Desarrollo de la vacuna covid-19. Una revisión corta sobre la “ruta científica” usada para el desarrollo de la vacuna.

Por Nina Portacio.

La vacuna contra el SARS-CoV-2 se ha conseguido en menos de un año y eso es un tiempo récord, para la ciencia, en este campo. Una combinación efectiva entre la ciencia básica y la ciencia aplicada. Revisé varios artículos científicos que describen el proceso biotecnológico y molecular que usaron BioNtech y Pfizer para el desarrollo de la misma. Una alianza estratégica que ya exhibe sus resultados; porque fue desarrollada por muchos grupos de investigación incluidos los investigadores de BioNtech, las investigaciones científicas previas que existían sobre la temática y luego escalada a nivel global en colaboración con Pfizer. No olvidemos que es la primera vacuna basada en ARN que autorizan la FDA (EE.UU., Food and Drug Administration) y la EMA (European Medicines Agency) a nivel mundial.

El nombre genérico de la vacuna es Tozinameran
(International Nonproprietary Names for Pharmaceutical Substances, INN), el nombre comercial es Comirnaty y el nombre técnico es BNT162b2. Básicamente, es una molécula de ARN mensajero (ARNm) que contiene la información codificada para fabricar una de las proteínas del coronavirus, la glicoproteína S (Spike) y está cubierta por una mezcla de lípidos; como una película de grasa que envuelve a la molécula de ARN y es capaz de penetrar al interior de las células. Una vez en el citoplasma, la información genética que transporta se traduce en forma de la proteína S codificada; es decir, en la espícula de la corona del virus. Para ello usa la maquinaria ribosomal de síntesis de proteínas que tenemos en todas nuestras células.

Lluis Montoliu, investigador del CSIC, plantea en su artículo de difusión científica 2020, que según el informe de evaluación realizado por la EMA el ARN de la vacuna Comirnaty (Pfizer/BioNtech) se ha preparado a partir de la secuencia de ARN del genoma original del coronavirus SARS-CoV-2, aislado de Wuhan-Hu-1, cuya secuencia completa de 29,903 ribonucleótidos de ARN de cadena sencilla se depositó en GenBank (MN908947.3) y cuya secuencia de aminoácidos codificados de la glicoproteína S corresponde a QHD43416.1.

El proceso lo describo de forma muy básica en los siguientes puntos:

1. Secuencia genómica completa (29, 903 ribonucleótidos de ARN) del virus SARS-CoV-2.

2. Identificación del fragmento del ARN viral (3822 ribonúcleotidos de cadena sencilla- ssRNA), que codifica para la glicoproteina S (Spike; proteína viral que se une a los receptores ACE2 de la célula humana).

3. Sobre la secuencia original de 1273 aminoácidos que codifican para la glicoproteína S de la secuencia de referencia (QHD43416.1); los aminoácidos K (lisina) y V (valina) en las posiciones 986 y 987 corresponden a las dos posiciones que se mutaron a P (prolina) en la secuencia final del mRNA, utilizado para bloquear la conformación de la proteína S en el estado prefusión con el receptor, con una antigenicidad óptima, de acuerdo a los estudios estructurales realizados por Wrapp y col., (2020).

4. La molécula de ARN que incluye la mutación requerida (posiciones K986P y V987P) fue sintetizada a nivel in vitro (se denomina ARN Vacunal para diferenciarlo del ARN viral original). No obstante, si se usara esta molécula envuelta en lípidos, así solamente; al parecer, se induciría una respuesta celular inmunogénica innata, que al final y para resumir, conduciría a un aumento del interferón alfa, el cual generaría una respuesta auto inmune que resulta peligroso y, de este modo, se invalidaría la estrategia a desarrollar. Por lo tanto, fue necesario llevar a cabo varios ajustes biotecnológicos sobre la molécula -fragmento de ARN con la mutación en la posición K986P y V987P- para ponerla a punto y sortear esta dificultad inmunogenética. Los ajustes hechos a la molécula, los describo en el siguiente ítem (5).

5. Se usaron neuclosidos modificados (Karikó y col., 2008 y Durbin y col., 2016), existentes en la naturaleza como la pseudouridina o la 1-metil-3’ pseudouridina, que no inducen respuesta inmunogénica contra el ARN y aumenta la capacidad de traducción (Svitkin, et. al., 2017). Por esta razón, los investigadores de BioNtech para sintetizar la molécula decidieron cambiar todas las uridinas (U) del ARN de la secuencia original de ARN que codifica la glicoproteina S por 1-metil-3′-pseudouridina (Ψ).

