Una vacuna comestible es un alimento, típicamente plantas , que contiene vitaminas , proteínas u otros nutrientes que actúan como una vacuna contra una determinada enfermedad . [1] Una vez que la planta, fruta o producto derivado de la planta se ingiere por vía oral, estimula el sistema inmunológico. [1] Específicamente, estimula tanto el sistema inmunológico mucoso como el humoral. [2] Las vacunas comestibles son cultivos modificados genéticamente que contienen antígenos para enfermedades específicas. [3] Las vacunas comestibles ofrecen muchos beneficios sobre las vacunas tradicionales, debido a su menor costo de fabricación y la falta de efectos secundarios negativos. Sin embargo, existen limitaciones ya que las vacunas comestibles aún son nuevas y están en desarrollo. Será necesario realizar más investigaciones antes de que estén listas para el consumo humano generalizado. Actualmente se están desarrollando vacunas comestibles para el sarampión , el cólera , la fiebre aftosa , la hepatitis B y la hepatitis C. [2]
Las vacunas comestibles se diferencian de las vacunas tradicionales en muchos aspectos y superan muchas de sus limitaciones. Las vacunas tradicionales pueden ser demasiado caras o estar restringidas para su fabricación y desarrollo en determinados países. [1] Por el contrario, las vacunas comestibles son fáciles de producir, purificar, esterilizar y distribuir. [1] Dado que no requieren equipos de fabricación más caros, solo suelo fértil, el coste de cultivo de las vacunas se reduce significativamente. [3] Además, las vacunas comestibles no requieren instalaciones de producción esterilizadas ni los estándares de bioseguridad necesarios para cultivar ciertos agentes patógenos para las vacunas tradicionales, que son costosos de implementar y mantener. [1] También son más fáciles y menos costosas de almacenar, ya que no requieren un almacenamiento refrigerado estricto. [1] Esta necesidad de almacenamiento en cadena de frío crea muchos problemas en los países del tercer mundo. [2] Las semillas de una planta de vacuna comestible también se pueden deshidratar y conservar fácilmente para una distribución barata y rápida [3], lo que las hace fácilmente accesibles en tiempos de necesidad. [1]
Las vacunas comestibles también ofrecen una gran cantidad de posibles beneficios para la salud que las vacunas comestibles tienen sobre las vacunas tradicionales. Comer una vacuna es un medio de administración más simple en comparación con la inyección, lo que las hace extremadamente económicas. [2] Esto reduce la necesidad de personal médico y condiciones de inyección estériles que no siempre se pueden lograr en los países en desarrollo. [2] Las vacunas comestibles se consideran un "farmaalimento", que es una fuente de alimento que mejora la salud al mismo tiempo que combate las enfermedades. [1] El beneficio de usar plantas es que las plantas son vectores eficientes para la producción de vacunas. [1] Muchas vacunas tradicionales que se desarrollan a partir de células de mamíferos cultivadas pueden provocar contaminación con virus animales. [2] [3] Sin embargo, las vacunas comestibles eliminan este problema porque los virus de las plantas no pueden afectar a los humanos. [2] Además, como resultado de la integración de numerosos antígenos, las células M se estimulan aleatoriamente; lo que conduce a la posibilidad de vacunas de segunda generación. [3]
Las vacunas comestibles no requieren elementos secundarios para estimular una respuesta inmunitaria como las vacunas tradicionales. [3] Una de las principales preocupaciones con las vacunas tradicionales son los posibles efectos secundarios, por ejemplo, las reacciones alérgicas. Dado que las vacunas comestibles carecen de ciertos compuestos tóxicos y solo contienen proteínas terapéuticas, que están libres de patógenos y toxinas, [2] el riesgo de posibles efectos secundarios y reacciones alérgicas se reduce en gran medida. [2]
