Tipos de vacunas para animales

Aunque las vacunas de microorganismos completos muertos son baratas de producir, contienen muchos componentes que no contribuyen a conferir inmunidad protectora. También pueden contener componentes tóxicos, como endotoxinas. Por tanto, según los costes, puede ser ventajoso identificar, aislar y purificar los antígenos protectores críticos. Estos se pueden utilizar en una vacuna por sí mismos. Por ejemplo, la toxina tetánica purificada, inactivada mediante tratamiento con formol (toxoide tetánico), se usa en la inmunización activa frente al tétanos. Del mismo modo, las fimbrias de adherencia del enteropatógeno Escherichia coli pueden purificarse y ser incorporados en vacunas. Los anticuerpos contra los pili protegen a los animales, al impedir la adherencia bacteriana a la pared intestinal.

El coste de la purificación física de un antígeno específico puede ser prohibitivo. En tales casos, puede ser más apropiado clonar los genes que codifican los antígenos protectores en un vector como una bacteria, levadura, baculovirus o planta. El ADN que codifica los antígenos deseados puede insertarse en su vector, que expresa entonces el antígeno protector. El vector recombinante se amplifica y los antígenos codificados por los genes insertados se cultivan, se purifican y se administran en forma de vacuna. Un ejemplo de estas vacunas es la dirigida contra la subunidad clonada de la enterotoxina de E coli. Las subunidades clonadas son antigénicas y actúan como toxoides eficaces. Una subunidad antigénica purificada, llamada OspA, codificada por un gen de Borrelia burgdorferi, protege eficazmente a los perros frente a la enfermedad de Lyme.

Es posible clonar genes de antígenos virales en plantas. Esto se ha logrado con éxito para virus como el virus de la gastroenteritis transmisible y el virus de la enfermedad de Newcastle. Las plantas utilizadas incluyen tabaco, patata y maíz. Estas plantas contienen concentraciones muy elevadas de antígeno, y la protección puede lograrse simplemente alimentando a los animales con las plantas.

Algunas proteínas estructurales recombinantes pueden ensamblarse en partículas similares a virus (VLP, por sus siglas en inglés). Una o más proteínas víricas pueden constituir las VLP, y las partículas pueden estar sin envoltura o con envoltura. Las VLP presentan el antígeno vírico de una manera que se asemeja más al virus infeccioso. Las VLP son inmunógenos potentes y pueden no necesitar adyuvantes. Dado que las VLP no contienen material genético viral, no pueden replicarse en el animal receptor. Se puede desarrollar un tipo similar de vacuna mediante el uso de "fantasmas" bacterianos, bacterias que han sido vaciadas de su contenido, especialmente su ADN.

Los animales también pueden inmunizarse mediante la inyección de ADN que codifica antígenos virales. Este ADN se inserta en un plásmido bacteriano, un fragmento de ADN circular que actúa como vector. Cuando se inyecta el plásmido modificado genéticamente, las células hospedadoras lo incorporan. A continuación, el ADN se transcribe y los ARNm se traducen para producir la proteína de la vacuna. Las células hospedadoras transfectadas expresan así la proteína de la vacuna en asociación con moléculas del complejo mayor de histocompatibilidad de clase I. Esto da lugar al desarrollo no solo de anticuerpos neutralizantes, sino también de linfocitos T citotóxicos.

Este tipo de vacuna de plásmido de ADN se usa para proteger a los caballos contra la infección por el virus del Nilo Occidental. Este enfoque se ha aplicado experimentalmente para producir vacunas contra:

• El virus de la influenza aviar.

• El virus de la coriomeningitis linfocitaria.

• El virus de la rabia en perros y gatos.

• El parvovirus canino.

• El virus de la diarrea vírica bovina.

• El virus de la inmunodeficiencia felina.

• El virus de la leucemia felina.

• El herpesvirus porcino.

• El virus de la fiebre aftosa.

• La enfermedad relacionada con el herpesvirus bovino 1.

• La enfermedad de Newcastle.

Debido a que pueden producir una respuesta similar a la inducida por las vacunas vivas atenuadas, estas vacunas de ADN plasmídico son ideales para su uso contra organismos que son difíciles de cultivar en cultivo celular. Algunas vacunas de ADN con capaces de inducir inmunidad incluso en presencia de niveles elevados de anticuerpos maternales. La inmunización con plásmidos de ADN de esta manera permite la presentación de antígenos endógenos víricos en su forma nativa.

