La genómica, una herramienta para el desarrollo de vacunas contra las infecciones bacterianas

La Dra. Carmen Muñoz-Almagro, coordinadora del grupo "Enfermedades Infecciosas y Microbioma" del IRSJD, es co-senior en un estudio internacional publicado en la revista Lancet Microbe.

Un estudio pionero de vigilancia genómica ha proporcionado la imagen más clara hasta el momento de la carrera armamentista entre Streptococcus pneumoniae (bacteria responsable de algunas neumonías y meningitis), y las vacunas diseñadas para proteger contra los tipos más dominantes. Se descubrió que una cepa llamada GPSC10 era una amenaza importante, debido a su capacidad para transformar su estructura que le permite evadir a las vacunas, su mayor virulencia, y su resistencia a varios antibióticos comunes.

El estudio, publicado en Lancet Microbe, ha sido co-liderado por el Instituto Wellcome Sanger y el Centro Nacional de Referencia para Neumococos en Francia, y el Institut de Recerca Sant Joan de Déu. El estudio se enmarca dentro del proyecto Global Pneumococcal Sequencing (GPS).

"Los hallazgos demuestran el valor de la vigilancia genómica para el diseño de vacunas y destacan el desafío que plantean las cepas de neumococo con alta capacidad de adaptación, como GPSC10", comenta la Dra. Carmen Muñoz-Almagro, coordinadora del grupo "Enfermedades Infecciosas y Microbioma" del IRSJD.

Steptococcus pneumoniae, una de las principales causas de mortalidad infantil

Streptococcus pneumoniae, también conocido como neumococo, es un patógeno bacteriano que causa enfermedades que van desde infecciones del oído hasta neumonía, septicemia y meningitis. Es responsable de alrededor de 9 millones de infecciones globales al año, siendo los ancianos y los niños la población de mayor riesgo. Anualmente, alrededor de 300.000 niños mueren por la infección de esta bacteria, especialmente en los países de ingresos bajos y medios.

Desde el año 2000, se han desarrollado una serie de vacunas antineumocócicas conjugadas (PCV), dirigidas a los serotipos de S. pneumoniae que representaron la mayoría de las enfermedades en población infantil. Estas vacunas han reducido la prevalencia de la enfermedad en todo el mundo.

La actual vacuna comercializada PCV-13 se dirige a 13 serotipos y se están desarrollando nuevas vacunas dirigidas hasta 25 serotipos. Sin embargo, hay más de 100 serotipos distintos y pueden afectar a niños y adultos de diferentes maneras. Saber a qué serotipos dirigir las vacunas y cuál será el impacto probable sobre la enfermedad y la población neumocócica, es de vital importancia en el diseño de estrategias globales efectivas.

A través del trabajo del proyecto GPS desde 2011, se ha elaborado un mapa de los serotipos de S. pneumoniae en circulación que permite identificar tendencias en la población bacteriana. En este mapa se observó que el serotipo 24F había ido aumentando a lo largo de los años, en España, Francia, Reino Unido y otros países como Canadá, Dinamarca, Alemania, Israel, Italia, Japón, Líbano y Noruega. Actualmente, el serotipo 24F es una de las causas más frecuentes de enfermedad neumocócica en niños en diferentes países.

El serotipo 24F y la prevalencia de la enfermedad

En este nuevo estudio, los científicos del Instituto Wellcome Sanger realizaron la secuenciación del genoma completo de 419 cepas de S. pneumoniae del serotipo 24F. Las cepas procedieron de Cataluña: laboratorio de soporte para la vigilancia genómica de neumococo ubicado en el Hospital Sant Joan de Déu Barcelona, y de Francia: Centro Nacional de Referencia para Neumococos (NRCP), Asociación Clínica y Terapéutica y Infantile du Val-de-Marne (ACTIV). Para poder obtener una imagen más global, se incluyeron datos de la base de datos del proyecto Global Pneumococcal Sequencing (GPS).

"En un laboratorio de microbiología, la clasificación de cepas y las pruebas de resistencia a los medicamentos requieren mucho tiempo y recursos. La secuenciación del genoma completo puede darnos perfiles de resistencia a antibióticos y serotipos, identificar dónde podrían estar ocurriendo brotes y rastrear qué cepas median el reemplazo de serotipos. Por lo tanto, es una prueba que puede responder muchas preguntas diferentes". Comenta la Dra. Stephanie Lo, investigadora del Instituto Wellcome Sanger y primera autora del artículo.

El análisis mostró que el serotipo 24F estaba presente en muchos países debido en gran parte a la propagación de tres cepas: GPSC10, GPSC16 y GPSC206. Una cepa en particular, GPSC10, fue responsable del rápido aumento de 24F en Francia y Cataluña unos cuatro años después de la introducción de la vacuna PCV-13. Este serotipo presentaba un alto potencial de enfermedad y era resistente a múltiples tratamientos con antibióticos.

Además, el equipo investigador observó que la cepa GPSC10 expresaba 17 serotipos distintos y de estos solo 6 eran reconocidos por las actuales vacunas.

"La cepa GPSC10 de Streptococcus pneumoniae es capaz de expresar una amplia gama de serotipos y distintos patrones de resistencia a fármacos, en Cataluña antes de la introducción de la vacuna PCV-13 había estado circulando expresando el serotipo vacunal 19A mientras que ahora circula como 24F. La vigilancia genómica de neumococo es nuestra mejor herramienta para evaluar el impacto de las políticas vacunales y nos permitirá detectar la aparición de otros serotipos que no reconocen las vacunas". Comenta la Dra. Muñoz-Almagro.

La vigilancia genómica clave para la mejora de las vacunas

Hasta cierto punto, la carrera evolutiva entre los patógenos y los fabricantes de vacunas es inevitable. Si una cepa muere porque ha sido atacada por una vacuna, otras cepas pueden surgir para ocupar su lugar. Una cepa también puede evolucionar lo suficiente como para que las vacunas dejen de ser eficaces contra ella. Lo importante es que los fabricantes de vacunas y las organizaciones de salud pública tengan la mejor información para seguir adaptándose y, en última instancia, salvar vidas.

"Es emocionante que la vigilancia genómica ahora nos permita tener un impacto real en la mejora de las vacunas neumocócicas y, lo que es más importante, ayudar a reducir la cantidad de niños que mueren de esta enfermedad en los países de bajos y medianos ingresos. Todo el consorcio de Global Pneumococcal Survey también debería estar orgulloso del enorme esfuerzo de colaboración que se ha realizado para generar estos datos". Comenta el profesor Stephen Bentley, investigador del Instituto Wellcome Sanger.

Conceptos

Un serotipo es un grupo de cepas que comparten características biológicas similares, generalmente en la superficie celular. En S. pneumoniae, el serotipo es determinado por las propiedades de la cápsula que envuelve a la bacteria, protegiéndola del ataque del sistema inmunitario del huésped. Las vacunas actuales están diseñadas  para atacar  determinados serotipos..

Artículo de referencia

Stephanie W. Lo and Kate Mellor et al. (2022). Emergence of a multidrug-resistant and virulent Streptococcus pneumoniae lineage mediates serotype replacement after PCV13: an international whole-genome sequencing study. Lancet Microbe. DOI: https://doi.org/