Biotecnología para el Sector Agropecuario
de los Países en Desarrollo:
Problemas y Oportunidades
BIOTECNOLOGÍA Y VACUNAS DE USO VETERINARIO
W. IVAN MORRISON
Las existencias de productos de origen animal en los países en desarrollo deben aumentar para atender la demanda cada vez mayor proveniente de la población en crecimiento y del rápido proceso de urbanización. Por causa de la competencia por el uso de la tierra, el crecimiento necesario de la producción pecuaria deberá provenir en gran parte de la mayor eficiencia de los sistemas dentro de los cuales se realiza. La enfermedad es uno los principales factores contribuyentes a la deficiencia de la productividad de la industria ganadera en los países en desarrollo. Ese es particularmente el caso en África al Sur del Sahara, donde las pérdidas de animales por causa de enfermedades se estiman en $4.000 millones anuales, cifra que representa aproximadamente 25% del valor total de la producción pecuaria. La tripanosomiasis transmitida por la mosca tsetsé y las enfermedades transmitidas por garrapatas son los problemas más importantes para la industria ganadera en esa región. Hay agentes terapéuticos para tratar algunas de esas enfermedades, pero sigue habiendo problemas. Por ejemplo, la quimioterapia no es práctica como medio principal de control de enfermedades por su elevado costo, y la aplicación intensiva puede crear microorganismos farmacorresistentes. Se ha demostrado que el control de los vectores artrópodos para prevenir las enfermedades, particularmente las transmitidas por las garrapatas, es difícil de mantener por causa de los costos, la necesidad de tener una infraestructura bien establecida y las manifestaciones de resistencia a las sustancias químicas empleadas. La vacunación ofrece un método de control de enfermedades potencialmente más eficaz y sostenible.
OPORTUNIDADES CREADAS POR LOS ADELANTOS EN BIOTECNOLOGÍA E INMUNOLOGÍA
Las vacunas preparadas con métodos tradicionales han tenido un gran efecto en el control de la fiebre aftosa, la peste bovina y otras enfermedades víricas epidémicas que afectan al ganado. Pero han fallado los intentos por preparar vacunas contra muchas otras enfermedades importantes, particularmente las parasitarias. Los rápidos avances en los campos de biotecnología e inmunología en los dos últimos decenios han creado nuevas oportunidades de preparación de vacunas contra las enfermedades parasitarias. Se ha desvanecido el optimismo inicial de comienzos del decenio de 1980 por la rápida obtención de vacunas provenientes de aplicaciones de la tecnología de ADN recombinante. La experiencia ulterior ha demostrado que, a diferencia de los métodos tradicionales de preparación de vacunas, la explotación acertada de la tecnología de ADN recombinante exige conocimientos de los agentes patógenos escogidos como objetivo y de la respuesta humanitaria que provocan, así como de la forma en que puede manipularse esa respuesta. Desde comienzos del decenio de 1980, una serie de descubrimientos fundamentales en el campo de la inmunología ha permitido comprender minuciosamente cómo maneja y reconoce el sistema inmunitario los microorganismos patógenos y las diferentes maneras en que la respuesta humanitaria controla las infecciones. Estos nuevos conocimientos tienen importancia directa en todas las etapas de la preparación de vacunas, desde la identificación de los genes o proteínas que necesitan incorporarse a una vacuna, hasta el diseño de un sistema de administración de vacunas que produzca una determinada clase de respuesta inmunitaria. Esos adelantos, junto con otros descubrimientos en la aplicación de la tecnología de ADN, proporcionan ahora un sólido marco conceptual para la preparación racional de nuevas vacunas.
USO DE BIOTECNOLOGÍA PARA LA PREPARACIÓN DE VACUNAS CON POTENCIAL TERAPÉUTICO
En la actualidad hay dos métodos principales de preparación de vacunas con técnicas de ADN recombinante. El primero consiste en la supresión de los genes determinantes de la virulencia del agente patógeno, con lo que se producen microorganismos atenuados (no patógenos) que pueden emplearse como vacunas vivas. Con la tecnología actual, esta estrategia es más apropiada para tratar las enfermedades víricas y bacterianas que los parasitarias. Se han preparado vacunas vivas atenuadas contra los virus del herpes causantes de pseudorrabia en los cerdos y de rinotraqueítis bovina infecciosa en el ganado. También se han producido varias vacunas con potencial terapéutico contra Salmonella.