Las vacunas comestibles también tienen múltiples desventajas en comparación con las vacunas tradicionales. Dado que las vacunas comestibles aún están en sus inicios, aún quedan muchas incógnitas por descubrir. La cantidad de dosis adecuada y cuánto dura aún no se ha determinado. [1] [2] La dosis varía debido a muchos factores, incluidos: la generación de la planta, la planta individual, el contenido de proteínas, la madurez de la fruta y la cantidad que se come. [3] La dosis también varía debido a la dificultad de estandarizar la concentración del antígeno en el tejido vegetal; puede ser tedioso producirlo de manera consistente y a gran escala [1] . La concentración de antígeno también puede variar significativamente entre frutas individuales en una planta, plantas individuales y entre generaciones de plantas. [2] Las dosis bajas dan como resultado el consumo de menos anticuerpos, pero una dosis alta da como resultado el establecimiento de una tolerancia oral e inmunológica a las proteínas de la vacuna. [3] La logística del control de la dosis, la calidad y la consistencia aún debe determinarse y verificarse. [ cita requerida ]
Como se trata de un campo tan nuevo, los efectos a largo plazo aún son desconocidos. [1] Además, los efectos y el riesgo de usar pesticidas en las plantas podrían ser negativos tanto para la vacuna vegetal como para el consumidor. [1] También existe el riesgo de escape transgénico al entorno circundante; sin embargo, esto podría reducirse regulando las prácticas y ubicaciones de cultivo. [1] Muchas plantas no se comen crudas y la cocción podría debilitar o destruir las proteínas de la vacuna. [2] [3] En un estudio, se encontró que después de hervir una papa durante 5 minutos, la mitad de la vacuna sobrevivió, lo que demuestra que no todas las vacunas comestibles tienen que ingerirse crudas si las dosis tienen en cuenta los tiempos y temperaturas de cocción. [2] También existe la preocupación de que las enzimas gástricas y el entorno ácido del estómago descompongan la vacuna antes de que pueda activar una respuesta inmune. [2] Además, han surgido preocupaciones sobre el comportamiento diferente de la vacuna debido al diferente patrón de glicosilación de las plantas y los humanos. [3]
Las vacunas comestibles son vacunas de subunidades; contienen proteínas antigénicas para un patógeno pero carecen de los genes para que se forme el patógeno completo. [2] [3] Los primeros pasos para hacer una vacuna comestible son la identificación, el aislamiento y la caracterización de un antígeno patógeno. [1] Para que sea eficaz, el antígeno debe provocar una respuesta inmunitaria fuerte y específica . Una vez que se identifica y aísla el antígeno, el gen se clona en un vector de transferencia. Uno de los vectores de transferencia de ADN más comunes que se utilizan para vacunas comestibles es Agrobacterium tumefaciens . [1] La secuencia del patógeno se inserta en el ADN de transferencia (T-ADN) para producir la proteína antigénica. [1] Luego se inserta en el genoma, se expresa y se hereda de manera mendeliana, lo que da como resultado que el antígeno se exprese en la fruta o planta. [1] A partir de ese punto, se utilizan métodos y técnicas vegetativas tradicionales para cultivar las plantas y propagar la línea genética. [1]
El gen completo se inserta en un vector de transformación de plantas para permitir la transcripción o se identifica el epítopo dentro del antígeno y el fragmento de ADN se puede utilizar para construir genes mediante la fusión con un gen de proteína de la cubierta de un virus de plantas. Luego, el virus recombinante puede infectar otras plantas. [2] [3] Primero se identifica el epítopo y luego se utiliza la codificación del fragmento de ADN para construir genes mediante la fusión con un gen de proteína de la cubierta de un virus de plantas (TMV o CMV). [3] El transgén se puede expresar a través de un sistema de transformación estable o a través de un sistema de transformación transitoria según el lugar de la célula en el que se haya insertado el transgén. [3]