Las vacunas de ARN también inducen eficazmente la producción de antígenos endógenos. Son más estables que los plásmidos de ADN y son más eficientes porque solo necesitan entrar en el citoplasma celular en lugar de en el núcleo. Las vacunas de ARN también pueden construirse de tal manera que sean autorreplicantes. Estas se derivan por lo general de alfavirus, como el virus de la encefalitis equina venezolana. Generan grandes cantidades de antígeno endógeno cuando se replican durante un breve periodo de tiempo dentro de las células.

El uso de organismos vivos en vacunas presenta muchas ventajas. Por ejemplo, suelen ser más eficaces que las vacunas inactivadas para desencadenar respuestas inmunitarias mediadas por células. Su uso, sin embargo, también presenta peligros potenciales. Así, la virulencia de un microorganismo vivo utilizado para vacunación debe atenuarse de forma que sea capaz de replicarse, pero ya no sea patógeno. El nivel de atenuación es crucial para el éxito de la vacuna. La falta de atenuación dará lugar a virulencia residual y enfermedad (reversión a la virulencia); la sobreatenuación dará lugar a una vacuna ineficaz. Deben realizarse estudios rigurosos frente a la reversión de la virulencia para demostrar la estabilidad. Las vacunas atenuadas no deben usarse para vacunar especies para las que no han sido probadas o aprobadas. Los patógenos atenuados para una especie pueden estar sobre- o infraatenuados para otras. Por lo tanto, pueden causar enfermedad o no proporcionar una protección adecuada.

La atenuación históricamente ha implicado la adaptación de los microorganismos a crecer en condiciones inusuales. Las bacterias se atenuaban cultivándose en condiciones anómalas, y los virus se atenuaban haciéndolos crecer en especies a las que no están adaptados de forma natural. Los virus vacunales también pueden atenuarse mediante el desarrollo en medios alternativos, como cultivos tisulares o huevos. Esto se ha realizado para las vacunas del moquillo canino, de la enfermedad de la lengua azul y de la rabia. El cultivo tisular prolongado fue, durante muchos años, el método más común de atenuación. La atenuación de los virus por cultivo tisular prolongado puede considerarse una forma primitiva de ingeniería genética. Idealmente, esto dio lugar al desarrollo de una cepa de virus que era incapaz de causar la enfermedad. Esto a menudo era difícil de conseguir, y la reversión de la virulencia era un peligro constante.

En algunas enfermedades, los microorganismos relacionados adaptados a otra especie pueden proporcionar una inmunidad limitada. Por ejemplo, las vacunas contra el virus del sarampión, que pueden proteger a los perros frente al moquillo, y contra el virus de la diarrea vírica bovina, que pueden proteger a los cerdos frente a la fiebre porcina clásica.

En raras circunstancias, se pueden utilizar microorganismos virulentos para la vacunación. El único ejemplo actual de esto es la vacunación contra el ectima contagioso (Orf, boquera) de las ovejas. Los corderos se vacunan frotando material de costra infectado seco en los rasguños hechos en la parte interna del muslo, lo que da lugar a una infección local y una inmunidad sólida. Sin embargo, debido a que los animales vacunados pueden diseminar la enfermedad, deben separarse del rebaño no vacunado durante varias semanas. Es necesario tener un cuidado considerable en la preparación, almacenamiento y manipulación de las vacunas vivas modificadas para evitar temperaturas extremas que puedan reducir la viabilidad de los microorganismos. Asimismo, las vacunas como la cepa de Brucella RB51 y el ectima contagioso son zoonóticas y presentan riesgos para el administrador.

Los métodos tradicionales de atenuación de microorganismos han sido el cultivo prolongado de tejidos o el cultivo en huevos. Estos se han basado en mutaciones aleatorias, un proceso impredecible. Aunque pocas vacunas bacterianas se han atenuado de esta manera (los ejemplos más obvios son la cepa 19 de Brucella y la cepa Sterne del ántrax), el genoma bacteriano suele ser demasiado grande para generar mutantes atenuados de forma efectiva e irreversible. Se ha demostrado que es mucho más fácil atenuar los virus con sus genomas relativamente pequeños. Muchas de las cepas de vacunas virales actualmente disponibles se atenuaron de esta manera. La atenuación de los virus por cultivo tisular prolongado puede considerarse una forma primitiva de ingeniería genética. Idealmente, esto dio lugar al desarrollo de una cepa de virus que era incapaz de causar la enfermedad. Esto a menudo era difícil de conseguir, y la reversión de la virulencia era un peligro constante. Como ejemplo de falta de atenuación, una vacuna viva modificada contra el adenovirus canino 1 provocó la eliminación del virus en la orina, lo que en algún caso causó edema corneal (ojo azul) en perros nunca expuestos al virus. Esto terminó cuando la vacuna se cambió a adenovirus canino 2.

