Importancia de las proteínas OmpA y OmpB en el desarrollo de vacunas contra la rickettsiosis

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

*Autor para correspondencia: Harold Antonio Martinez Miranda, Centro de Investigaciones Regionales “Dr. Hideyo Noguchi”; Mérida, Yucatán México.

correo electrónico: hamm.martinez17@gmail.com

htpp://revistabiomedica.mx.

abstract

Importance of OmpA and OmpB proteins in the development of vaccines against rickettsiosis

Rickettsioses are a group of zoonotic diseases caused by bacteria of the genus Rickettsia, transmitted by hematophagous ectoparasites. Due to its non-specific clinical characteristics (fever, arthralgia, myalgias and exanthema) is underdiagnosed and confused with others of greater influence such as Dengue, and Chikunguya. In attention to its increasing incidence, rickettsial antigens have been studied along with the immune response they generate, in order to develop vaccines against rickettsiosis, being OmpA and OmpB the most prominent. Recent studies indicate an effective immune response against this disease, so the present review aims to provide an overview of the results obtained in studies focusing in vaccine development using these two proteins.

Resumen

Las rickettsiosis son un grupo de enfermedades zoonóticas causadas por bacterias del género Rickettsia, transmitidas por ectoparásitos hematófagos. Debido a su cuadro clínico inespecífico (fiebre, artralgias, mialgias y exantema) es subdiagnosticada y confundida con otras de mayor prevalencia como son el dengue y Chikunguya. Dada su creciente incidencia, se han estudiado antígenos rickettsiales, así como la respuesta inmune que generan con el fin de poder desarrollar vacunas, de ellos los más destacados son las proteínas OmpA y OmpB; en recientes estudios se muestra una respuesta inmune efectiva contra esta enfermedad, por lo que la presente revisión tiene como objetivo brindar un panorama de los resultados obtenidos en estudios enfocados al desarrollo de vacunas a partir de estas proteínas.

Introducción

Las rickettsiosis son enfermedades zoonóticas causadas por bacterias intracelulares Gram negativas del género Rickettsia, las cuales se transmiten a los humanos por medio de vectores artrópodos (garrapatas y pulgas) (1). Las bacterias de este género pueden clasificarse en cuatro grupos: el grupo tifo (Rickettsia tiphy, Rickettsia Prowazekii), el grupo de las fiebres manchadas (Rickettsia africae, Rickettsia sibirica, Rickettsia conorii, Rickettsia rickettsii), el grupo transicional (Rickettsia akari y Rickettsia felis) y el grupo ancestral (Rickettsia belli y Rickettsia canadensis) (2–7).

La importancia de estas enfermedades radica en su trascendencia clínica, dado que, las bacterias del género Rickettsia existen en zonas geográficas que cumplen con condiciones epidemiológicas y sociales que vuelven vulnerable a la población y facilitan la aparición de ésta (8). Estudios demuestran que la incidencia de esta enfermedad tiende a ser mayor principalmente en zonas húmedas o con climas lluviosos. Esto permite no sólo la transmisión de las rickettsiosis sino también de otras enfermedades con cuadro clínico similar (Zika, Chikunguya y dengue) lo que puede ocasionar un diagnóstico diferencial confuso y un retraso en el inicio del tratamiento. Esta situación, conlleva a una evolución clínica tórpida llegando a manifestarse con afectaciones viscerales y vasculares que pueden comprometer la vida de los pacientes (3,4,9).

A nivel mundial, las enfermedades ocasionadas por rickettsias han estado presentes en la población de distintos países; uno de estos lugares es Colombia que durante un estudio realizado en el 2005 con muestra de 392 pacientes, se encontró una seroprevalencia de un 40,2% (10). De igual forma, países como Brasil han reportado una tasa de mortalidad entre 30 y 40% (11). En el caso de México, se ha documentado esta patología desde el siglo XVI y en el transcurso de los años se han reportado tasas de mortalidad de 33% en Yucatán, 80% en Sinaloa y 30% Sonora (12). Aunque en los últimos estudios realizados se ha reportado que en Yucatán, entre los años 2015 y 2017 resultaron positivas el 50,8% de las pruebas serológicas realizadas para Rickettsia (13).

