Auxiliar 7 Unidad 7: Vacunas vivas recombinantes, Universidad de Chile

Ingeniería Química, Biotecnología y Materiales

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS UNIVERSIDAD DE CHILE

O O AUXILIAR 7 Unidad 7 O O O BT4114 Biotecnología molecular 2025 SOFÍA MIHOVILOVIC Y FRANCISCO MOLINAC

UNIDAD 7: Vacunas

C O O C C O O O C 0 0 CUNIDAD 7:

1. Vacunación
2. Células presentadoras de antígeno
3. Respuesta inmune general a patógenos
4. Composición de una vacuna
5. Estrategias tradicionales de la producción de vacunas
6. Vacunas recombinantes: peptídicas
7. Vacunas recombinantes de subunidad
8. Vacunas de DNA
9. Vacunas de mRNA
10. Vacunas vivas recombinantes

01 Vacunación

• Induce la respuesta inmune a un patógeno específico y protege de la enfermedad al receptor de la vacuna.

La inmunidad frente a una infección viral o bacteriana se debe a la generación de anticuerpos contra antígenos del microorganismo patógeno.

Una buena vacuna debe:

• Dar protección
• Ser segura
• Fácil administración
• Bajo costo

02 Células Presentadoras de Antígeno (APC)

Son células del sistema inmune especializadas en capturar, procesar y presentar antígenos en su superficie, unidos a moléculas del MHC. Esto permite que los linfocitos T reconozcan el antígeno e inicien la respuesta inmune adaptativa.

1. A bacterium engulfed by a macrophage is encased in a vacuole.

Antigen

1. Lysosomes fuse with the vacuole and digest the bacterium.

Macrophage MHC II

1. Antigens from digested bacterium are presented with MHC II on the cell surface.

02 Células Presentadoras de Antígeno (APC)

Linfocitos T

• Son clave en la inmunidad adaptativa, ya que participan en casi todas las respuestas inmunes específicas.

Linfocitos T helper:

Activan 2 tipos de celulas:

• Linfocitos B -> producen anticuerpos contra antígenos específicos.
• Linfocitos T citotóxicos -> destruyen células infectadas.

APC presenta el antígeno a la célula T inmadura Immature T cell C Antigen Antigen Presenting Cell TCR MHC CD8+ CD4+ Mature helper T Cell Mature cytotoxic T Cell

03 Respuesta Inmune General a Patógenos

Humoral (antibody-mediated) immune response Cell-mediated immune response Antigen (1st exposure) Engulfed by Free antigens directly activate Macrophage (APC) Antigens displayed by infected cells activate Stimulates Stimulates Stimulates B cell Helper T cell Cytotoxic T cell Memory helper T cell Gives rise to Stimulates Stimulates Stimulates Gives rise to Antigen (2nd exposure) Stimulates Plasma cells Memory B cells Memory T cells Active cytotoxic T cells Secrete Antibodies 4 Defend against extracellular pathogens by binding to antigens and making the pathogens easier targets for phagocytes and complement. Defend against intracellular pathogens and cancer by binding to and lysing the infected cells or cancer cells.

04 Respuesta Inmune: Medición de Patógenos

Las vacunas funcionan en base a la idea de que una persona "no se puede" contagiar dos veces de la misma enfermedad.

104 Antibody concentration (arbitrary units) Second exposure to antigen A, first exposure to antigen B Secondary immune response to antigen A 103 First exposure to antigen A 102 Antibodies to A Antibodies to B Primary immune response to antigen B 101 100 0 7 14 21 28 35 42 49 56 Time (days)

05 Composición de una Vacuna

Adyuvante (Potencia la acción del antígeno para generar la protección) Conservante (Previene la contaminación de bacterias y hongos) Antígeno (Parte de virus o bacteria, genera el desarrollo de la protección) Antibiótico (Previene la contaminación bacteriana) Estabilizador (Mantiene la efectividad de la vacuna durante su almacenamiento)

06 Estrategias Tradicionales Producción de Vacunas

Aislar Inactivar o atenuar Inyectar

Tipos de vacunas:

1) Microorganismos inactivados (muertos) 2) Microorganismos vivos atenuados 3) Subunidades (partes del microorganismo) Vacuna inactivada Vacuna atenuada Vacunas de subunidades

06 Estrategias Tradicionales Producción de Vacunas

1) Vacuna microorganismos inactivados (muertos)

Los componentes infecciosos microbianos han sido destruidos por un tratamiento químico o físico sin que se afecte la antigenicidad o inmunogenicidad de las proteínas de la membrana que forman la cubierta exterior de los virus o bacterias.

m Virus Live cells Virus inactivation by chemicals Purification and impurity removal Vaccine stock bulk Filling and packaging

06 Estrategias Tradicionales Producción de Vacunas

2) Vacuna microorganismos vivos atenuados

Se toma un microorganismo patogeno y se reduce su capacidad de causar enfermedad (virulencia), pero manteniendo su capacidad de replicarse y generar una respuesta inmune fuerte. Para reducir virulencia, se realiza cultivo prolongado en condiciones no humanas:

Virus patogeno se obtiene de células humanas y se transfiere a células humanas en cultivo El virus cultivado se usa para infectar células de mono en cultivo. Después de muchas transferencias el virus adquiere muchas mutaciones que le permiten crecer bien en células de mono. El virus ya no puede crecer en células humanas (se ha atenuado) y puede ser usado como vacuna.

2 2 2 2 2 12 2 2 2 2 2 2 2 2 2

06 Estrategias Tradicionales Producción de Vacunas

3) Vacuna subunidades (partes del microorganismo).

