Un grupo de científicos y científicas bonaerenses avanzan en una formulación para inmunizar contra la toxoplasmosis a animales de interés económico a partir del empleo de plantas como alternativa a las plataformas convencionales de desarrollo de vacunas. Este inoculante de uso veterinario tiene dos objetivos: reducir la carga parasitaria en los animales de granja y de esa manera disminuir la posibilidad de transmisión del parásito a los humanos.
La toxoplasmosis es una infección provocada por el parásito Toxoplasma gondii. Este se transmite a animales de sangre caliente, incluido el humano, por la ingesta de carnes mal cocidas, alimentos contaminados como frutas, verduras o agua. En personas, en general, no implica complicaciones clínicas importantes, excepto en inmunodeprimidas o en mujeres embarazadas que se infectan por primera vez, ya que puede producir abortos o graves secuelas a los bebés.
Por otro lado, en animales de granja, este parásito puede ocasionar grandes pérdidas económicas. “La tasa de prevalencia de Toxoplasma gondii en animales de granja más alta es en ovejas, cabras y cerdos. En ovejas, además, es importante por los abortos que ocasiona”, dijo Marina Clemente, investigadora del CONICET y responsable del Laboratorio de Molecular Farming y Vacunas del Instituto Tecnológico de Chascomús (INTECH, CIC-CONICET-UNSAM).
Clemente explicó cómo lograron la formulación de la vacuna: “La información genética, o sea un gen de una proteína de T. gondii, que llamaremos antígeno, se la ‘sacamos’ al parásito. Luego le sacamos otro gen a la planta que codifica para una proteína llamada Hsp90, pero que aquí la llamaremos adyuvante. En un tubo de ensayo juntamos los genes de estas dos proteínas en un solo gen, el cual genera una proteína en forma de quimera: la unión del antígeno de Toxoplasma gondii y adyuvante de planta”.
Pero no es todo: “Luego le introducimos ese gen a la célula vegetal, en otra planta, para que esta sintetice la proteína quimérica de interés. A las semanas extraemos tejido vegetal, lo pulverizamos, purificamos y obtenemos la proteína quimérica antígeno de Toxoplasma gondii – adyuvante con la cual inoculamos a los ratones”.
En este ensayo con ratones, los y las expertas observaron una buena respuesta inmune. En una persona o un animal en el que su sistema inmune funciona bien el parásito queda neutralizado, pero este finalmente se enquista en algunos tejidos, entre ellos el cerebro. “La forma que nosotros podemos ver el grado de protección de nuestra formulación vacunal es, justamente, contando la cantidad de quistes presentes en los cerebros de los ratones”, explicó. Y aseguró que con la formulación desarrollada “notamos una reducción en el porcentaje de quistes de un 65%. Es un porcentaje bastante alto con una única proteína del parásito, con lo cual es alentador”, dijo Clemente.
Ahora, los y las científicas buscan una vacuna que sea multicomponente, es decir que sea multiantigénica. Esto permitiría incrementar esa respuesta inmune.
Hasta acá, una síntesis. Pero para ampliar es necesario explicar por qué utilizan plantas para hacer una vacuna.
Plantas como biofábricas
La novedad de este avance tiene como protagonistas a las plantas que, entre otras cuestiones, resultan ser una plataforma mucho más barata a la convencional para producir una vacuna. “Así como se puede utilizar microorganismos para producir proteínas recombinantes, es decir proteínas de otro organismo -como por ejemplo la insulina en bacterias- también se pueden utilizar a las plantas como biofábricas”, aseguró Clemente.
“La ventaja que tienen las plantas frente a los microorganismos es que son eucariotas entonces todas las modificaciones que sufren las proteínas durante su proceso de síntesis son similares a las que ocurren en una célula de mamíferos”, explicó la experta.
Clemente, por otro lado, advirtió que “además, las plantas son un sistema mucho más económico en cuanto a costos porque básicamente necesitan luz y agua; y el sistema de escalado también es mucho más simple”.
El proceso
Específicamente, para el diseño de esta vacuna, la variedad vegetal utilizada para la síntesis de la proteína es Nicotiana benthamiana, una planta de tabaco. “Esta posee una alta biomasa. Es prácticamente toda hojas. Y como la proteína se expresa en las células de la hoja los rendimientos son mucho más eficientes que en otros cultivos”, detalló Clemente.
Además, es una planta de crecimiento rápido, así que los y las científicas pueden tener plantas adultas durante todo el año pudiendo, así, aplicar una tecnología que permite la inoculación del gen de interés de forma rápida y sencilla. De esta manera, a las pocas semanas, se puede estar purificando la proteína buscada.