La segunda estrategia consiste en identificar las subunidades de los agentes patógenos que contengan proteínas que puedan estimular la inmunidad. Este es el método preferido para determinar la utilidad de muchos de los agentes patógenos más complejos. Exige profundos conocimientos de las respuestas mediadoras de la inmunidad. Estos conocimientos ayudan a identificar las proteínas importantes escogidas como objetivo. La estrategia puede ilustrarse con el método empleado por el Instituto Internacional de Investigaciones Pecuarias (ILRI) (que incorpora el antiguo Laboratorio Internacional de Investigaciones sobre Enfermedades de los Animales) para preparar una vacuna contra Theileria parva, el parásito causante de la fiebre de la Costa Oriental que afecta al ganado en África. Los estudios de la respuesta inmunitaria al parásito han revelado una respuesta de anticuerpos al parásito en su estadio infeccioso producido por las garrapatas, así como una respuesta inmunitaria por mediación celular contra los estadios residentes dentro las células del ganado. Se han identificado una proteína del parásito reconocida por la respuesta de anticuerpos y el gen correspondiente. Se ha demostrado que la proteína expresada a partir de ese gen, cuando se usa para vacunar al ganado en condiciones experimentales, protege a una parte de los animales contra los parásitos. La identificación de las proteínas de parásitos reconocidas por la respuesta inmunitaria por mediación celular presenta una gran dificultad, pero ahora se emplean varios métodos creados recientemente con ese fin para resolver dicho problema. Vale la pena recalcar que no habría sido posible emplear estos nuevos métodos de preparación de la vacuna contra la fiebre de la Costa Oriental sin la investigación estratégica dedicada a entender las características inmunitarias de la enfermedad.
Otra novedosa estrategia ideada de vacunación contra los parásitos hematófagos entraña el uso de componentes de la pared intestinal de los parásitos que comúnmente no están expuestos al sistema inmunitario del huésped. Los anticuerpos formados por la acción de la vacuna son ingeridos por la garrapata durante la alimentación, destruyen la pared intestinal del parásito y le causan la muerte. Esa estrategia se ha usado con éxito para preparar una vacuna contra la garrapata Boophilus microplus que tiene un solo huésped.
Los rápidos adelantos recientes en la determinación de las secuencias del genoma de los agentes patógenos prometen ser de enorme beneficio para crear agentes patógenos atenuados e identificar proteínas apropiadas para uso como vacunas. Ahora se dispone de secuencias completas del genoma de un creciente número de agentes bacterianos que son patógenos para el ser humano. En el curso de un año se espera acabar de determinar las secuencias del genoma del parásito de la malaria humana, Plasmodium falciparum. Indudablemente, esos descubrimientos tendrán gran efecto en las estrategias empleadas en la preparación de la vacuna.
NUEVOS SISTEMAS DE PREPARACIÓN DE VACUNAS
Las vacunas vivas atenuadas estimulan una respuesta inmunitaria similar a la provocada por los agentes patógenos progenitores y suelen conferir inmunidad duradera. Las vacunas preparadas con microorganismos muertos requieren incorporación de coadyuvantes (agentes que intensifican las características que confieren inmunidad), y la respuesta humanitaria que provocan suele ser más limitada y de menor duración que la provocada por las vacunas vivas. La administración conjunta con coadyuvantes también es un método comúnmente empleado al trabajar con proteínas de subunidades, pero puede carecer de efecto en algunos casos. Los adelantos de la biotecnología han proporcionado varios otros sistemas de preparación de vacunas con proteínas de subunidades que superan esas deficiencias y ofrecen algunas de las ventajas de las vacunas vivas. Dos de los métodos más prometedores son el uso de microorganismos atenuados como vectores vivos y la vacunación con ADN.
Las vacunas con vectores vivos incorporan un gen codificador de una proteína de subunidades al genoma de un microorganismo atenuado que, en sí, puede emplearse como vacuna atenuada. La proteína se produce luego cuando el microorganismo se multiplica en el animal. Se ha empleado una vacuna que contiene un gen del virus de la rabia para proteger a los zorros contra esa enfermedad. Se ha demostrado que una cepa atenuada del virus de la viruela de las ovejas y las cabras que contiene genes del virus de la peste bovina protege al ganado contra esa enfermedad. Aunque este sistema ofrece poca ventaja en relación con la vacuna convencional contra peste bovina, muestra las posibilidades que ofrece el vector para preparar vacunas con otras proteínas.