Una transformación estable implica una integración nuclear o plasmídica en la que se producen cambios permanentes en los genes de las células receptoras y el transgén objetivo se integra en el genoma de las células de la planta huésped. [3]
Una transformación transitoria implica un sistema plásmido/vector que utiliza Agrobacterium tumefaciens que integra los genes exógenos en el ADN-T y luego infecta el tejido vegetal. Agrobacterium es la técnica común que se usa actualmente porque es una bacteria patógena que se encuentra en el suelo y que infecta naturalmente a las plantas y transfiere sus genes ( ADN - T ) al núcleo de la planta. [3] A. tumefaciens es la cepa más preferida porque lleva plásmidos inductores de tumores . Los genes se convertirán en un plásmido Ti neutralizado y el gen heterólogo se insertará para formar un vector plasmídico recombinante. Luego, el vector se convierte en la cepa deseada con la ayuda de los genes de virulencia de la bacteria. Luego se transfiere e integra en el ADN genómico de la planta huésped mediante recombinación no homóloga en sitios aleatorios. [3] Este método tiene un bajo rendimiento y es un proceso lento, y es el más efectivo cuando se utiliza con plantas dicotiledóneas como el tomate , la papa y el tabaco . [3]
Otra técnica es el método de bombardeo con microproyectiles, en el que se procesan secuencias de ADN seleccionadas y se las introduce en el genoma del cloroplasto. [2] Las partículas metálicas recubiertas de ADN que contienen genes se disparan a las células de la planta utilizando una pistola genética. [3] Las plantas absorben el ADN, crecen hasta convertirse en nuevas plantas y luego se clonan para producir una gran cantidad de cultivos genéticamente idénticos. La transferencia de genes es independiente y puede expresar antígenos a través de la transformación nuclear y del cloroplasto. [3]
Existen otras técnicas que se han probado, pero las tres técnicas descritas anteriormente son más comunes y prácticas. Uno de los métodos alternativos es la transformación nuclear, que consiste en insertar el gen deseado en el núcleo de la planta mediante una recombinación no homóloga. [3] Además, se ha considerado la electroporación, pero no es común porque la pared celular debe debilitarse antes de que se produzcan los pulsos y la inserción del ADN. [3] Por último, se cree que se puede utilizar la agricultura molecular para que las plantas se puedan utilizar como fábricas de proteínas. [2]
Después de que la vacuna se ingiere por vía oral, llega a la mucosa del tracto digestivo y estimula el sistema inmunológico de las mucosas. Estos proporcionan la primera línea de defensa contra los patógenos atacantes. [3] Las células M (que se encuentran en las placas de Peyer) en las membranas mucosas de los tejidos linfoides empujan los antígenos hacia las células presentadoras de antígenos en los tejidos subyacentes. Los epítopos antigénicos se muestran entonces en la superficie de las células presentadoras de antígenos y las células T activan las células B. [3] Las células B activadas luego se mueven a los ganglios linfáticos mesentéricos donde se convierten en células plasmáticas y se desplazan a la membrana mucosa para producir inmunoglobulina A (IgA) (un tipo de anticuerpo). [2] Luego, las células M canalizan el antígeno. A medida que las células se dirigen hacia el lumen, la IgA se combina con componentes secretores para producir IgA secretora (sIgA). Luego, la sIgA y los epítopos antigénicos específicos trabajan juntos para eliminar el patógeno no deseado. [3]
Las investigaciones actuales se han centrado en una variedad de diferentes tipos de plantas para determinar cuál es la más elegible y eficiente. La planta tiene que ser robusta, nutritiva, apetitosa, transformable e idealmente doméstica. [2] Algunos ejemplos de cultivos que se están probando incluyen: maíz, tomate, arroz, zanahorias, soja, alfalfa, papaya, quinua, guisantes, manzanas, algas, trigo, lechuga, patatas, plátanos y tabaco; siendo los últimos cuatro los más comunes. [1] [2] [3] Al analizar qué plantas son las mejores, hay muchos factores que deben tenerse en cuenta. A partir de la investigación, los