Vacunas VLP (Virus-Like Particles)

Las VLP (partículas similares al virus) son estructuras que imitan la forma del virus, pero sin material genético, por lo que no pueden causar infección. EJ: Proteínas de la cápside de VPH (virus papiloma humano)

• Proteínas de la cápside L1 y L2 del VPH (A) La proteína de la cápside L1 del VPH es un epítopo altamente inmunogénico que puede ensamblarse en VLP (B) Una vacuna quimérica contra el VPH que expresa ambas proteínas de la capside Ll y L2.

(A) HPV-L1 HPV-L1 pentamers HPV-L1 vaccine licensed HPV-vaccines HPV L1 Self-assemble Co-assemble L1+L2 (B) HPV-L1/ L2 HPV-L1/L2 pentamers HPV-L1/L2 vaccine next-generation HPV- vaccine

06 Estrategias Tradicionales Producción de Vacunas

Vacuna microorganismos inactivados V/S Vacuna microorganismos atenuados

Características	Vacunas Inactivas	Vacunas atenuadas
Producción	Microorganismo muerto por tratamiento químico, radiación o calor	Microorganismo vivo crecido en condiciones adversas hasta que pierde su virulencia
Tipo de inmunidad que induce	Parcial, requiere varias dosis de recuerdo	Permanente, normalmente una dosis es suficiente
Administración	Inyección	Inyección/Oral
Estabilidad	Muy estable, no suele requerir refrigeración (4ºC)	Menos estable, requiere refrigeración (4ºC)
Tendencia a revertir a la cepa virulenta	Ninguna, son microorganismos muertos	Puede revertir a la forma virulenta y causar la enfermedad (con muy baja probabilidad)
Ejemplos	Polio (Salk), rabia, hepatitis A, cólera, peste bubónica, ...	Polio (Sabin), sarampión, rubéola, parotiditis, fiebre amarilla, varicela, gripe, herpes, tuberculosis, cólera, ...

06 Estrategias Tradicionales Producción de Vacunas

Inconvenientes de enfoque tradicional

• No todos los microorganismos se pueden cultivar
• Costo de cultivo de células animales (ej. para vacunas contra virus).
• Medidas de seguridad para el manejo de patógenos.
• Rendimiento y velocidad de producción son bajos.
• La inactivación/atenuación no siempre es total, y a veces, la cepa atenuada puede recuperar la virulencia

07 Vacunas Recombinantes: Peptídicas

Consisten en fragmentos de proteínas cortos, que son los epítopos (determinante antigénico) de un antígeno Un epítopo es la parte específica de un antígeno que es reconocida por el sistema inmune, en particular por los anticuerpos o los receptores de células B o T. Es la región del patógeno que desencadena la respuesta inmune específica.

EPITOPE 3 ANTIBODY 3 S ANTIBODY 1 EPITOPE 4 EPITOPE 2 ANTIBODY 4 ANTIBODY 2 PROTEIN ANTIGEN PROTEIN ANTIGEN

07 Vacunas Recombinantes: Peptídicas

Estructura de anticuerpos:

Antigenos región variable பரா d uk kop Cadena ligera Cadena pesada región constante Lugar de unión al antígeno Lugar de unión al antígeno Antígeno epitopo 1 Cadena ligera c S.S Is-S S-S ‘S Región Fc c c Región bisagra Anticuerpo

• Regiones variables determinan especificidad a cada antígeno
• Anticuerpo complementa perfecto al epítopo

Cadena pesada

07 Vacunas Recombinantes: Peptídicas

Estructura de anticuerpos:

Antígeno Antígeno Epitopo Epitopo Anticuerpo Anticuerpo Desnaturalización del Antígeno > epitope 19% 20 23 32 21 22 Epítopo lineal Epítopo conformacional beta-sheets estables Residuos continuos Residuos discontinuos Autoensamblaje de epítopos para formulación de vacuna ß-sheet self-assembly 20 50

07 Vacunas Recombinantes: Peptídicas

Procedimiento general para producción de vacunas peptídicas

¿Cuáles son los antígenos del m.o. patógeno que inducen la respuesta inmune protectora? ¿Cuáles son los epitopes que reaccionan con el anticuerpo protector? Síntesis de péptidos Fusión a agentes "carriers" Vacuna peptídica

07 Vacunas Recombinantes: Peptídicas

Limitaciones vacunas peptídicas

• Para ser efectivo un epítopo debe existir como un segmento corto de aminoácidos contiguos (Epítopo lineal), lo que no ocurre siempre en forma natural.
• El péptido debe ser capaz de adoptar la misma conformación que tiene en la partícula viral intacta
• Un sólo epítopo puede no ser suficientemente inmunogénico

08 Vacunas Recombinantes de Subunidad

Consisten en una parte de un microorganismo, una proteína antigénica, producida por ingeniería genética

• Se identifica la proteína más relevante para generar inmunidad (superficie)
• Se clona su gen en un organismo productor
• Se produce la proteína recombinante
• La proteína corresponde a un antígeno completo, el cual contiene los epítopos
• Reconocimiento por los anticuerpos

08 Vacunas Recombinantes de Subunidad

Vacuna recombinante contra el virus papiloma humano, HPV

Gardasil (tetravalente):

• HPV tipos 6, 11, 16 y 18
• Proteína Ll se produce en células de levadura o de insecto (según la versión de la vacuna) . La LI se autoensambla en estructuras parecidas al virus pero que no pueden infectar
• VLPs: Partículas similares al virus
• VLPs muestran los epítopos y activan el sistema inmune
• Dentríticas -> Linfocitos T helper y B -> Células plasmáticas -> Anticuerpos

Human Papillomavirus Self Assembly of L1 Proteins L1 Penton L1 Molecule O O DNA C L1 Coding Region Plasmid DNA Yeast Viral-Like Particle (VLP) £