Aunque se han valorado diversas estrategias para disminuir las tasas de infección, resalta la necesidad de una vacuna como alternativa para combatir esta enfermedad. Los estudios actuales en el desarrollo de vacunas se han enfocado en las rickettsias pertenecientes al grupo de las fiebres manchadas, debido a que éstas son las más severas. Hasta el momento, se han evaluado proteínas implicadas en la invasión celular (InvA), proteínas de secreción (Fts), Adr2, Sca5, YbgF y TolC (14–16). Sin embargo las más estudiadas son las proteínas transmembranales OmpA y OmpB, debido a su alta antigenicidad y su importante papel en el mecanismo de patogenicidad de las bacterias del género Rickettsia (12,17,18).

Respuesta inmune ante la infección con rickettsia spp. Debido a que las bacterias del género Rickettsia son patógenos estrictamente intracelulares, algunos estudios han señalado que la respuesta inmune celular tiene un papel importante tanto en modelos experimentales como en la infección humana (19). En estudios sobre la respuesta inmune celular, en pacientes con rickettsiosis, se ha evidenciado una reducción de los linfocitos T, en específico los CD4+ y CD45+. Estas modificaciones pudieran estar relacionadas con la adhesión celular e internalización en el tejido vascular en los sitios en los que ocurre inflamación (20).

Otros estudios demuestran que líneas celulares del endotelio vascular pueden procesar y presentar antígenos rickettsiales a linfocitos T CD8+ y estimularlos, dicha activación está determinada por la secreción de interferón gamma (IFN-γ), lo que genera la muerte de la bacteria por medio de mecanismos dependientes e independientes del óxido nítrico (21).

En la fase aguda, se ha encontrado en el suero un incremento de IFN-γ, interleucina-10 (IL-10), IL-6 y el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α); los cuales vuelven a valores normales después de dos semanas post-infección. Se ha hallado que el TNF-α junto con el IFN-γ, activan a algunas células fagocíticas, como los macrófagos, para que produzcan las especies reactivas de oxígeno (RANTES) necesarias para ayudar a eliminar al microorganismo por medio del estallido respiratorio posterior a la fagocitosis, la apoptosis de las células infectadas y autofagia (22). Además, el IFN-γ tiene un papel importante durante la fase temprana de la enfermedad, debido a que en conjunto con la IL-10, que regula los mediadores inflamatorios y la IL-6 que activa la respuesta de las inmunoglobulinas, las cuales intervienen con los mecanismos de opsonización, neutralización y muerte por complemento; que fomentan una actividad anti-rickettsial (23) (Figura 1)

Por su parte, la respuesta humoral no se creía fundamental, en consecuencia, fue relegada a un segundo plano, pues se argumentaba que no tenía impacto en la recuperación del paciente ante una infección por Rickettsia, debido a la característica de intracelular, de la bacteria. Existen varias proteínas que inducen la producción de anticuerpos entre las cuales destacan OmpA y OmpB (24).

Dianas para el desarrollo de vacunas contra la Rickettsia: OmpA y OmpB. Las proteínas de membrana externa A y B (OmpA y OmpB), son porinas genéticamente relacionadas, modificables por calor y expuestas a la superficie, que se encuentran principalmente en bacterias Gram-negativas (25).

