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La primera vacuna autorizada para insectos es comestible y heredable.

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Mercedes Gorette Solís Lucero

Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C.
msolis@pg.cibnor.mx

La autorización de la primera vacuna para abejas marca un hito en la vacunología y abre la puerta a una nueva herramienta para la prevención de enfermedades infecciosas en las colmenas que podría cambiar la manera en que protegemos a otros invertebrados.

En 2023, el Departamento de Agricultura de Estados Unidos y la Agencia Canadiense de Inspección de Alimentos (USDA y CFIA, respectivamente, por sus siglas en inglés) otorgaron a la empresa Dalan Animal Health la licencia condicional para la primera vacuna para insectos del mundo, más específicamente dirigida a abejas, que permite abordar una situación urgente mientras se continúa con los estudios y análisis adicionales para garantizar la seguridad y efectividad de la vacuna a largo plazo. Esta vacuna tiene como objetivo proteger a las abejas, bajo producción apícola, contra una de las principales enfermedades infecciosas que debilita o mata a las colmenas por todo el mundo: la loque americana.

La loque es causada por esporas de la bacteria Paenibacillus larvae que infectan solo a las crías en sus primeros días de vida, siendo las primeras 24 horas las de mayor peligro. Las abejas nodrizas infectan a las crías cuando las alimentan con comida contaminada con estas esporas. Uno o dos días después de ingerirlas, las esporas comienzan a germinar en el intestino, multiplicándose extremadamente rápido (como si fueran un cáncer), hasta invadir todo el cuerpo. Esto mata a la cría, que, en este punto, está llena de nuevas esporas que infectarán a más y más larvas.

Las esporas son extremadamente resistentes y pueden permanecer décadas en el ambiente (disminuyendo su viabilidad con los años). Durante la inspección periódica de la colmena, la presencia de larvas muertas con consistencia pegajosa y olor fétido distintivo, o de escamas secas y blancas adheridas a las paredes, puede indicar un brote. Para confirmar la infección, se toma una muestra de las larvas sospechosas y se somete a análisis microscópicos, cultivos bacteriológicos o pruebas de PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa) que permiten detectar la presencia del material genético de P. larvae. Si se detectan casos se deben reportar a la autoridad y, en casos graves, se incineran las colmenas, las abejas, el polen, la cera y el equipamiento. Cabe aclarar que los antibióticos podrían ser utilizados para contener la infección cuando las esporas se activan (fase vegetativa), sin embargo, su uso para prevenir la propagación es poco eficaz y a veces contraproducente, consume tiempo y dinero, contamina el producto final y promueve la resistencia a antibióticos. Debido a esto, una buena opción para prevenir la infección sería la utilización de una vacuna.


No todo es miel sobre hojuelas

Las vacunas son una forma muy eficaz de prevenir enfermedades causadas por patógenos (que son microorganismos o agentes biológicos que pueden causar enfermedades) como bacterias, virus, hongos y parásitos. Estas vacunas contienen antígenos del patógeno, es decir, sus proteínas, carbohidratos complejos, etc., que tienen la particularidad de ser reconocidos por el sistema inmune como algo ajeno que debe ser eliminado. Así, las vacunas se formulan con el patógeno completo pero muerto o casi muerto, con partes de él que bien pueden ser aislados del patógeno o producidas en laboratorio, y más recientemente con su material genético.

Hasta antes del 2023, los esfuerzos y recursos se habían dirigido a desarrollar vacunas para humanos y animales de interés para nosotros, como el ganado y las mascotas. Bajo esta lógica, las abejas deberían tener sus propias vacunas puesto que la crianza y explotación de las abejas melíferas es una rama de la ganadería que proporciona miel, polen, cera y jalea real. Su impacto en la alimentación y la economía va más allá de estos productos pues gracias a ellas se polinizan la mayoría de nuestros cultivos y los destinados al ganado, así como los cultivos de flores de ornato. Sin duda, la principal razón para preocuparnos por la salud de estos animales es que se encuentran en peligro de extinción mientras juegan un rol crítico en los ecosistemas, manteniendo la biodiversidad. Tan importantes son las abejas que La Real Sociedad de Geografía de Londres y el Earthwatch Institute, la designó oficialmente como el ser vivo más importante del planeta. Diversas organizaciones han manifestado que para protegerlas se debe priorizar su salud, usar los pesticidas de forma responsable y conservar sus hábitats.