Otro método relativamente simple es adaptar el virus de la vacuna para que crezca a una temperatura aproximadamente 10 grados menor que la temperatura corporal normal. Estas vacunas atenuadas por el frío pueden administrarse intranasalmente, donde pueden crecer en el tracto respiratorio superior, que es más frío, pero no en el tracto respiratorio inferior, más cálido, u otros órganos.

Las técnicas de genética molecular permiten ahora modificar los genes de un organismo de modo que este se atenúe irreversiblemente. La deleción deliberada de los genes que codifican proteínas asociadas a la virulencia es un procedimiento cada vez más atractivo. Por ejemplo, las vacunas con genes suprimidos se utilizaron por primera vez contra el herpesvirus de la enfermedad de Aujeszky en cerdos. En este caso, el gen de la timidina cinasa se eliminó del virus. El herpesvirus necesita la timidina cinasa para salir de la latencia. Los virus a los que se ha extraído este gen pueden infectar neuronas, pero no pueden replicarse ni inducir la enfermedad.

También se puede utilizar una manipulación genética similar para restringir la capacidad de las bacterias para crecer in vivo. Por ejemplo, está disponible una vacuna viva modificada que contiene Mannheimia haemolytica y Pasteurella multocida dependientes de estreptomicina. Estos mutantes dependen de la presencia de estreptomicina para el crecimiento. Cuando se usa en una vacuna, la ausencia de estreptomicina finalmente dará lugar a la muerte de las bacterias, pero no antes de que hayan estimulado una respuesta inmunitaria protectora.

Además, es posible alterar la expresión de otros antígenos de modo que una vacuna induzca una respuesta de anticuerpos distinguible de la causada por cepas salvajes. Esto crea una forma de distinguir los animales infectados de los vacunados (conocido como DIVA).

Otro método para producir una vacuna viva altamente eficaz es insertar los genes que codifican antígenos protectores en un microorganismo no virulento "vector". Estas vacunas se crean eliminando genes del vector y reemplazándolos con genes que codifican antígenos del patógeno. El vector recombinante se administra posteriormente como vacuna, y el gen insertado expresa el antígeno cuando las células se infectan con el virus vector. El vector puede estar atenuado, de forma que no se propague desde el animal vacunado, o puede ser restringido por el hospedador, evitando su propia replicación en los tejidos del animal vacunado. Las vacunas transmitidas por virus son adecuadas para su uso contra microorganismos que son difíciles o peligrosos de cultivar en el laboratorio.

Las vacunas de vectores virales más utilizadas son las de virus grandes de ADN como los poxvirus (viruela aviar y viruela del canario), virus vaccinia, adenovirus y algunos herpesvirus. Estos virus tienen un genoma grande que facilita la inserción de nuevos genes. También expresan niveles relativamente altos del antígeno recombinante. En al menos algunos casos, las vacunas de vectores parecen ser capaces de inducir inmunidad incluso cuando están presentes niveles elevados de anticuerpos maternos. Actualmente se emplean vacunas de vectores del virus de la viruela del canario que incorporan genes del virus del moquillo canino, y un vector vaccinia similar que contiene el gen que codifica la glucoproteína de la rabia es efectivo en la protección de perros y gatos frente al virus de la rabia. Las vacunas recombinantes del virus de la viruela aviar y del herpesvirus se utilizan ampliamente en la industria avícola. Por ejemplo, un vector es el virus de la viruela aviar, al que se incorporan los genes HA y F del virus de la enfermedad de Newcastle. También tiene el beneficio de conferir inmunidad contra el virus de la viruela aviar.

Un ejemplo innovador de vacuna de vectores implica el uso de una quimera viral de la fiebre amarilla para proteger a los caballos contra el virus del Nilo Occidental. Esta tecnología utiliza la cápside y los genes no estructurales de la cepa 17D de la vacuna atenuada contra la fiebre amarilla para administrar los genes de la envoltura de otros flavivirus como el virus del Nilo Occidental. El virus resultante es una quimera de la fiebre amarilla/virus del Nilo Occidental que es mucho más segura que cualquiera de los virus parentales.

Existen vacunas de vectores comerciales disponibles para:

• El virus de la influenza aviar.

• El virus del Nilo Occidental y el virus de la influenza en caballos.

• El virus de la leucemia felina.

• Vacunar a los animales silvestres contra el virus de la rabia.

Estas vacunas son seguras, estables, pueden funcionar en ausencia de un adyuvante y, al igual que las vacunas con deleción genética, permiten la diferenciación de las infecciones naturales. Algunos son adaptables a la vacunación masiva, como la vacunación en huevo de pollos.