El uso de ADN para vacunación se basa en el descubrimiento de que la inyección de genes en forma de plásmidos puede estimular la respuesta inmunitaria a los respectivos productos genéticos. Esto ocurre como resultado de la absorción y expresión de los genes por las células del animal después de la inyección. Se ha notificado estímulo de la respuesta inmunitaria y protección parcial conferida por varios genes de agentes patógenos en diversas especies de ganado, pero ninguno de ellos ha permitido todavía preparar una vacuna totalmente eficaz.
Los sistemas de vacunación con vectores vivos y ADN podrían manipularse más para mejorar las características de los productos genéticos que confieren inmunidad. En estudios experimentales se ha demostrado que esos sistemas ofrecen un enorme potencial para la preparación de vacunas que provocan una respuesta inmunitaria apropiada y duradera.
POSIBILIDADES DE PREPARACIÓN DE VACUNAS CONTRA LAS ENFERMEDADES TRANSMITIDAS POR GARRAPATAS
Las enfermedades parasitarias y bacterianas transmitidas por garrapatas (teileriasis, hidropericardio [cowdriasis], babesiosis y anaplasmosis) que afectan al ganado en las regiones tropicales y subtropicales constituyen un importante punto de enfoque para la preparación de vacunas por causa de su marcado efecto en la producción pecuaria. Las primeras observaciones mostraron que los animales que se recuperaban de esas enfermedades se mantenían inmunes. Esos descubrimientos fomentaron la idea de que debería ser posible vacunar. En realidad, se demostró que varios protocolos de inmunización con microorganismos vivos (ya sea con microorganismos atenuados o por medio de infección y tratamiento) eran eficaces contra la teileriasis y la babesiosis, pero su uso en los países en desarrollo era limitado por causa de la compleja infraestructura necesaria para producir y distribuir parásitos vivos. Aunque todavía no se han producido nuevas vacunas contra esas enfermedades, es alentador el progreso alcanzado en la preparación de nuevas vacunas con potencial terapéutico. La reciente creación de un eficiente sistema de cultivo de Cowdria ruminantium, la bacteria causante de hidropericardio, ha llevado a hacer experimentos de inmunización con bacterias inactivadas, con resultados prometedores. También se ha demostrado que una proteína del estadio infeccioso del parásito Theileria parva tiene propiedades de protección y los adelantos en el estudio de las características inmunitarias de este parásito han llevado a establecer procedimientos de examen para identificar las proteínas reconocidas por la respuesta inmunitaria mediada por células protectoras. Las proteínas de ambos estadios del parásito probablemente necesitarán usarse para producir una vacuna potente contra la fiebre de la Costa Oriental de África. Varios estudios similares de la respuesta inmunitaria del ganado a los microorganismos causantes de babesiosis y anaplasmosis han permitido identificar varias proteínas, algunas de las cuales confieren protección en condiciones experimentales.
CONCLUSIÓN
Hay buenas razones para creer que se producirán vacunas contra una parte o la totalidad de las enfermedades de los animales, si se dispone de los recursos científicos y financieros necesarios. Sin embargo, no se debe subestimar la complejidad de los problemas abordados. Las oportunidades que presentan los adelantos en biotecnología solamente pueden explotarse debidamente si se entienden las características biológicas de los agentes patógenos escogidos como objetivo y las enfermedades que causan. Ese método exige una cuantiosa inversión en investigaciones estratégicas. Por razones fáciles de comprender, la actual política de financiamiento en los países en desarrollo recalca enfáticamente una solución de los problemas que redunde en beneficio práctico a corto plazo. Al determinar la política futura, las autoridades normativas y los órganos de financiamiento no deben perder de vista los grandes beneficios que se pueden derivar a largo plazo de la inversión en investigaciones estratégicas sobre preparación de vacunas.
Para más información véase N. Mowat y M. Rweyemamu, eds., Vaccine Manual: The Production and Quality Control of Veterinary Vaccines for Use in Developing Countries, FAO Animal Production and Health Series, No. 35 (Roma: Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación, 1997); D. J. McKeever y W. I. Morrison, «Novel Vaccines Against Theileria parva: Prospects for Sustainability», International Journal of Parasitology 28 (1998): 693-706; y Parasitology Today 15 (No. 7, 1999), número especial sobre vacunas contra enfermedades transmitidas por garrapatas.
Ivan Morrison es director adjunto del Institute of Animal Health, Immunology and Pathology, Compton, Inglaterra (correo electrónico: animal.health@bbsrc.ac.uk).