LAS VACUNAS Y LA

PROTEOMICA EN EL ESPACIO

VACUNAS FABRICADAS EN EL ESPACIO

Ya se está empezando en la Estación Espacial Internacional a fabricar sustancias biológicas que aportarán grandes ventajas a la humanidad, respecto a problemas de salud y curación de enfermedades. Las condiciones de microgravedad que tantos problemas supone para la vida de los astronautas en el espacio (descoordinación de los fluidos corporales, congestiones, deterioro del sistema inmunologico, gradual pérdida de glóbulos rojos, osteoporosis, etc.) paradójicamente puede ayudar mucho a la humanidad.

El reto es que mediante estudios en el Espacio se pueda comprender mejor los mecanismos que gobiernan el funcionamiento de nuestro organismo a escala molecular, uno de los grandes sueños de la ciencia. La empresa, no es imposible.

LAS VACUNAS Y LA INMUNIDAD

La primera vacuna fue conseguida por primera vez por Jenner en el siglo XVIII al inyectar extractos de pústulas de vacas enfermas de «cow-pox» a personas sanas (vacunación); dichas personas nunca padecieron la viruela. La vacunación consiste en inyectar microbios de la enfermedad, muertos o atenuados, que ponen en marcha el mecanismo inmunológico, formándose anticuerpos específicos, pero que son incapaces de desarrollar la enfermedad auténtica ya que los microbios no pueden reproducirse .

Cuando cualquier substancia extraña sea molécula producida por un microbio patógeno o cualquier molécula natural (antígeno) penetra en el organismo los linfocitos B se unen a ella y algunos de los linfocitos B se transforman en otro tipo de células llamadas plasmáticas. Las células plasmáticas son capaces de producir grandes cantidades de unas proteínas (anticuerpos) que se unen a la substancia extraña y la destruye, evitando así la toxicidad o acción patológica de la substancia sobre el organismo. Esta es la respuesta primaria del sistema inmunitario inmunidad humoral primaria. Los anticuerpos fabricados al permanecer en la sangre durante un tiempo limitado confiriendo al individuo capacidad de resistir el ataque al invasor. De cualquier forma, el sistema inmunológico tiene también capacidad ante una nueva infección ,producida mucho tiempo después por el mismo antígeno, para responder elaborando nuevamente con gran rapidez y en cantidad aun mayor los anticuerpos que bloquean a los microbios y los tóxicos que estos producen (respuesta inmunitaria secundaria).

Las vacunas crean una inmunidad artificial activa al desencadenar la respuesta y preparación del sistema inmune para un posterior ataque. Para lograr una mayor eficacia inmunológica ante la infección microbiana real se requieren varias inyecciones periódicas de la vacuna específica.

En la actualidad se dispone de vacunas contra el cólera, la tuberculosis, la difteria, el tétanos, la viruela, el sarampión, la meningitis, la rabia, la poliomielitis y el tifus, entre otras enfermedades. El agente que se introduce (inmunógeno) en las vacunas suele ser un virus atenuado, bacterias muertas o sustancias purificadas de éstas. La vacunación siempre se efectúa en prevención de la enfermedad, como profiláctico.

LOS ANTIGENOS Y LOS ANTICUERPOS

Los antígenos pueden definirse como las sustancias que inducen a las células del aparato inmunológico a producir anticuerpos específicos. Pueden ser antígenos moléculas de otro individuo de la misma especie (isoantígenos) o sustancias de individuos de otras especies (heteroantígenos). Los antígenos contienen un grupo hapteno que es un radical del antígenos por el que se le unen los anticuerpos, pero que por sí mismo un hapteno libre no estimula la producción de anticuerpos. Las moléculas de los antígenos poseen unas zonas denominadas determinantes donde se encuentra el grupo hapteno pero que es más amplia, que son donde encajan y queda ligados específicamente al antígeno su anticuerpo correspondiente. En los antígenos proteicos el determinante suele estar constituido por cuatro o cinco aminoácidos con un grupo hapteno en el centro.

