Descubren nuevos candidatos vacunales contra la esquistosomiasis con una técnica molecular innovadora

Científicos brasileños del Instituto Butantan de São Paulo realizaron un experimento en el cual aplicaron el phage display para codificar a las 12.000 proteínas del Schistosoma mansoni, el gusano causante de esta enfermedad. El referido método comprende el empleo de virus que expresan proteínas del parásito y que proliferan en bacterias

Por Luciana Constantino  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños aplicaron una innovadora técnica de la biología molecular aún poco empleada en el país para descubrir blancos del parásito Schistosoma mansoni que pueden ser eficaces como posibles vacunas contra la esquistosomiasis.

Se considera a la esquistosomiasis, una dolencia conocida comúnmente en Brasil con el nombre de barriga d’água, como una de las 17 enfermedades tropicales desatendidas (ETD) en el mundo, que afecta a alrededor de 200 millones de personas en 74 países, de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS). En el país, se estima que son 6 millones de infectados, fundamentalmente en la región nordeste y en el estado de Minas Gerais.

Los científicos emplearon la técnica conocida como phage display [despliegue de fagos], que consiste en trabajar con virus (llamados fagos) que proliferan en bacterias como vectores para expresar péptidos o proteínas del parásito. De este modo, fue posible expresar el 99,6 % de los 119.747 péptidos del parásito, con una vasta cobertura del proteoma del Schistosoma mansoni.

El resultado de este trabajo, publicado en la revista NPJ Vaccines, perteneciente al grupo Nature, constituye una continuación de otro estudio en el que se había develado el mecanismo mediante el cual los macacos rhesus (Macaca mulatta) desarrollan naturalmente una respuesta inmunitaria duradera contra esta enfermedad. Esta respuesta los lleva a curarse a sí mismos tras un primer contacto con el Schistosoma y hace posible que los organismos de estos animales reaccionen rápidamente ante una segunda infección, mediante la inhibición de ciertos genes del parásito que la defensa inmunitaria de los primates concreta (lea más en: agencia.fapesp.br/37701).

“Hasta ahora no se había empleado el phage display con este objetivo para una enfermedad parasitaria. En estos casos, los científicos normalmente seleccionan con antelación algunos blancos para ponerlos a prueba como candidatos vacunales. En este estudio, dirigimos la mirada hacia las 12.000 proteínas del Schistosoma al mismo tiempo e identificamos cuáles se constituyeron como blancos de los anticuerpos de los monos, ya sea después de la infección inicial o de la reinfección y la autocuración, y esto constituye una diferencia. La técnica y el modelo del estudio son innovadores”, afirma el investigador Murilo Sena Amaral, del Laboratorio de Ciclos Celulares del Instituto Butantan.

Sena Amaral es el autor del artículo junto al profesor Sergio Verjovski Almeida, también del Instituto Butantan y docente del Instituto de Química de la Universidad de São Paulo (IQ-USP).

Ambos cuentan con el apoyo de la FAPESP (15/06366-2 y 20/01917-9), que también financió las becas de otros investigadores del grupo, lo que incluye a la autora principal, la doctoranda Daisy Woellner Santos (19/09404-3, 18/18117-5, 19/02305-0 y 16/10046-6).

La metodología

Para rastrear la respuesta inmunitaria de diez macacos rhesus infectados con el Schistosoma mansoni durante las fases de autocuración y resistencia a la reinfección, los científicos aplicaron la inmunoprecipitación de fagos seguida de secuenciación (PhIP-Seq, las siglas en inglés de peptide library-based Phage ImmunoPrecipitation), una técnica mediante la cual se emplea una biblioteca de fagos para expresar todas las proteínas del parásito.

El estudio se concretó en macacos rhesus, que desarrollan naturalmente una respuesta inmunitaria duradera contra la enfermedad (foto: archivo de los investigadores)

Los investigadores construyeron la “biblioteca” –que codificó a los 119.747 péptidos representantes de todas las proteínas del parásito– partiendo de las secuencias de las 11.641 proteínas conocidas en las diversas etapas de la vida del Schistosoma. Con base en esta biblioteca, se concretó una selección de los anticuerpos de macacos rhesus recolectados en la investigación anterior en distintos momentos de las fases de la autocuración y la reinfección. El objetivo era aislar e identificar los blancos del parásito alcanzados por la respuesta inmunitaria de los monos.