Sin embargo, desarrollar vacunas para abejas ha sido un desafío debido a las diferencias en su respuesta inmune en comparación con nosotros mismo y los mamíferos, aves y peces que criamos. Existen dos tipos de sistema inmune: el innato y el adaptativo. Pongamos de ejemplo a las ovejas para explicar brevemente el sistema inmune adaptativo y su relación con la vacunación. Cuando las ovejas son vacunadas, el sistema inmune adaptativo reconoce a los componentes de la vacuna y produce anticuerpos específicos contra el patógeno con que está hecha la vacuna. Algunas de las células que producen los anticuerpos más eficaces (un tipo de células llamadas linfocitos) generalmente pueden permanecen durante años, incluso toda la vida, como memoria inmunológica para recordar al patógeno y responder mejor y más rápidamente en una siguiente exposición. Además, los anticuerpos producidos por la madre no solo la benefician a ella, sino que pasan a la cría a través del calostro (su primer alimento), protegiéndola durante sus primeros meses de vida. Pero, las abejas no son como las ovejas. Las abejas y las ovejas tienen sistema inmune innato, que es la primera línea de defensa contra los patógenos, compuesta por barreras físicas, detectores genéricos (no específicos) de patógenos y, de células y moléculas que los destruyen y eliminan, pero las abejas no tienen la ventaja adicional de la inmunidad adaptativa y por lo tanto, no producen anticuerpos ni tienen linfocitos de memoria. Entonces, ¿cómo es posible que se autorizara una vacuna para las abejas si no tienen sistema inmune adaptativo?

La sorprendente inmunidad innata.

La inmunidad innata ha sido ampliamente estudiada pero es tan compleja que los descubrimientos no paran y continúan sorprendiendo. En los últimos años, la evidencia científica ha revolucionado el conocimiento del sistema innato de insectos mostrando especificidad y memoria. Por ejemplo, se realizaron experimentos en los que se observó que, tras administrarles antígenos derivados de patógenos (una vacuna), las abejas pueden preparar y robustecer su respuesta inmune específica en una segunda exposición y que, además, podían pasar esta información a sus descendientes. Esta “entrenamiento” se conoce como priming del sistema inmune innato y su herencia como priming inmune transgeneracional.

En los últimos años, un grupo de investigadores de Estados Unidos, Finlandia, Noruega y Austria se interesaron en averiguar cómo las reinas son vacunadas naturalmente contra patógenos del medio ambiente sin abandonar la colmena y cómo posteriormente sus crías nacen resistentes a ellos. ¿Cómo estaría expuesta a los patógenos del exterior? Una investigación resolvió el misterio. Descubrieron que las obreras ingieren patógenos mientras se alimentan fuera de la colonia y luego transfieren un tipo de memoria inmune a la reina. Pero en la ciencia una respuesta lleva a más preguntas, ¿cómo se pasa esta memoria? Las investigaciones posteriores se centraron en el rol de una proteína llamada vitelogenina, que es un precursor de la yema de huevo de casi todos los ovíparos (que nacen de huevos) y que, en las abejas, sirve como reserva de nutrientes para embriones y larvas (que la usarán para su desarrollo) o para la preparación de la nutritiva jalea real. Evolutivamente, la vitelogenina precedió a los ovíparos, lo que sugiere que debía tener una función adicional a la de reserva de nutrientes. Resultó que esta función es de carácter inmunológico, ya que la vitelogenina es capaz de unirse a fragmentos de patógenos. Las obreras no ponen huevos pero producen vitelogenina para elaborar la jalea real con que se alimenta exclusivamente a la reina y las larvas, ¿sería posible que las obreras estuvieran transfiriendo fragmentos de patógenos a la reina mediante la vitelogenina? Para probar esta hipótesis, los investigadores marcaron bacterias con un compuesto fluorescente y se las administraron a dos grupos de abejas: uno capaz de producir vitelogenina y otro que no podía hacerlo normalmente. Hallaron que las bacterias fluorescentes solo aparecían en las llamadas glándulas hipofaríngeas de las obreras del primer grupo, por lo que concluyeron que la vitelogenina estaba involucrada en el transporte de patógenos hacia estas glándulas que son las que se encargan de producir la jalea real. Además, comprobaron que mientras circula, la vitelogenina se va uniendo a fragmentos de patógenos administrados durante el priming, acarreándolos con ella no solo a las glándulas hipofaríngeas sino también a las glándulas donde se absorben y almacenan los nutrientes, incluídos los ovarios de la reina. Una vez en los ovarios, el complejo de vitelogenina con fragmentos de patógeno pasa a los huevos como reserva de nutrientes consiguiendo heredar la vacuna a la siguiente generación.

