Científicos del IREC proponen la aplicación de la vacunómica cuántica para contribuir al desarrollo de vacunas, facilitando las combinaciones de antígenos dirigidos a la infección y transmisión de patógenos en enfermedades infecciosas actuales y emergentes como la COVID-19.
Las vacunas son la intervención más eficaz y ecológica para el control de las enfermedades infecciosas y han evolucionado a través de diferentes etapas de la vacunología hasta llegar a las plataformas vacunómicas actuales. La vacunología progresó con los avances en ingeniería genética y biotecnología hasta llegar a la vacunología inversa, la vacunología computacional, la vacunología personalizada y las vacunas recombinantes, pero los últimos avances en vacunómica han proporcionado nuevas plataformas para acelerar y mejorar el desarrollo de vacunas.
Una nueva propuesta liderada por los investigadores José de la Fuente y Marinela Contreras, del Grupo de Investigación en Sanidad y Biotecnología (SaBio) del Instituto de Investigación en Recursos Cinegéticos (IREC – CSIC, UCLM, JCCM), consiste en la aplicación de la vacunómica cuántica. Este nuevo enfoque se basa en el concepto de biología e inmunología cuánticas, y plantea la cuestión de si las leyes de la física atómica y cuántica tienen una importancia esencial para la vida.
Tras el descubrimiento de la estructura de la doble hélice del ADN por parte de Watson y Crick, Löwdin propuso en 1963 el túnel de protones como mecanismo de las mutaciones puntuales en el modelo de ADN. Estos descubrimientos dieron apoyo a la disciplina de la biología cuántica. Sin embargo, el área de la biología cuántica relacionada con la mutación requiere pruebas experimentales que son difíciles de obtener debido a las dificultades de su trazabilidad a la medición física precisa contrastando la mutagénesis aleatoria incoherente con la mutagénesis cuántica coherente. No obstante, se acepta que la dinámica cuántica dentro de los sistemas vivos ha sido sometida a una evolución optimizadora, y la vida ha aprendido a manipular estos sistemas cuánticos en su beneficio en formas que deben ser abordadas por futuros estudios de biología cuántica.
Sobre la base de estos hallazgos, el desarrollo del sistema inmune contiene procesos aleatorios como los eventos de recombinación de inmunoglobulinas y la correlación directa entre la coordinación atómica y la inmunogenicidad de los péptidos, que apoyan la inmunología cuántica y permiten abordar la cuestión genérica de las interacciones proteína-proteína.
La caracterización de las interacciones proteína-proteína y la vacunómica se han propuesto como enfoques para el desarrollo de vacunas. En similitud con la definición de Albert Einstein de que el fotón es un quantum de luz, se propusieron los epítopos inmunoprotectores como el quantum inmunológico. A continuación, propusimos el enfoque de la vacunómica cuántica basado en la caracterización del quantum inmunológico para seguir avanzando en el diseño de vacunas más eficaces y seguras para el control y la prevención de la COVID-19 y otras enfermedades infecciosas emergentes.
Vacunómica para abordar los retos de la vacunación.
La vacunómica cuántica se centró entonces en la caracterización de las interacciones moleculares hospedador-vector-patógeno y la respuesta inmune a las variantes del SARS-CoV-2 utilizando un enfoque de biología de sistemas para el análisis de conjuntos de datos ómicos. La línea de trabajo propuesta consiste en (a) la caracterización del interactoma celular y el reguloma en las interacciones vector-hospedador-patógeno para la identificación de proteínas implicadas en la regulación de múltiples procesos biológicos a través de interacciones físicas con otras proteínas, (b) la identificación y caracterización de dominios de interacción de proteínas, (c) la caracterización de epítopos protectores conservados en los dominios de interacción de proteínas, y (d) el diseño y producción de antígenos protectores quiméricos.
La justificación de la selección de estas proteínas es que la vacunación con epítopos protectores en dominios de interacción de proteínas inducirá una respuesta de anticuerpos que no sólo interferirá con la translocación de la proteína al núcleo, sino que también bloqueará las interacciones proteína-proteína implicadas en la regulación de múltiples procesos biológicos. Una prueba del concepto anterior fueron las vacunas basadas en antígenos quiméricos que contienen epítopos protectores de Akirin/Subolesina (Q38 y Q41), que mostraron su eficacia para el control de diferentes ectoparásitos y de la infección por patógenos transmitidos por vectores.
La glicoingeniería de antígenos quiméricos vacunales es otro enfoque con posibilidades prometedoras para mejorar la eficacia de las vacunas mediante la caracterización y selección de biomoléculas de tipo glicano junto con epítopos protectores de proteínas para la generación de vacunas multiepitópicas con mayor eficacia. Basándose en este enfoque, la inmunización con el glicano Gal(alfa)1-3Gal(beta)1-(3)4GlcNAc-R (alfa-Gal) ha demostrado inducir una inmunidad protectora frente a diversas enfermedades infecciosas.
Los antígenos diseñados en base al quantum inmunológico tienen limitaciones asociadas principalmente a las dificultades para reproducir la estructura 3D original de los epítopos y a la escasa eficacia protectora de los anticuerpos dirigidos contra los epítopos protectores en comparación con los anticuerpos policlonales dirigidos contra la proteína completa. No obstante, algunas de estas limitaciones podrían abordarse mediante la adición de modificaciones de los glicanos y el uso de plataformas de producción de vacunas, como las partículas similares a los virus (VLP).
El enfoque propuesto de la vacunómica cuántica es un paso adelante para abordar los principales retos y seguir avanzando en la vacunología que permitirá un mejor diseño de vacunas más eficaces y seguras para el control de las enfermedades infecciosas.
Puedes consultar la publicación científica de este trabajo de investigación en:
- De la Fuente, J., Contreras, M. 2021. Vaccinomics: a future avenue for vaccine development against emerging pathogens. Expert Review of Vaccines (2021).
