Los genes que llevan información para producir VLPs se infiltran en los tejidos de la planta. La planta huésped reproduce entonces grandes cantidades de estas partículas utilizando sus propios mecanismos de expresión proteica.
El profesor Lomonossoff, del Centro John Innes, dijo: "Esta es una increíble colaboración entre que involucra ciencia de las plantas, virología animal y biología estructural. La pregunta para nosotros ahora es cómo ampliarla; no queremos detenernos en una técnica de laboratorio".
A = VLP en hielo vítreo. B = Reconstrucción del poliovirus. C = VLP que muestra la superficie interna vacía. D y E = Resoluciones de poliovirus.
Las VLPs parecen virus, pero no son infecciosas. Han sido manipuladas biológicamente para que no contengan el ácido nucleico que permita que los virus se repliquen. Esto significa que imitan el comportamiento del virus, estimulando el sistema inmunitario a responder contra el patógeno pero sin causar una infección de poliomielitis.
Las pruebas de laboratorio demostraron que los imitadores del poliovirus proporcionaron a los animales inmunidad contra la enfermedad, allanando el camino para que las vacunas humanas sean producidas por plantas a gran escala con el aporte de colaboradores de la industria farmacéutica.
El avance fue realizado por un consorcio financiado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), que está tratando de erradicar una enfermedad que se conoce desde la antigüedad.
La OMS está buscando vacunas alternativas que eviten el uso del virus vivo como parte de una campaña internacional para erradicar completamente el virus en todo el mundo.
Siendo u flagelo mundial hasta mediados del siglo pasado, el poliovirus se ha reducido en un 99% desde 1988 debido a la Iniciativa Mundial para la Erradicación de la Poliomielitis, dirigida por la OMS. Las vacunas actuales contra la polio, sin embargo, requieren la producción de grandes cantidades del virus. El uso del virus vivo no sólo representa un riesgo de que el virus se escape, sino que el uso del virus vivo atenuado (debilitado), mantiene eficazmente la poliomielitis en la población mundial.
Las VLPs se expresaron en el Centro John Innes utilizando el sistema de expresión de plantas transitorias Hypertrans® que previamente se había desarrollado allí. Este desarrollo exitoso no sólo es prometedor para la producción de vacunas contra la poliomielitis: podría convertirse en un recurso diagnóstico de primera línea en la producción de vacunas contra otros brotes virales.
"La belleza de este sistema de crecimiento de un imitador no-patógeno del virus en las plantas, es que aumenta nuestra capacidad de ampliar la producción de vacunas candidatas para combatir las amenazas emergentes para la salud humana", dijo el profesor Lomonossoff.
En los últimos 20 años las plantas se han convertido en serios competidores de bacterias, células de insectos, levaduras o células de mamíferos como sistemas de producción de materiales farmacéuticos. Son rentables al requerir nutrientes simples, agua, dióxido de carbono y luz solar para un crecimiento eficiente y el sistema de expresión transitorio se puede ajustar rápidamente con bajos costos.
El trabajo en el Centro John Innes fomentó el trabajo de científicos de la Universidad de Leeds, quienes descubrieron por primera vez una forma de producir las partículas similares a virus (VLP) utilizando el sistema de expresión Hypertrans®.
A pesar de los éxitos de la expresión a base de plantas para producir VLPs de virus del papiloma y de la hepatitis B, las VLPs del poliovirus habían demostrado previamente ser demasiado inestables para fabricar vacunas prácticas utilizando esta técnica. Un problema es que el material genético que causa la replicación del virus y que por lo tanto está ausente en las VLPs, también tiene un papel en mantener a las partículas juntas.
Sin embargo, los equipos del Instituto Nacional de Estándares Biológicos y Control, y la Universidad de Leeds, identificaron mutaciones dentro de las capas proteicas que permitieron la producción de VLPs que son suficientemente estables para actuar como vacunas. Experimentos en la Universidad de Oxford demostraron que éstas eran idénticas al poliovirus nativo que conserva su forma cuando se calienta, y que son eficaces en la protección de animales contra el poliovirus.