Ahora sabemos que también se transfieren moléculas de defensa, como los llamados péptidos antimicrobianos, que protegerán a las crías mientras desarrollan su propia respuesta inmune (similar a lo que hacen los anticuerpos maternos en el ejemplo anterior de las ovejas). Algo muy interesante es que la protección no solo se hereda transmitiendo estas moléculas sino que también se pueden heredar los cambios en la forma en que el ADN de los padres se expresa para producir sus defensas durante el priming. Esta reprogramación, sin cambios propiamente en el material genético, se llama epigenética. Con base en toda esta evidencia, tres brillantes científicas involucradas en la investigación consiguieron llevarla al mercado, fundando la empresa Dalan Animal Health con base en Estados Unidos.


Funcionamiento de la vacuna real

La primera vacuna del mundo autorizada para abejas se formuló con la bacteria Paenibacillis larvae inactiva. Podríamos decir que esta es una vacuna real porque está diseñada para la reina quien es la única que se reproduce en la colmena. El objetivo es vacunarla sólo a ella y aprovechar el comportamiento natural de la colonia. La vacuna es comestible, se mezcla con el alimento que ingieren las abejas nodrizas, lo que la vuelve muy práctica para los apicultores. Cuando la obrera digiere la mezcla, las bacterias se rompen en pequeñísimos pedazos que luego se unen a la vitelogenina, quien los transporta con ella hacia las glándulas hipofaríngeas de la cabeza donde se produce la jalea real con que alimentarán a la reina. Luego que la reina digiere la jalea real con la vacuna, la vitelogenina trasporta fragmentos del patógeno a sus ovarios, consiguiendo que los huevos que produzca queden vacunados. Mediante experimentos, se ha comprobado que las descendientes vacunadas de esta forma están mejor protegidas contra la loque que aquellas que no fueron vacunadas. Los estudios de seguridad y eficacia mostraron que las reinas vacunadas no sufren daños, ni se observaron alteraciones en la calidad de la miel.



Implicaciones futuras

La licencia otorgada es condicional, lo que permite su uso y comercialización mientras se recopilan más datos. Hasta ahora ya se ha administrado a una decena de miles de reinas. Esperamos que los resultados favorezcan la aprobación definitiva. Esta innovación no solo representaría un avance en la biotecnología y la salud animal, sino que abriría la puerta a muchas más vacunas para invertebrados y ovíparos. La empresa Dalan Animal Health informa que ya está trabajando en vacunas para otros animales de interés ecológico y comercial. Es importante destacar que existen más científicos con investigaciones prometedoras en este campo. Por ejemplo, en México, dado que los estudios han demostrado que los camarones pueden beneficiarse del primig, desde hace algunos años, hemos venido explorando el desarrollo de una vacuna para proteger a los camarones en cultivo en el laboratorio de Patogénesis Microbiana del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. El camino es largo pero los esfuerzos deben continuar.


Literatura para consultar:

Harwood, G., Amdam, G., & Freitak, D. (2019). The role of Vitellogenin in the transfer of immune elicitors from gut to hypopharyngeal glands in honey bees (Apis mellifera). Journal of insect physiology, 112, 90–100. https://doi.org/10.1016/j.jinsphys.2018.12.006

Nature Biotechnology (2023). First bee vaccine. Nature Biotechnology, 41(163). https://doi.org/10.1038/s41587-023-01694-y

Salmela, H., Amdam, G. V., & Freitak, D. (2015). Transfer of Immunity from Mother to Offspring Is Mediated via Egg-Yolk Protein Vitellogenin. PLoS pathogens, 11(7), e1005015. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1005015



La autora es doctora en ciencias con orientación en biotecnología, su área de investigación se centra en el desarrollo de inmunotecnologías con aplicación en la acuicultura, tales como vacunas para el camarón en cultivo.

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