Un artículo de Luis Martínez Fernández, profesor titular de Matemáticas, especializado en el área de Álgebra, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea, y de Carmen Álvarez Domínguez, bioquímica y bióloga molecular, inmunológa, experta en vacunas y profesora de investigación en Procesos Sanitarios en la Facultad de Educación y en Avances en Enfermedades Infecciosas y terapia antimicrobiana en la Facultad de Ciencias de la Salud, UNIR – Universidad Internacional de La Rioja
Desde que se aprobó el uso de las vacunas contra el covid-19 han aparecido múltiples variantes que han puesto en alerta a las instituciones sanitarias de todo el mundo. Delta, ómicron, XE y alpha son algunas de ellas. Y cada vez que ocurría, la primera pregunta que nos saltaba a la cabeza era: ¿nos protegerán las vacunas actuales también contra esta nueva mutación?
La aparición de nuevas variantes es uno de los factores que hace que la eficacia de las vacunas se reduzca con el paso del tiempo. Con vistas a solucionar esta cuestión, se ha propuesto una nueva candidata a vacuna llamada CoVPSA que trata de proteger frente a todas las variantes existentes y frente a otras que puedan aparecer en el futuro.
CoVPSA se ha obtenido gracias a un superordenador y los resultados acaban de publicarse en la prestigiosa revista Scientific Reports.
¿Cómo se ha desarrollado la vacuna?
Esta candidata a vacuna contra el covid-19 ha sido diseñada con métodos matemáticos. Las técnicas utilizadas están relacionadas con la combinatoria, la matemática discreta y las ciencias de la computación.
Ha sido fruto de la colaboración multidisciplinar entre dos instituciones científicas. En primer lugar, la Universidad del País Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea hizo el estudio teórico previo y la simulación computacional de la cadena de 22 aminoácidos que conforman el péptido de la vacuna.
Posteriormente, el Instituto de Investigación Sanitaria Marqués de Valdecilla (IDIVAL) y el Hospital Universitario Marqués de Valdecilla de Cantabria se encargaron de cargar dicho péptido en las células que inician una respuesta inmunitaria adaptativa en nuestro organismo (llamadas dendríticas). También se ocuparon de hacer los posteriores ensayos biológicos in vitro e in vivo. De estas pruebas de laboratorio se obtuvieron resultados positivos.
En el artículo ya mencionado se evidencia la viabilidad práctica del método, pasando de una investigación de carácter básico a una investigación traslacional. De este modo, se prepara el terreno para posibles aplicaciones clínicas a corto y medio plazo para poder obtener vacunas efectivas contra diversos tipos de enfermedades.
Una vacuna universal contra todas las mutaciones de covid-19
La candidata a vacuna, llamada CoVPSA, se obtuvo gracias a la potencia del superordenador Arina de los Servicios Generales de Investigación (SGIker) de la UPV/EHU. Su potencia es equivalente a la de miles de ordenadores personales agregados.
Se utilizó para ejecutar de manera ininterrumpida durante varios días un algoritmo de programación entero que dio como resultado la mencionada secuencia de 22 aminoácidos.
Este método de diseño se basa en el concepto de lambda-supercadena introducido en un estudio anterior por los equipos de estas instituciones. Se trata de un método especialmente apropiado para valorar las distintas mutaciones experimentadas por el patógeno y poder obtener una única vacuna para todas ellas.
Es decir, no se considera solamente una de las variantes, sino que se obtiene un péptido que recubre suficientemente bien los epítopos de todas las variantes que hayan ido apareciendo.
De esta forma, se obtiene una vacuna universal eficaz contra todas las mutaciones. Esta es la principal diferencia respecto a los métodos clásicos de diseño de vacunas, que no confieren protección simultáneamente contra las distintas variantes del agente patógeno.
El péptido CoVPSA así diseñado fue sintetizado e integrado en un vector vacunal formado por células dendríticas. Los resultados obtenidos son buenos en cuanto a la inmunogenicidad de la vacuna, el perfil de citoquinas obtenido y la respuesta humoral generada, así como en cuanto al perfil de seguridad de la misma.
Una vacuna basada en modelos matemáticos
También se puede adaptar y modificar el método para que la vacuna proteja frente a variantes que puedan aparecer en el futuro. De hecho, los equipos de investigación de la UPV/EHU y del instituto IDIVAL ya están trabajando en ello para adelantarse a los acontencimientos. Tendrán en cuenta un modelo matemático que refleje la probabilidad de potenciales mutaciones venideras.
De esta forma, la vacuna no solo recubriría los epítopos de las distintas variedades del virus que puedan estar conviviendo actualmente: también los de otras mutaciones con más probabilidad de ocurrir y que aún no se han dado. Esta es la principal innovación aportada por el uso de las lambda-supercadenas. Estos estudios matemáticos computacionales están siendo también apoyados y financiados por el Basque Center for Applied Mathematics (BCAM), centro de excelencia “Severo Ochoa”.
El próximo paso es que ambos equipos hagan pruebas adicionales para ampliar los resultados preliminares. También están trabajando en el diseño matemático computacional de nuevas candidatas a vacuna que tengan en cuenta las últimas variantes del virus.
El diseño computacional con lambda-supercadenas se emplea asimismo con otra candidata a vacuna contra la Hepatitis C para la cual, a día de hoy, no existe ninguna vacuna efectiva.
Este artículo fue originalmente publicado en The Conversation