El equipo utilizó microscopía cryoelectrónica en el Centro Electrónico de Biomágenes del Diamond Light Source (eBIC) para obtener una visión clara de la estructura de las VLPs. Confirmaron la estructura y mostraron que las características externas de las partículas eran idénticas a las del poliovirus.
Dave Stuart, Director de Ciencias de la Vida en Diamond y Profesor de Biología Estructural en la Universidad de Oxford, dijo: "Nos inspiró la exitosa vacuna sintética para la fiebre aftosa, también investigada en Diamond como parte de la colaboración de investigación del Reino Unido. Usando las capacidades de visualización de Diamond y la experiencia de la Universidad de Oxford en análisis estructural y simulación por computadora, pudimos visualizar algo mil millones de veces más pequeño que una cabeza de alfiler y mejorar aún más el diseño átomo por átomo de las conchas vacías. A través de la información obtenida en Diamond, también verificamos que estos tienen esencialmente la misma estructura que el virus nativo para garantizar una respuesta inmune adecuada".
Esta colaboración significa que fabricar las partículas estabilizadas en plantas a gran escala como precursores de las vacunas está ahora mucho más cerca de convertirse en una realidad. Los resultados se describen en un estudio publicado en la revista Nature communications.
La colaboración incluye el Centro John Innes, el Instituto Nacional de Estándares Biológicos y Control, la Universidad de Oxford, la Universidad de Leeds, Diamond Light Source, y el Henry Wellcome Building for Genomic Medicine.
Antecedentes: Poliovirus, el azote de los veranos pasados
Un grabado de piedra egipcio antiguo proporciona una pista de que el poliovirus ha sido un perjuicio perturbador en nuestras vidas desde la antigüedad. El grabado de 3.500 años de edad muestra una víctima de la polio, un sacerdote con una pierna derecha marchita.
A partir de entonces el virus fue ampliamente temido hasta mediados del siglo pasado con la llegada de las primeras vacunas eficaces. La poliomielitis se ha reducido a unos pocos cientos de casos al año en todo el mundo, pero estos números permanecen estables, ya que el virus se mantiene en el medio ambiente mediante el uso de la vacuna viva atenuada.
"El poliovirus es una enfermedad muy desagradable y ciertamente hasta la década de 1950 fue un verdadero azote". Dijo el profesor George Lomonossoff del Centro John Innes. "Se conocía como la peste del verano y aquí en Norwich la fuente principal de ella estaba bañándose en el río Yare cerca de Earlham Park."
"La mayoría de las personas tenían síntomas muy leves, pero algunas personas tenían poliomielitis paralítica y en los peores casos no podían respirar correctamente y tenían que ser puesto en un pulmón de acero para poder respirar".
El poliovirus es el agente causante de la poliomielitis que destruye las neuronas motoras en el sistema nervioso central causando parálisis o incluso la muerte. La transmisión es principalmente por la ingestión de agua infectada.
La Iniciativa Mundial de Erradicación de la Poliomielitis, encabezada por la Organización Mundial de la Salud, ha generado un 99% menos de casos en los últimos 30 años utilizando dos vacunas altamente eficaces: la vacuna viva atenuada (debilitada) desarrollada por Albert Sabin y el virus inactivado con formaldehído, desarrollado por Jonas Salk.
La producción de ambas vacunas, desarrollada en la década de 1950, requiere la propagación de grandes cantidades de poliovirus vivo aumentando el riesgo de reintroducciones accidentales.
Debido a este riesgo, la OMS ha intensificado su búsqueda de alternativas baratas y viables, por lo cual este avance con partículas parecidas a virus presenta una excitante nueva opción. Las vacunas libres de virus permitirán erradicar la poliomielitis y evitarán las recurrencias sin los riesgos asociados al uso de las vacunas con virus vivos.
También te puede interesar: Científicos argentinos desarrollan plantas transgénicas de mayor biomasa y tamaño en menos tiempo