2.3: Moléculas de la Vida- El Dogma Central y Vacunas de ARN

Normalmente, los procesos previos a la comercialización requeridos para producir una vacuna para una nueva enfermedad tardan años en completarse (Figura 1). Estos procesos de desarrollo de vacunas incluyen investigación exploratoria, pruebas preclínicas, ensayos clínicos, revisión y aprobación, fabricación y control de calidad. En Estados Unidos, hay tres fases de los ensayos clínicos en humanos: Fase 1.) la vacuna se administra a pequeños grupos de personas para realizar pruebas de seguridad y dosificación; Fase 2.) una gama más amplia de la población recibe la vacuna (cientos de personas) para refinar aún más la dosis, la seguridad y la prueba de inmunogenicidad; y Fase 3. ) miles de personas reciben la vacuna y la vacuna es rigurosamente probada para determinar su eficacia contra la infección. Una vez concluidas las tres fases, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) revisa la seguridad y eficacia de la vacuna antes de que pueda salir al mercado.

Figura 1. Cronología normal para desarrollar una vacuna contra una enfermedad novedosa. La primera etapa del desarrollo de la vacuna incluye estudios exploratorios que pueden identificar un antígeno que podría provocar una respuesta inmune deseable. Los estudios iniciales exploratorios y preclínicos (animales) pueden tardar hasta ocho años en completarse. En Estados Unidos hay tres fases de ensayos clínicos (humanos). Cada nivel de ensayo incorpora más participantes del estudio, ya que las dosis se refinan y se recopilan datos de seguridad. Este proceso puede tardar entre 2 y 10 años. Después de la finalización de la fase III, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) debe aprobar la vacuna en base a sus datos de seguridad y eficacia.

Incluso las vacunas desarrolladas más oportunamente han tardado entre 12 y 18 meses en crearse, probarse y aprobarse. Las vacunas Pfizer-BioNTech y Moderna desarrolladas para el virus SARS-CoV-2 aprobadas para el tratamiento del Covid-19 tardaron mucho menos en llegar al mercado (aproximadamente 10 meses desde la identificación del candidato a vacuna hasta la revisión regulatoria y dispersión). ¿Cuáles son algunas de las razones detrás de este cronograma de desarrollo de vacunas inusualmente corto?

Además de la emergencia provocada por la crisis pandémica, existen varios factores que permitieron a los investigadores desarrollar una nueva vacuna contra Covid-19 mucho más rápido de lo típico. Por ejemplo, hubo abundantes conocimientos previos sobre el papel de la proteína pico viral, un antígeno glicoproteico que permite que el virus ingrese a las células, en otras enfermedades por coronavirus. También hubo evidencia de que los anticuerpos neutralizantes, anticuerpos que se unen a un virus, impidiendo que interactue con una célula hospedadora, son importantes para lograr la inmunidad al coronavirus.

Incluso con un buen conocimiento previo de qué antígenos virales provocarán una respuesta inmune, el desarrollo tradicional de la vacuna tarda seis meses en producir, tratar y purificar virus cultivados dentro de huevos de gallina fertilizados. Esta es la técnica utilizada para la vacuna contra la influenza estacional. Las vacunas Pfizer-BioNTech y Moderna. La mayor razón por la que las primeras vacunas COVID-19 se desarrollaron tan rápidamente es el tipo de molécula utilizada en la creación de la vacuna: las vacunas Moderna y Pfizer SARS-CoV-2 son vacunas de ARNm, vacunas que entregan una molécula pequeña llamada ARN mensajero, que codifica un gen para la superficie del virus proteína, a las células del cuerpo del huésped. La vacuna Moderna ya se estaba administrando en ensayos clínicos de Fase 1 apenas 10 semanas después de que se liberara la secuencia genética del virus, y la vacuna Pfizer es ahora la primera de su tipo en ser aprobada por la FDA.

¿Qué tienen de especial las vacunas de ARNm?

En lugar de entregar trozos de virus, o proteínas elaboradas por el virus cultivado a partir de huevos de gallina, las vacunas de ARN entregan un plan genético fabricado sintéticamente que permite a las células humanas fabricar su propia proteína viral inofensiva. Una vez que la proteína se elabora en el citoplasma de la célula, inicia una respuesta inmune debido a que la proteína se detecta como un invasor extraño. Este proceso prepara el escenario para una exposición secundaria a la proteína SARS-CoV-2 en el mundo real.

El proceso de fabricación de una vacuna de ARNm en el laboratorio es un proceso sencillo que no se basa en el uso de células vivas para replicar virus. En cambio, se puede usar una simple reacción química para crear el ARNm sintético para la proteína diana del virus, que luego se empaqueta en una nanogotita lipídica para que se administre de manera eficiente a las células. A partir de ahí, tus propias células hacen todo el trabajo. Por lo tanto, las vacunas de ARNm tienen el potencial de ser soluciones extremadamente rápidas, económicas y altamente escalables para el desarrollo de vacunas.

