Tripletes para atenuar la replicación viral

La vacunación con virus vivos atenuados puede ser muy eficaz para la inducción de inmunidad protectora y es fundamental en la prevención de epidemias y enfermedades devastadoras. Las vacunas que contienen virus vivos atenuados ofrecen inmunidad más efectiva y duradera en dosis bastante menores y, por tanto, a un menor costo de producción que las vacunas inactivadas.

Sin embargo, dichas vacunas tienen sus inconvenientes. En primer lugar, la creación de una cepa de virus que pueda ser cultivada lo suficientemente bien in vivo para que estimule una respuesta inmune protectora y no cause la enfermedad es más el arte y conjeturas que ciencia verdadera. De hecho, las vacunas de uso actual derivan de formas muy diferentes. La vacuna contra la viruela se desarrolla a partir de virus estrechamente relacionados (vaccinia) que infectan especies diferentes en la naturaleza. La vacuna contra la rabia nace por el paso repetido en un hospedador heterólogo. Y la vacuna contra la polio fue creada por la selección de candidatos mutantes en cultivos celulares. Estos ejemplos no ofrecen ninguna vía clara para el virólogo que desea crear una vacuna contra otro virus. En segundo lugar, las que contienen virus vivos atenuados no son completamente benignas: el vaccinia puede causar una morbilidad significativa en los receptores inmunocomprometidos, y los poliovirus atenuados que revierten pueden llegar a provocar un caso de enfermedad paralítica por millón de vacunaciones.

En la actualidad, dado el alto nivel de precaución reglamentario, es dudoso que Jenner, Pasteur y Sabin serían capaces de obtener la aprobación para poner a prueba sus vacunas, y mucho menos una licencia para venderlas. El futuro de las nuevas vacunas que contengan virus vivos atenuados parece depender de encontrar un procedimiento general que pueda crear cepas menos propensas a la reversión.

J. Robert Coleman y colegas (Science 2008; 320:1784-1787) han descrito recientemente un enfoque de lo que debería ser la atenuación, en principio, de cualquier virus y conducir al desarrollo de cepas más seguras. En la investigación de la secuencia del ARN del poliovirus, los autores observaron una fuerte tendencia en la frecuencia de uso de codones específicos de aminoácidos adyacentes. Por ejemplo, los pares de codones GCC-GCA y GAA-GAG codifican el par de aminoácidos alanina-ácido glutámico y, sin embargo, el último par se utiliza siete veces más en comparación al primer par de tripletes. Esta tendencia refleja una diferencia en la eficiencia de la traducción, entonces, Coleman y colaboradores se preguntaron qué pasaría con la replicación del poliovirus si se invirtiese esta tendencia en un gran número de pares de codones a la vez.

Usando una técnica pionera en unir genomas infecciosos de colecciones de fragmentos de ADN sintético, ellos generaron virus alterados en la parte del genoma viral que codifica para las proteínas de la cápside mediante cientos de cambios de nucleótidos. Se obtuvieron virus mutantes, ya sea con secuencias más comunes o con secuencias menos comunes, pero sin cambios en la secuencia de aminoácidos o en estructura secundaria de los ARN (figura 1). Estos virus fueron evaluados en su capacidad para replicarse en cultivo celular, por el número de partículas virales y el total de viriones infecciosos. Los resultados fueron sorprendentes: la sustitución del par de tripletes más común por los codones menos comunes tuvo poco efecto sobre el total de la producción de partículas, sin embargo, la infectividad de estas partículas se redujo cerca de 0.001 veces que la de las partículas tipo silvestre, en consonancia con la reducción del tamaño de las placas en el cultivo celular.

El genoma de una hebra de ARN del poliovirus se compone de regiones en los extremos, marcados como 5' y 3' no traducidas (NTR). Estas zonas no codificantes flaquean un único marco de lectura que comprende las regiones que codifican las proteínas (P1) del virión (cápside), así como las enzimas y otras funciones necesarias para la replicación intracelular (P2 y P3). J. Robert Coleman y colaboradores informaron recientemente cientos de mutaciones que afectan a pares de tripletes más comunes (azul) o a pares de tripletes menos comunes (rojo) en P1 sin cambios previstos en la secuencias de aminoácidos. El codón más común (grupo A) no tuvo ningún efecto sobre el tamaño de las placas (como zonas de células muertas debido a la infección iniciada por un solo virus) y sobre el número de partículas virales (grupo D), en comparación con el efecto el virus tipo salvaje (grupo B). Por el contrario, la sustitución del codón menos frecuente tuvo un efecto dramático sobre el tamaño de la placa (grupo C) y sobre la infectividad viral (grupo E), pero un impacto relativamente bajo en la producción de partículas (grupo D). La abreviatura cre se refiere al elemento de replicación cis, precursor P y la proteína VP del virión.

Los autores plantearon la hipótesis de que esta atenuación es el resultado de la acumulación de muchas pero pequeñas mutaciones deletéreas, a diferencia del pequeño número de mutaciones pero perjudiciales que se pueden encontrar en las actuales cepas de vacunas. Sus resultados fueron consistentes con las hipótesis: no se pudieron obtener revertantes de tipo salvaje del virus mutante, incluso después de muchos cultivos realizados. En un experimento final, se dieron cuenta de que la cepa mutante con la secuencia menos común podría inducir inmunidad protectora sin causar enfermedad cuando se inyectó en ratones susceptibles.

Estas observaciones pueden proporcionar un claro camino a la producción de vacunas seguras y eficaces para muchos patógenos virales. Sin embargo, el camino será muy prolongado. Queda mucho trabajo por delante, incluido ensayos más incisivos de atenuación, su aplicabilidad a otros virus, y la optimización del número y ubicación de las mutaciones introducidas. Sólo en ese momento se podrá realmente comenzar el desarrollo esperado.