Durante la evolución de la bacteria, el gen que codifica para la proteína OmpA se ha conservado en las rickettsias pertenecientes a la familia de las fiebres manchadas; por su parte, el gen codificador de OmpB se encuentra en todos los grupos del género Rickettsia. Estas proteínas son autotrasportadores de distintos pesos y así, OmpA tiene un tamaño aproximado entre 135 y 247 kDa, en tanto la OmpB oscila entre 120-168 kDa. Ambas son factores de virulencia de la bacteria debido a que actúan como un ligando del receptor Ku70, el cual desencadena la endocitosis de la bacteria en la célula blanco (18,26,27).

Las proteínas OmpA y OmpB han servido también para la creación e implementación de nuevos protocolos de diagnóstico de la enfermedad, los cuales han llegado a tener hasta un 90 - 95% de especificidad y sensibilidad (28). También, se ha demostrado que ambas poseen inmunodominancia con respecto a otros antígenos proteicos, ya que expresan una gran cantidad de epítopes específicos diferentes, aspecto importante a considerar en la búsqueda de antígenos candidatos a vacunas (18,29). El estudio estructural de estas proteínas demostró que OmpB presenta una concentración molar nueve veces mayor que la OmpA, lo que la hace la más predominante en la membrana externa y la más importante, no sólo por su cantidad sino por encontrarse en todos los grupos (30).

Respuesta inmune ante la estimulación con OmpA y OmpB de Rickettsia spp. Estudios han determinado que OmpA y OmpB tienen la capacidad de inducir una respuesta inmune humoral capaz de ayudar a eliminar la bacteria del organismo (24). Se ha reportado que los anticuerpos monoclonales generados por ratones inmunizados con estas proteínas son capaces de reconocer el epítope de OmpB exhibido en el dominio transmembranal. Otros trabajos han determinado que los anticuerpos generados por la inmunización con las proteínas OmpA y OmpB, generaron protección a las células endoteliales y macrófagos de la infección mediante la opsonización, la cual inhibió el escape fagosómico, dando como resultado la muerte de la bacteria mediante la liberación de óxido nítrico y especies reactivas de oxígeno (31–34).

En otro aspecto, la cantidad de linfocitos T de memoria producidos está relacionada con el nivel de protección que genera, debido a que poseen memoria de reconocimiento ante antígenos rickettsiales. Aunado a esto, se ha demostrado en modelos murinos, que las células infectadas que presentan el complejo mayor de histocompatibilidad de clase 1 (MHC-I), son un blanco para los linfocitos T citotóxicos, para lo cual es necesaria la presencia de IFN-γ y TNF-α para inducir la actividad bactericida y junto a esto también, se activen los macrófagos, que son los que tienen más impacto en la respuesta inmune celular (35–39).

Desarrollo de vacunas mediante el uso de OmpA y OmpB. Considerando el problema económico y social que conlleva la falta de acción contra las enfermedades transmitidas por vector, varios organismos, entre ellos la Organización Panamericana de la Salud recomienda como una de las estrategias para su control, el desarrollo de una vacuna en relación con lo cual han existido diversas propuestas para generar una contra Rickettsia spp, como son: el uso de proteínas recombinantes que poseen capacidad antigénica y permiten la estimulación del sistema inmune, la transferencia pasiva de anticuerpos, que se utiliza cuando la infección es latente y cuyo papel es la activación del complemento, lisis de la bacteria u opsonización de la célula infectada y finalmente, las vacunas de ADN, que consisten en la inoculación de una secuencia por medio de un vector que será procesado por una célula presentadora de antígeno (CPA) para iniciar la estimulación inmunológica. En la Tabla 1, se ilustran los diversos estudios realizados con estas proteínas.

La generación de proteínas recombinantes representa una alternativa de bajo costo y facilidad de producción, aunado al hecho de que se puede elegir la secuencia de la proteína deseada a expresar, la cual tenga la capacidad de dar una mejor respuesta humoral; como es el caso de rOmp-4 que es un fragmento derivado de OmpB. Éste fue capaz de generar IgG2a e IgG1, las cuales ofrecen mayor capacidad de activación de complemento y mayor afinidad al receptor FcγRI (CD64) (18,28,34,40).

