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Siguiendo la línea científica que inició la doctora Valeria Prado en la década de los ‘80, el equipo del doctor Vidal se ha abocado al estudio de la epidemiología molecular de cepas de Escherichia coli patógenas, dedicando gran parte de este esfuerzo en intentar demostrar la relevancia del patotipo productor de Shiga toxina (STEC; por sus siglas en inglés), causante del Síndrome Hemolítico Urémico (SHU). Esta patología deriva de una infección del aparato digestivo donde STEC secreta Shiga toxinas que ingresan al torrente sanguíneo, donde destruyen los glóbulos rojos y afectan la función renal y, en algunos casos, el sistema nervioso central de niños y adultos mayores.
“Nuestra mirada está enfocada en la prevención. STEC coloniza principalmente a animales rumiantes donde es parte de la microbiota normal, sin causar infección en la mayoría de ellos. Sin embargo, un mal proceso de faenamiento puede causar que el contenido intestinal o heces contaminen el músculo del animal y, de esa forma, llegar a las personas que consumen esa carne. Sabemos que está en alrededor del 17% de los bovinos faenados en Chile y, si bien la tasa estimada es de 3,5 por cada 100.000 habitantes, es una infección que puede dejar secuelas graves y es económicamente devastadora. Para prevenirla, propusimos caracterizar las proteínas de la membrana externa de STEC que fueron sintetizadas durante la infección y, por lo tanto, son inmunoreactivas frente a sueros de pacientes que tuvieron SHU. Es así como encontramos proteínas exclusivas de STEC; es decir, que no existen en E. coli comensales que viven en el intestino de individuos sanos como parte de la microbiota normal, y que las encontramos en sueros de niños que se infectaron por esta bacteria y que luego desarrollaron el SHU y, por lo tanto, sus sistemas inmunes generaron una respuesta de anticuerpos contra ellas. Entonces la pregunta planteada fue si estas proteínas, además de ser marcadores diagnósticos, también pudieran ser buenos inmunógenos; es decir, ser capaces de inducir una respuesta inmunitaria protectora, principalmente de anticuerpos que luego puedan reaccionar frente a bacterias que presenten estas moléculas”, señala el académico.
A ello, añade que una vez reconocidas las proteínas inmunogénicas y utilizando los sueros de pacientes que cursaron la infección, buscaron pequeñas regiones peptídicas o secuencias de aminoácidos que fueran inmunoreactivas frente a los anticuerpos presentes en el suero de los pacientes. Estas regiones peptídicas luego se fusionaron a una proteína carrier –de transporte de membrana, también inmunogénicas y de STEC-, generando así proteínas quiméricas. Inicialmente la vacuna fue evaluada en ensayos de protección en modelo ratón, donde se observó que los animales previamente inmunizados con las proteínas quiméricas al ser desafiados con dos cepas de STEC, como son la O157:H7 y O91:H21, que son las que producen la enfermedad en los humanos, no son colonizados, no se infectan y no aparecen signos de daño a nivel renal. Es decir, quedaron protegidos frente a la infección por STEC.
Estos resultados obtenidos junto al equipo de trabajo del Proyecto Fondef, compuesto por los académicos Felipe Del Canto y Juan Carlos Salazar, el investigador de postdoctorado David A. Montero, y el apoyo de los doctores Ángel Oñate, de la Universidad de Concepción, y Mauricio Arenas de la Universidad de Talca, fueron dados a conocer durante el 2020 en la revista npjVaccines, de la editorial Springer Nature. En el artículo se describe este nuevo candidato a vacuna que utiliza dos proteínas quiméricas cuya formulación comenzarán a producir junto a especialistas de la Facultad de Ciencias Veterinarias y Pecuarias de la Universidad de Chile, para luego ser probada en nuestro país, mediante financiamiento del programa Fondef Etapa II y con Veterquímica y Laboratorio Pasteur como contraparte empresarial. Además, se está evaluando la posibilidad de ensayar la vacuna en Tandil, Argentina, donde “se testeará en bovinos de cría, para ver si se genera inmunidad y esta inmunidad se traspasa de la hembra gestante al ternero recién nacido; en este punto, nuestro interés es ver si se produce respuesta inmune en animales que están naturalmente colonizados por STEC”. Es decir, la vacuna apunta a prevenir que esa bacteria pueda llegar al humano, dando pie a un animal “más sano” que no tenga la bacteria en ninguno de sus subproductos. Paralelamente, también será testeada en cerdos –ensayos que se harán en Chile- donde la vacuna está orientada a proteger contra cepas de STEC que transportan un tipo de Shiga toxina denominada Stx2, que sólo afecta a estos animales y no produce cuadro clínico en las personas, “por lo que su objetivo es prevenir que la enfermedad afecte a este sector productivo de carne”.
Estudiando la comunicación entre célula y Shigatoxina
En el actual proyecto Fondecyt Regular 2021, el equipo del doctor Vidal tiene como objetivo profundizar en la interacción bacteria-célula, pero desde el punto de vista de dos estructuras comunes a ambas, como son las microvesículas. Estas estructuras son producidas por ambos tipos celulares, que en el caso de las células eucariotas se restringirá a un tipo específico llamada exosomas, y en el de las bacterias Gram negativas –como las STEC- son vesículas de membrana externa (OMV por su sigla en inglés).
“Vamos a caracterizar la estructura de proteínas de estas microvesículas, que tienen un tamaño promedio de 120 nanómetros, además de los RNAs pequeños y microRNAs que se ha descrito viajan dentro de ellas. Así, queremos investigar si cumplen algún rol en señalización celular y muy importante, en los mecanismos de patogenicidad asociados a esta bacteria; es decir, su poder infectivo. Nuestra hipótesis es que el mecanismo de infección y las vesículas de bacterias patógenas llevan información a la célula eucariota que promueve la modificación de la estructura de los exosomas, los que a su vez señalizarán a otras células del epitelio aún no infectadas para favorecer la infección, haciendo parte del mecanismo de patogenicidad de STEC. Por ejemplo, se ha descrito que células infectadas por un patotipo intracelular de E. coli promueve la síntesis de microRNA específicos que apagan el mecanismo de autofagia, de manera que cuando la bacteria entra a la célula, este mecanismo de protección celular no es eficiente en la eliminación del patógenos lo que permitiría su multiplicación en endosomas. En el caso de STEC, recientemente uno de nuestros colaboradores internacionales en el proyecto Fondecyt Regular, como es el doctor Christian Rüter, de la Universidad de Münster en Alemania, logró demostrar que las Shiga toxinas son liberadas al medio extracelular pero otras unidades de ellas también son capaces de viajar al interior de las vesículas bacterianas que luego son endocitadas por células que verán afectado sus procesos de síntesis de proteínas. Esto puede ser la respuesta de por qué no han funcionado los anticuerpos contra la Shiga Toxina creados hasta ahora como terapia: quizás la Shiga toxina de STEC viaja “escondida” dentro de estas vesículas, de forma que elude al sistema inmune”.
En ese sentido, espera lograr nuevo conocimiento que les permita incluso complementar la terapia de inmunización desarrollada por su equipo o entender porqué esta ha sido exitosa al ser aplicada en el modelo ratón. “Creemos que nuestra vacuna tiene muy buena oportunidad de funcionar, porque está dirigida contra estructuras que son parte de las vesículas pero que también están en la superficie de la bacteria”, finaliza el doctor Vidal.