científicos han comenzado a asociar cultivos con enfermedades. Creen que se pueden hacer vacunas comestibles para muchas enfermedades; como el rotavirus, el cólera, la gastroenteritis, las enfermedades autoinmunes, la malaria y la rabia [1] [2] Por ejemplo, creen que se pueden distribuir vacunas de refuerzo a través de la lechuga. [2] También es esencial encontrar alimentos que se puedan comer crudos porque se cree que la cocción desnaturalizaría las proteínas. [1] Debido a esto, los plátanos y los tomates se han convertido en las principales opciones viables. [2] Si bien los plátanos son económicos en términos de producción y son nativos de muchas naciones subdesarrolladas, los tomates tienen la capacidad de preservar los procesos de curación porque son inmunes al proceso térmico; esto los hace excelentes para los antígenos del VIH. [2] Son un cultivo ideal porque contienen beta-amiloide. [3] Aunque los cultivos parecen óptimos, también es necesario observar los subproductos. Por ejemplo, se ha descubierto que el tabaco es bueno para la producción de proteínas recombinantes, pero no es adecuado para la producción de vacunas porque la planta también produce compuestos tóxicos. [2] Además, las papas han sido un foco principal para las vacunas comestibles, tanto que los ensayos clínicos con papas ya han comenzado. [2]
Actualmente, existen vacunas comestibles para el sarampión, el cólera, la fiebre aftosa y las hepatitis B, C y E. [3] Sin embargo, aunque existen vacunas comestibles, se prueban predominantemente en pruebas con animales y en fases de desarrollo, y se realizan algunos ensayos clínicos en humanos. Como se mencionó anteriormente, los ensayos en humanos han girado en torno a las papas. En un estudio sobre el cólera, se les dio a adultos papas transgénicas con varias cantidades de LT-B para ver cómo cambiaban sus cantidades de IgA anti-LT e IgA anti LT. [2] Además, están en la fase II de un refuerzo de vacuna de papa para la hepatitis B. [2] Los antígenos de superficie de la hepatitis B se expresaron en las papas y se administraron a pacientes ya vacunados. [3] Luego se observó si se produjo una respuesta inmune. [3] [2] El 95% de los voluntarios tuvo algún tipo de respuesta inmune y el 62,5% mostró un aumento en los títulos de anti-HBsAg. [2] [3] A partir de estos estudios, el Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas ha respaldado que las vacunas comestibles pueden desencadenar de forma segura una respuesta inmunitaria, [2] sin embargo, también se sabe que están lejos de poder comenzar a realizar pruebas a gran escala en humanos para detectar enfermedades autoinmunes e infecciosas. [2]
Ya se han realizado muchos estudios con animales . Por ejemplo, se les dio a los animales de experimentación plátanos transgénicos con anticuerpos específicos antihemaglutinación para combatir el sarampión. Se descubrió que los plátanos sí iniciaban una respuesta inmunitaria. [2] Además, se han iniciado ensayos con ratones como método para tratar el Alzheimer utilizando tomates que han sufrido una transformación nuclear mediada por agrobacterium. [3] Además, se inmunizaron por vía oral a conejos con una vacuna comestible contra la pasteurelosis neumónica bovina, y hubo una respuesta positiva. [2] Si bien esos fueron dos estudios específicos, en términos generales, se están realizando investigaciones con modelos de ratones para tratar el cólera y la diabetes tipo 1. [2]
Aunque la conciencia pública sobre las vacunas comestibles está aumentando, todavía no están disponibles para el consumo. Actualmente, sólo se han desarrollado y comenzado a probar vacunas comestibles para algunas enfermedades. Durante tres de los recientes brotes de enfermedades en todo el mundo, se han desarrollado vacunas comestibles para probarlas en animales, pero no han llegado a los ensayos en humanos. [1] Además, se ha descubierto que una empresa biotecnológica ha comenzado a desarrollar una patente y está trabajando en el inicio de los ensayos clínicos para un virus transmisible de gastroenteritis. [2]