Vea más sobre las diferencias entre las vacunas convencionales y las de ARN en esta cifra de Pfizer:

https://www.breakthroughs.com/advancing-medical-research/what-makes-rna-vaccine-different-conventional-vaccine

Semana 3 Actividad de laboratorio: los pasos de la producción de la vacuna de ARNm COVID-19

En esta actividad, seguirás los principales pasos de la producción de vacunas de ARNm y responderás preguntas sobre la biología molecular de las células humanas. Conferencia Los videos del Módulo 1B y 1C que se encuentran en la conferencia BIOL 256 Lienzo y/o Capítulos 2 y 3 del texto de la conferencia, Fisiología Humana, Fox, decimoquinta edición, serán útiles para completar esta tarea. Si no estás inscrito en clase, puedes referirte a OpenStax Concepts of Biology Ch. 9 (Biología Molecular) para esta tarea: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/9-introduction

Antecedentes: Se encuentra trabajando en un laboratorio encargado del desarrollo de la vacuna COVID-19. Sus datos iniciales son la secuencia de ADN del virus SARS-CoV-2. Su supervisor de laboratorio le informa que utilizará la proteína pico de superficie viral para fabricar un ARNm para la vacuna.

Tu supervisor te ha enviado la secuencia génica para el ARNm que se va a sintetizar para la vacuna. Desea verificar la exactitud de la secuencia contra una base de datos antes de ponerse a trabajar. Necesitarás usar la bioinformática para averiguarlo.

La secuencia de ADN es la siguiente:

atgtttgtttttcttgttttattgccactagtctctagtcagtgttaatcttacaaccagaactcaattaccctgcatactaattctttcacgtggtgttaatcttaccctgtttacacaaccagttcagatcctcagttacattcaactcagagttcactagttcttcttaccttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttcttggtaccatgctatacatgtctctgggaccaatggtactaagaggtttgataaccctgtcctaccatttaatgatggtgtttattttgcttttccactgagaagtctaacataataaggctggat ttttggtactactttagattcgaagacccagtccctacttattgataataacgctactaatgttgatattaaagtctgtgaattacaactttgtaatgatacatttttgggtgtttattacacacacacacaaaaaaaagttggatggaaagtgagttcagagttcagagttttcagagtttattctagcacaaaaacaaacttggatggaagttcagagttcagagtttattctagcgaatttgattgattgattatatgtctctcagccttttttatggaccttgaaggaaaacagggtaatttcaaaaatcttagggaatttgtgtttaagaatattgatggttattttaaaatattctaagcacacgccta ttaatttagtgcgtgatctccctcagggtttttcggctttagaaccattggtagatttgccaataggtattaacatcactaggtttcaaaactttacttgctttacatagaagttgactcctggtgattcttcttcaggttggacagctggtgctgcagcttattatgtggttatgtgttatgttcttcagcttagtgttatgtgttatgttcttcagcttagtgcttgttatgttcaacctaggacttttctattaaaatataatgaaaatggaaccattacagatgctgtagactgtgcacttgaccctctctcagaaacaaag

Copia la secuencia de ADN.

A continuación, vaya a https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PAGE_TYPE=BlastSearch

Pega la secuencia en el cuadro de texto amarillo.

Desplácese hasta la parte inferior de la página y haga clic en BLAST.

Tenga en cuenta que la búsqueda puede tardar un tiempo ya que compara la secuencia de ADN que ingresó con todas las demás secuencias de ADN en la base de datos.

Pregunta 1. Cuando se cargue el resultado de la búsqueda, desplácese hacia abajo hasta “Secuencias que producen alineaciones significativas” en la pestaña de descripciones. ¿Cuál es el nombre del mejor partido para esta secuencia? Solo necesitas copiar el nombre de la entrada superior de la lista. Es posible que tengas que hacer clic en el enlace para ver el título completo.

Pregunta 2. La secuencia de ADN de cadena sensorial del gen de la proteína comienza de la siguiente manera. Replicar la hebra antisentido para este ADN en la línea.

5' atg ttt gtt ttt ctt gtt tta ttg cca cta gtc tct agt 3'

3' ___________________________________5'

Pregunta 3. Transcriba la cadena de ADN antisentido que creó (arriba) en una molécula de ARNm. No olvides escribir la direccionalidad 5'-3' sobre la molécula.

mRNA:

Pregunta 4. ¿Cuáles son las modificaciones 5' (cap) y 3' (cola) que se utilizan para hacer que el ARNm sea más estable dentro de las células animales?

Modificación 5':

Modificación 3':

Pregunta 5. Agrega una cola poli-A a tu secuencia de ARNm de la pregunta 3 (10 o más nucleótidos de adenina).

mRNA:

Pregunta 6. ¿En qué parte de la célula animal se traducen las proteínas?

Pregunta 7. ¿Cuál es el vehículo de administración de la vacuna Moderna que protege el ARNm de la vacuna así como lo entrega a las células humanas?

Pregunta 8. ¿Qué propiedades de la membrana plasmática permiten que el vehículo vacunal dispense el ARNm sintético en una célula humana?

Pregunta 9. Usando la tabla de códigos genéticos estándar (Figura 2), traduzca el mensaje de ARNm de la Pregunta 4, anterior. Tenga en cuenta que la cola poli-A no se traduce en proteína.

Secuencia de ARNm (pregunta 3):

Secuencia proteica:

Figura 2. La tabla de códigos genéticos estándar para la traducción de secuencias de ARNm en proteína. Cada triplete de ribonucleótidos corresponde al aminoácido abreviado en la tabla. Tripletes UAA, UAG y código UGA para codones de parada (sin ácido animo).