En la fase inicial de la infección parasitaria, detectaron epítopos significativamente enriquecidos de proteínas extracelulares del parásito, conocidas porque se expresan en el sistema digestivo del hospedante. Y se detectaron proteínas intracelulares liberadas como consecuencia de la muerte del gusano en la fase tardía de la eliminación del Schistosoma. Los epítopos constituyen la menor fracción de antígeno con potencial para generar una respuesta inmune.

Los péptidos se analizaron entonces con herramientas de bioinformática para identificar potenciales candidatos a vacunas. Con base en ello, los investigadores realizaron un ensayo de protección vacunal, que consistió en la inmunización de ratones con un conjunto seleccionado de péptidos exhibidos en fagos enriquecidos en el PhIP-Seq. El resultado fue una disminución significativa de la carga de gusanos en los ratones inmunizados.

“Se dice que no es posible elaborar una vacuna contra la esquistosomiasis. Pero nuestros descubrimientos mejoran la comprensión de las respuestas inmunitarias y abren perspectivas prometedoras hacia el desarrollo de una vacuna eficaz. Trabajamos con las 12.000 proteínas de todas las fases del ciclo de vida del Schistosoma y logramos señalar los blancos más reactivos”, le explica Verjovski Almeida a Agência FAPESP. El investigador pone de relieve que esta técnica también puede aplicarse a otros tipos de parásitos.

En mayo de 2023, el grupo de científicos publicó un trabajo en el cual reveló una manera de “separar” a la “pareja” de gusanos causantes de la esquistosomiasis. Sucede que el S. mansoni solamente logra sobrevivir en el torrente sanguíneo del hospedante con la hembra viviendo dentro del macho, para así generar y soltar los huevos. En el estudio, quedó demostrado que al silenciarse un tipo específico de ARN –los ARN largos no codificantes de proteínas– se provoca la separación de los parásitos, lo que convierte a esas en moléculas en blancos prometedores para el tratamiento de la enfermedad (lea más en: agencia.fapesp.br/41922).

Una pareja de gusanos de la especie Schistosoma mansoni (foto: archivo de los investigadores)

La contaminación

La esquistosomiasis es una enfermedad parasitaria relacionada con las malas condiciones sanitarias y la falta de saneamiento básico, que se transmite cuando la persona infectada (el hospedante definitivo) elimina los huevos del gusano a través de sus excrementos. En contacto con el agua, los huevos hacen eclosión y sueltan larvas que infectan a caracoles (los hospedantes intermedios) de agua dulce.

Al cabo de cuatro semanas, las larvas salen de los caracoles en forma de cercarias. Al entrar en contacto con el agua contaminada, el ser humano contrae la enfermedad debido a la penetración activa de las cercarias en la piel.

En el torrente sanguíneo, las larvas pierden la cola y se convierten en esquistosómulos, que maduran y se transforman en gusanos adultos. Y estos se dirigen hacia las venas del intestino. Los primeros síntomas de la enfermedad aparecen entre dos y seis semanas después de la infección.

El diagnóstico se efectúa mediante un análisis de laboratorio de la materia fecal. En tanto, el tratamiento en los casos sencillos consiste en la administración de la dosis única de un medicamento llamado prazicuantel, descubierto a comienzos de la década de 1970 y distribuido en Brasil en la red nacional de salud pública, el SUS (el Sistema Único de Salud nacional). Sin embargo, este medicamento no brinda una protección continua y la persona puede infectarse nuevamente, aparte de que ya se han reportado casos de resistencia parasitaria.

“El próximo paso consiste en hallar una fórmula vacunal adecuada, que contenga adyuvantes y un nuevo mecanismo de transporte de estos antígenos de manera tal que genere una protección mayor en el hospedante. Contamos con algunos blancos con un mayor nivel de respuesta”, afirma Sena Amaral. Ahora el Butantan está tramitando el registro de la patente de estos descubrimientos del grupo vinculados a los posibles blancos vacunales.

En la Fundación Oswaldo Cruz (Fiocruz), un organismo vinculado al Ministerio de Salud de Brasil, se ha venido trabajando desde hace años y se están realizando ensayos de lo que puede erigirse en la primera vacuna existente en el mundo contra esta enfermedad. La fórmula, denominada Schistovac, que se encuentra en fase de pruebas, contiene la proteína modificada Sm14, existente en el Schistosoma. Normalmente, esta proteína cumple un importante papel en el transporte de grasas vitales para las funciones celulares del parásito, pero al modificársela impide su proliferación.

Puede leerse el artículo intitulado “Schistosoma mansoni vaccine candidates identified by unbiased phage display screening in self-cured rhesus macaques” en el siguiente enlace: www.nature.com/articles/s41541-023-00803-x.