Desenredar la respuesta inmunitaria a las vacunas
Crédito: Ricardo Job-Reese, Broad Communications
La pandemia de COVID-19 ha puesto de relieve la importancia de las vacunas, pero también las brechas clave en la comprensión científica de cómo reacciona el sistema inmunitario a las vacunas en general. ¿Por qué la respuesta inmunitaria a algunas vacunas difiere de una persona a otra? ¿Qué hace que la inmunidad disminuya después de la vacunación y cómo se puede monitorear e incluso predecir antes de que una persona se enferme? Sobre todo, ¿cómo podemos estar mejor preparados para futuros brotes de enfermedades?
Recientemente, muchos científicos han comenzado a examinar más de cerca la inmunidad inducida por vacunas, incluido el laboratorio de Ramnik Xavier, miembro central del instituto, director del Programa de Inmunología y codirector del Programa de Enfermedades Infecciosas y Microbioma en el Instituto Broad de MIT y Harvard. Su grupo está estudiando los factores biológicos subyacentes a la respuesta inmune a las vacunas contra la influenza, el virus respiratorio sincitial y la tuberculosis.
El laboratorio de Xavier publicó recientemente los resultados de su trabajo sobre la vacuna Bacillus Calmette-Gurin (BCG), que, a pesar de tener 100 años y ser una de las vacunas más utilizadas en el mundo, sigue sin conocerse bien. Aunque se administra principalmente para prevenir la tuberculosis (TB), la vacuna BCG también brinda cierta protección no específica contra otras enfermedades, pero los científicos aún no entienden por qué algunas personas desarrollan esta protección y otras no.
Dos estudios publicados el mes pasado en Cell Reports y Genome Biology revelan microbiomas y factores genéticos que pueden influir en esta variación. En colaboración con un grupo del Centro Médico de la Universidad de Radboud en los Países Bajos dirigido por Mihai Netea, el equipo de Xavier descubrió que ciertos microbios intestinales estaban fuertemente asociados con la respuesta inmune en personas que recibieron la vacuna BCG. También identificaron 75 genes que pueden contribuir a la protección no específica.
Xavier, coautor principal de ambos estudios, y sus colegas dicen que, a más largo plazo, estudios como estos algún día podrían ayudar a los investigadores a encontrar formas de monitorear la respuesta a la vacuna de manera rápida y no invasiva. Si un análisis de sangre pudiera mostrar, por ejemplo, cualquier factor biológico subyacente que cause una inmunidad subóptima después de la vacunación, los médicos podrían encontrar formas de ajustar y aumentar esa inmunidad.
«Las vacunas COVID han tenido un gran impacto en la desaceleración reducir la propagación de la infección, pero lo que la pandemia realmente nos ha enseñado es la importancia de los programas de monitoreo inmunológico de vacunas en el futuro», dijo Xavier, quien también es director del Observatorio de Células Klarman en Broad, codirector del Centro de Informática y Terapéutica del Microbioma en el MIT, y director del Centro de Biología Computacional e Integrativa y profesor en el Departamento de Biología Molecular del Hospital General de Massachusetts.
«Estudiamos estas vacunas no solo para conocer su respuesta al patógeno objetivo», dijo Martin Straar, biólogo computacional en el laboratorio de Xavier y primer autor del artículo sobre biología del genoma. «Al comprender estas vacunas de manera más amplia, también estamos mejor preparados para futuras epidemias a la vuelta de la esquina».
Influencia del microbioma
En el estudio Genome Biology, los científicos investigaron el papel de el microbioma en la eficacia de la vacuna BCG. Recolectaron muestras de heces de 321 individuos sanos que habían recibido la vacuna BCG, aislaron los microbios y secuenciaron sus genomas para determinar la población de microbiomas intestinales de cada donante. Luego, los investigadores simularon la infección tratando muestras de sangre de los mismos pacientes con la bacteria que causa la tuberculosis. Registraron los niveles de citoquinasproteínas que las células inmunitarias utilizan para señalarse entre sí como un indicador de la respuesta inmunitaria.
En general, los investigadores encontraron que la composición del microbioma estaba fuertemente asociada con la respuesta de las citocinas, lo que revela múltiples microbios que afectan la respuesta inmunitaria. En muestras con niveles más altos de los microbios Eggerthella lenta y Ruminococcus, las citoquinas estaban presentes en niveles más altos.
El equipo también estudió la inmunidad inducida por la vacuna BCG contra patógenos no relacionados, mediante el tratamiento de muestras de sangre con Staphylococcus aureus, un causa común de infección bacteriana en los hospitales. Vieron que las muestras con niveles más altos del género de microbios Roseburia tenían niveles más bajos de citoquinas, lo que sugiere que Roseburia reduce esta inmunidad no específica.
Straar, Xavier y su equipo también encontraron que los microbios que causaron estos cambios en el el sistema inmunológico tenía asociaciones más fuertes con los metabolitos en la sangre que otros microbios. El equipo seguirá ampliando su biblioteca de microbios de referencia aislados de muestras de heces humanas para confirmar estas relaciones en un entorno más controlado.
«En la era de la medicina personalizada, las mediciones no invasivas nos ayudarán a comprender qué es más probable que las personas se beneficien de diferentes tratamientos o intervenciones», aseguró Straar. «Es muy probable que los perfiles microbianos intestinales y sus metabolitos desempeñen un papel en estas decisiones».
Expresión génica de sondeo
En el estudio Cell Reports, los investigadores buscaron comprender mejor la inmunidad no específica otorgado por BCG. Recolectaron monocitos, un tipo de glóbulo blanco, de tres pacientes en el estudio de Biología del Genoma antes y después de recibir la vacuna BCG. Luego, en el laboratorio, el equipo trató los monocitos con lipopolisacárido (LPS), una molécula que se encuentra en la membrana externa de la bacteria E. coli y que sabían que provocaría una reacción en las células.
Usando unicelulares Mediante secuenciación de ARN, el equipo identificó 75 genes que tenían diferentes reacciones al LPS antes y después de la vacunación con BCG, incluidos CCL3 y CCL4, que codifican proteínas que promueven la inflamación. Descubrieron que la vacunación con BCG generalmente reducía la inflamación antes de la exposición a LPS; después de la exposición, las células inmunitarias innatas respondieron más que las células recolectadas de los pacientes antes de la vacunación.
Lingjia Kong, primera autora del estudio Cell Reports, dijo que las investigaciones futuras continuarán investigando los mecanismos detrás de la BCG. protección no específica. «BCG es particularmente fascinante porque protege contra otras enfermedades además de la tuberculosis. Nuestro estudio nos brindó información interesante sobre cómo funciona, pero aún hay mucho más por descubrir», dijo.
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La variante Delta de COVID-19 puede tener una mayor capacidad para evadir la inmunidad inducida por la vacuna: estudio Más información: Lingjia Kong et al, Los perfiles transcriptómicos de células individuales revelan cambios asociados con Inmunidad entrenada inducida por BCG y efectos protectores en monocitos circulantes, Cell Reports (2021). DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110028
Martin Straar et al, La influencia del microbioma intestinal en la inmunidad entrenada inducida por BCG, Genome Biology (2021). DOI: 10.1186/s13059-021-02482-0 Información de la revista: Cell Reports , Genome Biology