Por otro lado, el grupo de científicos y científicas han caracterizado a lo largo de estos años unas proteínas de origen vegetal tipo Hsp90. “Las Hsp90 son denominadas proteínas de choque térmico porque, justamente, se inducen frente al calor y, por otro lado, tienen propiedades moduladoras de la respuesta inmune”. Es decir: funcionan como un adyuvante y también como acarreadora de la molécula que porta el antígeno derivado del parásito Toxoplasma gondii, denominada SAG1.
Entonces: Se fusionan por manipulación genética los fragmentos antigénicos de SAG1, una proteína que se localiza en la membrana de la superficie de T. gondii, con una proteína vegetal, denominada HSP90, extraída de una planta modelo, Arabidopsis thaliana, que sirve como adyuvante y carrier.
Pero ¿De qué manera se expresan el antígeno y el adyuvante en el vegetal? Clemente lo explicó así: “Mediante ADN recombinante generamos un solo gen de los dos y luego introducimos dicho gen quimérico dentro de la célula vegetal de la planta Nicotiana benthamiana (la planta de tabaco). Se hace por medio de una técnica denominada agro infiltración. Esta técnica utiliza un vector biológico, la bacteria Agrobacterium tumefaciens, que le transfiere parte de su genoma a la célula vegetal”.
Finalmente, allí se sintetiza la proteína antígeno-adyuvante, es decir SAG1-Hsp90, y a las pocas semanas se hace la extracción a partir del tejido vegetal. “Con este extracto pulverizado de tejido se realiza la formulación de la vacuna”, dijo Clemente, y aclaró que la operación no es mediante plantas transgénicas porque la expresión es transitoria.
¿Qué resultados obtuvieron?
“Hacemos un pulverizado del tejido vegetal y a través de una cánula se la introducimos a los ratones de manera oral”, explicó Clemente. Las pruebas que realizaron en ratones la hicieron vía oral porque el tejido vegetal protege a la proteína. Cuando esta atraviesa el tracto intestinal no es degradada y es presentada al sistema inmune de una manera mucho más eficiente.
Como se dijo, este parásito, Toxoplasma gondii, se enquista en el cerebro de animales o personas que tienen un sistema inmune óptimo. Y como se dijo, también, la forma de detectar la efectividad de la formulación es contando la cantidad de quistes presentes en los cerebros de los ratones. Los y las expertas del INTECH obtuvieron así una reducción de quistes del 65%.
“A lo mejor no hay una eliminación del parásito -afirmó Clemente- es decir, no alcanza a reducir la presencia del parásito en el organismo, pero sí disminuye su capacidad de enquistarse con lo cual es alentador en una vacuna de uso veterinario, pensando en potenciales intermediarios que transmiten la enfermedad a los humanos”. También indicaría que hay menos parásitos en circulación y eso podría implicar que tenga menos probabilidades de acceder al feto.
En este sentido, Clemente adelantó que “ahora estamos proyectando la posibilidad de trabajar con ovejas, especie en la que la infección tiene alta incidencia. No solo porque las ovejas son un foco de transmisión al humano, sino que también esta enfermedad, al igual que en humano, genera abortos y eso ocasiona grandes pérdidas económicas”.
“La cría de ovejas en países como la Argentina tiene mucha importancia, sobre todo en la ganadería de subsistencia o familiar en donde la faena muchas veces se hace a campo abierto. Eso convierte a la toxoplasmosis en una infección zoonótica donde puede transmitirse simplemente por el contacto con los animales y durante la faena”.
También trabajan en incorporar más antígenos a la formulación vacunal. “Esto permitiría que la protección sea mayor porque habría más componentes del parásito presentes y eso haría que el sistema inmune genere una respuesta protectora mayor”, aseguró la experta.
Utilizar a las plantas como una plataforma de producción de proteínas de interés vacunal no se agota en esta experiencia contra la toxoplasmosis. Desde el INTECH Chascomús emplean esta plataforma para tratar enfermedades infecciosas que pueden ser derivadas de parásitos, bacterias o de virus.
Clemente repasó algunos de los trabajos: “también estamos trabajando en el modelo de Neospora caninum (responsable de la neosporosis); con otros patógenos como es la Escherichia coli productor de toxina Shiga (STEC), que es el causante del síndrome urémico hemolítico”. Finalmente aseguró que “estamos trabajando con COVID-19. Estamos expresando la proteína Spike en plantas”.
Además de Marina Clemente, el equipo de trabajo está compuesto por Edwin Sánchez López; Mariana Corigliano; Sonia Oliferuk; Víctor Ramos Duarte; Maximiliano Rivera; Luisa Mendoza Morales; Sergio Ángel; Valeria Sander. Los resultados del avance fueron publicados recientemente en la revista Frontiers in Plant Science.
Por Alejandro Armentia