En cuanto a la transferencia pasiva de anticuerpos, se han desarrollado modelos murinos capaces de ayudar a comprender el efecto de los anticuerpos en el comportamiento de la infección, el más utilizado de ellos, ha sido el C3H/HeN. En éstos, se observó que una transferencia pasiva de anticuerpos monoclonales y policlonales en contra de la OmpA y de la OmpB disminuyó la letalidad en un 100% en ratones infectados (17,24).

Desde hace algunos años, se estudian como alternativa las vacunas de ADN, las cuales son desarrolladas mediante la expresión de péptidos específicos por medio de plásmidos, entre los cuales, diversos fragmentos de OmpA y OmpB han sido capaces de inducir proliferación en los linfocitos T, junto a la producción de citoquinas en macrófagos que han sido co-cultivados con linfocitos humanos. A partir de esto se ha encontrado un aumento en la producción de IFN-γ, el cual a un nivel adecuado en el endotelio favorece a la destrucción de las células infectadas (40). Este tipo de vacunas destacan como las más eficaces en cuanto a patógenos intracelulares se refiere, ya que, al tratarse de material genético exógeno, pueden activar la respuesta inmune mediada por las moléculas MHC-I, la cual en su mayoría es de carácter citotóxico, ideal para el combate de las rickettsias (25). Otra ventaja de éstas, es la especificidad de antígenos, ya que la construcción del material genético será específica para aquellos previamente seleccionados por bioinformática. Un estudio reciente, basado en la construcción de tres plásmidos de ADN (utilizando el vector pVAX1, plásmido de nula integración al genoma humano al que se añadieron regiones codificantes para antígenos provenientes de OmpA u OmpB de Rickettsia rickettsii) demostró la actividad proliferativa de linfocitos, así como la producción de citoquinas como el IFN-γ a través de co-cultivos de macrófagos transfectados con los plásmidos y linfocitos de pacientes que antes cursaron con alguna rickettsiosis (41).

Hasta el momento se han establecido diversas estrategias para el desarrollo de vacunas contra las rickettsias. Algunas de éstas, si bien desencadenan respuesta inmune, se diferencian entre sí, por el tipo que generan, ya sea de carácter celular o humoral. Estos estudios demuestran, que las vacunas provenientes de proteínas recombinantes tienden a tener una respuesta inmune humoral que disminuye la adhesión de la bacteria, de la misma forma las inmunizaciones con anticuerpos generados por estas proteínas logran generar una agregación de las bacterias y facilitan a los macrófagos su acción fagocítica (22). En su caso, las vacunas de ADN han demostrado tener un impacto en la estimulación de la respuesta inmune celular, dado que se ha encontrado un aumento en el IFN-γ y la cantidad de linfocitos T CD8+ (41).

En cuanto a los antígenos utilizados en estos estudios se notó que las proteínas generan una inmunización completa contra sí mismas, pero en especies heterólogas sólo han sido capaces de desarrollar una protección parcial, por lo que el uso de antígenos que se han conservado entre las especies, supondría la generación de una respuesta inmune similar entre diferentes especies de Rickettsia; en este caso la proteína OmpB destaca, debido a su alta conservación entre las especies de Rickettsia; sumado a la facilidad de inducir una respuesta inmune celular.

Conclusión

Las proteínas OmpA y OmpB han sido altamente utilizadas en estudios, cuyo enfoque ha sido el validar diversas posibilidades de vacunas, dado que, los que utilizan estas proteínas son los que muestran mejores resultados en la estimulación. De entre éstas, la OmpB es la que ha destacado más, debido a su conservación y su capacidad de generar una respuesta inmune celular, que diversos estudios señalan como la respuesta necesaria para la eliminación de esta bacteria

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Figura 1. Respuesta inmune generada por las bacterias del género Rickettsia. Basada en la tesis de Rosado Vallado 2004.