Los antígenos pueden ser de naturaleza proteica, glucídica o lipídica, aunque los más frecuentes son los proteicos.

Los anticuerpos son moléculas siempre de tipo proteico que se liberan en sangre al ser producidas por las células plasmáticas. En el plasma se unirán con sus antígenos específicos, resultando de ello la anulación del carácter tóxico del antígeno o la inmovilización del microorganismo invasor. Los anticuerpos son proteínas del grupo de las globulinas y reciben también el nombre de inmunoglobulinas (lg).

Existen diferentes inmunoglobulinas, que reciben el nombre de IgG, IgM, IgO, IgA, e IgE. En la especie humana, las de tipo IgG son las más importantes representan por sí solas el 85 % de las inmunoglobulinas circulantes por la sangre. Las IgG o gammaglobulinas tienen un peso molecular es de 150.000. Al tratarlas con ácidos orgánicos se escinden en dos cadenas de peso molecular 50.000 (cadenas pesadas o H) y dos cadenas de peso molecular 25.000 (cadenas ligeras o L). Tratadas con la enzima papaína se rompen en tres porciones: dos de ellas iguales y con capacidad de unirse al antígeno, o fragmentos FAB (antigen-binding fragments), y una tercera capaz de ser cristalizable o fragmento FC.

Posteriormente se comprobó que los fragmentos FAB están compuestos por una cadena ligera y por parte de una pesada, unidas por un puente disulfuro. El fragmento FC está compuesto por el resto de las dos cadenas H unidas también por otro puente disulfuro. Espacialmente, las IgG tienen forma de Y; cada uno de los extremos divergentes de la Y es capaz de unirse a un determinante antigénico.

Se entiende por respuesta inmune el proceso de fabricación de anticuerpos a instancia de antígenos que penetran en la circulación sanguínea del animal. Se distinguen dos tipos de respuesta inmune: la primaria y la secundaria.

En la respuesta inmune ante un segundo contacto con el antígeno las inmunoglobulinas IgG son producidas de forma más rápida y se alcanzan valores de Ig mucho más elevados. Parece como si las células inmunológicas (linfocitos B y T) tuviesen memoria, ya que pueden mantener durante varios años la capacidad de producir una respuesta secundaria, consiguiéndose, por lo tanto, una inmunidad prolongada.

Estructura de la IgG y acción de la papaína sobre ella.

Conexión de las IgG a los antígenos.

LA REACCION ANTIGENO-ANTICUERPO

Los anticuerpos son específicos porque están destinados a unirse con sus antígenos mediante una reacción denominada antígeno-anticuerpo. Como consecuencia de esta reacción las moléculas del antígeno pierden su carácter tóxico y son más fácilmente fagocitadas por los glóbulos blancos. Existen diferentes tipos de reacciones antígeno-anticuerpo.

Reacción de precipitación.

Se lleva a cabo cuando el anticuerpo se une a una molécula antigénica soluble en el plasma; el complejo antígeno-anticuerpo formado resulta insoluble, con lo que tiende a precipitar. El ritmo de precipitación de complejos insolubles antígeno-anticuerpo es máximo cuando hay una cantidad equivalente de anticuerpos a la de antígenos existentes.

Mientras que los principales anticuerpos (IgG) son bivalentes, los antígenos son multivalentes, pudiendo poseer varios tipos de determinantes. Una propiedad importante de la precipitación inmunológica es la reversibilidad: cuando se añaden antígenos a un suero con precipitados de complejo antígeno-anticuerpo, se produce la disociación de éstos y la solubilidad del precipitado.

Reacción de la precipitación de un antígeno con varios determinantes diferentes.

Reacción de aglutinación.

