estas se asocian con consecuencias económicas devastadoras.

Hasta la fecha no se dispone de agentes eficaces contra la COVID-19. En cambio, se han realizado esfuerzos excepcionales para crear vacunas seguras y eficaces lo antes posible, para que estén disponibles en todos los países y a costo accesible. La experiencia previa durante las epidemias de SARS y MERS aceleró la comprensión de la epidemiología, los mecanismos fisiopatogénicos, el diagnóstico de SARS-CoV-2, la investigación de posibles tratamientos y la creación de vacunas.

Los índices de mutaciones del SARS-CoV-2 son un aspecto de preocupación especial, particularmente en el contexto de la protección conferida por las vacunas y de la resistencia a los fármacos. La duración de la protección todavía no se conoce y se han referido casos de reinfecciones.

Las vacunas a base de tecnologías de ácidos nucleicos pueden ser rápidamente evaluadas en estudios clínicos, una ventaja fundamental en el contexto de la aparición de nuevas variantes del virus.