6. A pesar de que la molécula de ARN en desarrollo tenía incorporado pseudouridinas, continuaba siendo muy inestable. Por esta razón, le agregaron señales de protección en el extremo 5’ (estructura CAP – característica de todos los mRNAs) y una cola de poli adeninas en el extremo 3’ para mejorar su estabilidad. Además de otras señales de estabilización, como el uso de codones optimizados para las células humanas. Esto se hace, porque hay 20 aminoácidos y 64 posibles combinaciones de 3 letras-ribonucleótidos en el código genético (incluidas tres señales de paro de traducción). En consecuencia, varios codones de ARN codifican para el mismo aminoácido y no todos se usan con igual frecuencia en todas las especies (es probable que esté relacionado con la abundancia relativa de los t-RNA correspondientes), de ahí la frecuente “optimización” de los codones a la especie que va a traducir el ARN. Esta aproximación in vitro trata de simular al máximo los posibles mecanismos bioquímicos de interacción que se llevarían a cabo in vivo, pero jamás consigue emularlos. Por lo tanto, la aproximación no está exenta de problemas y por eso era tan importante optimizar al máximo el proceso, para alcanzar el objetivo.

7. Con todas esas modificaciones incorporadas a la secuencia del mRNA final de la vacuna COVID-19 Comirnaty desarrollada por Pfizer/BioNtech (que es bastante distinta al ARN original), se desarrollo la vacuna.

Con base en lo anterior, al final, surge la pregunta: ¿Existen muchas diferencias entre la secuencia de ARN original codificada en el genoma del coronavirus SARS-CoV-2 y la secuencia del mRNA usada en la fabricación de la vacuna contra la COVID-19 Cominarty, desarrollada por Pfizer/BioNtech?
Y la respuesta es Si. Existen muchas diferencias, más de 1000 letras cambiadas (exactamente 1061 ribonucleótidos substituidos). Para poder hacer una comparación y alineamiento directo entre las secuencias del ARN ORIGINAL (en el genoma ARN del coronavirus SARS-CoV-2) y la de mRNA FINAL (en la vacuna COVID-19 Cominarty) se requiere la ayuda de una herramienta bioinformática como Clustal Omega, de EMBLEMA – EBI.

El ARNm usado en la vacuna permanecerá activo un tiempo en el organismo (expresión transitoria). Pero tras cumplir un determinado ciclo de traducciones acabará degradándose y desapareciendo en forma natural (una estrategia segura), después de haber producido la glicoproteína S del coronavirus (bien sea entera o fragmentada) y presentarla en superficie para que el organismo genere anticuerpos contra ella, como respuesta inmunitaria. De tal forma, al estar vacunado, si entras en contacto con este virus ya existirían defensas; porque el sistema inmune reconocería (memoria inmunológica) la glicoproteína S del coronavirus. En eso radica la protección.

Para terminar, Montoliu L., indica que según el manual de evaluación de la EMA cada persona recibirá una dosis equivalente a 30 microgramos de ARN encapsuladas en las LNPs en un volumen final inyectable de 0.3 ml para cada dosis y se requieren dos dosis para alcanzar el 95% de protección. La segunda dosis debe ser aplicada a los 21 días, según el informe de la EMA y la FDA. Cabe mencionar, que por ahora no se debe aplicar en menores de edad y en personas que sean alérgicas a sus componentes; salvo estas excepciones, lo apropiado es vacunarse para apoyar la obtención de la inmunidad colectiva.

BIBLIOGRAFÍA.

a) Secuencia de referencia del SARS CoV-2 de 29,903 ribonucleótidos de ARN de cadena sencilla depositada en GenBank (MN908947.3).
b) Secuencia original de 3822 ribonucleótidos de ARN de cadena sencilla (ssRNA) que corresponde a la secuencia codificada para la glicoproteína S, en las coordenadas 21563 a 25384, de la secuencia de referencia (MN908947.3).
c) Secuencia original de 1273 aminoácidos codificados para la glicoproteína S de la secuencia de referencia (QHD43416.1).
d) Clustal Omega, de EMBLEMA- EBI (herramienta informática).
e) Montoliu Lluis, 2020.
f) Wrapp y col., 2020.
g) Karikó y col., 2008.
h) Durbin y col., 2016.
i) Svitkin, et. al., 2017.
j) FDA (U. S. Food and Drug Administration) y EMA (European Medicines Agency).
k) Web oficiales de las empresas: BioNTech, Pfizer y Moderna Therapeutics.
l) News papers: New York Times, El país.

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