Cuando los antígenos son células se produce un agregado de células (aglutinado) con las moléculas del anticuerpo como nexo de unión entre ellas. Las moléculas de las células o de las bacterias que actúan como antígenos tienen generalmente misión estructural en la membrana o en la pared bacteriana. Una variedad particular de aglutinación es la aglutinación pasiva, que consiste en la adherencia de antígenos solubles a la superficie de los glóbulos rojos que actúan como “soporte” o sustrato; posteriormente, los anticuerpos específicos, al reaccionar con ellos, determinan la aglutinación de todo el conjunto que precipita.

Reacción de aglutinación.

LA INVESTIGACIÓN ESPACIAL Y LAS VACUNAS. EL EJEMPLO DEL ESTUDIO DEL VIRUS MORTAL- RESPIRATORIO SINCÍTICO

Las vacunas artificiales están constituidas por anticuerpos, y estos son proteínas, en particular del tipo gammaglobulinas o inmunoglobulinas como ya hemos visto. La síntesis o aislamiento de estas proteínas que tienen una compleja estructura tridimensional es posible en la tierra pero no se obtienen ni en cantidad suficiente ni con un grado de pureza cristalina adecuado para que sean estudiadas en experimentos médicos. Sin embargo la ciencia ha puesto de manifiesto que la cristalización de proteínas en el espacio y en particular de proteínas que tienen carácter de vacunas es muy ventajosa tanto para obtener moléculas más puras en mayor cantidad como mejor cristalizadas y de manera más fácil, con el consiguiente ahorro de tiempo. En definitiva los estudios de proteínas y en particular de vacunas obtenidas cristalizadas en el espacio supone un ahorro de varias decenas de años respecto a investigaciones exclusivamente terrestres. La investigación se acelera y la obtención de resultados prácticos en estudios teóricos biomédicos son más inmediatos. Se abre así un atajo hacia sus aplicaciones a la vida diaria en biotecnología y medicina.

A continuación vamos a citar un ejemplo de los avances dados por la NASA e investigadores de biotecnología industrial para caracterizar una vacuna importante. Esos científicos han dado un gran salto en el tratamiento del peligroso virus sincítico causante de neumonía e infección severa en las vías respiratoria superiores en niños pequeños. La infección ataca también en una fase más avanzada las vía respiratorias y pulmones. Según la Academia Nacional de Ciencias (Instituto de Medicina de Washington, D.C.), casi 4.000.000 niños de 1-5 años se infectan cada año por el virus. Aproximadamente 100.000 de estos niños requieren hospitalización y 4.000 mueren anualmente debido a esta infección. Este virus es considerado por médicos, causa la enfermedad infecciosa más grave para infantes de EE.UU.

Mediante investigaciones en el espacio y en la tierra de la NASA, se ha determinado la estructura tridimensional atómica de un anticuerpo de ese virus muy importante como potencial agente terapéutico (vacuna sintética que podría ser fabricada). Los anticuerpos ayudan el sistema inmunitario del individuo para neutralizar toxinas y virus cuando intentan invadir células sanas. Conocimiento de la estructura molecular del anticuerpo permitirá a los científicos entender las importantes interacciones entre el anticuerpo y virus, facilitando el desarrollo de tratamientos contra la enfermedad. Todavía no hay ninguna vacuna, pero como este anticuerpo neutraliza todas las variantes conocidas del virus, pero terapias desarrolladas a partir de este anticuerpo se espera que tengan un gran impacto sobre la elevada tasa de mortalidad causada por la enfermedad.

El anticuerpo viral ha sido usado en la Base Espacial Columbia para hacer crecer cristales del anticuerpo en el ambiente de microgravedad del espacio. Los cristales así obtenidos del anticuerpo llegaron a ser mayores y de calidad mejor que los previos de partida que crecieron en Tierra. A partir de estos excelentes cristales, y obteniendo una imagen cristalográfica mediante un equipo muy especial de Radiografía X y complejos cálculos con ordenadores, los científicos han localizado las posiciones importantes de grupo de átomos individuales en la estructura del cristal. Así se construyó un modelo del anticuerpo. Los cristales crecidos en el espacio son de un gran tamaño y gran perfección en la ordenación de sus moléculas.