UC Berkeley
El mes pasado, hablamos sobre las nuevas cepas del SARS-CoV-2 y sobre cómo habían evolucionado, aunque su ritmo de evolución sea relativamente lento. Desde entonces, las cepas nuevas han seguido propagándose y algunas más han aparecido. Este mes, con cerca del 15% de la población de US, al menos, parcialmente vacunada, todos queremos saber la efectividad que tendrán las vacunas existentes contra estas nuevas cepas. ¿Dentro de seis meses necesitaremos otro pinchazo contra las nuevas variedades del virus? ¿Y al cabo de un año otra? ¿Y así indefinidamente? Mientras nos enfrentamos a un futuro que seguramente nos llevará a coexistir con el virus, vale la pena hacerse una pregunta general tiene sentido preguntarse sobre el gran escenario: ¿por qué algunas vacunas tienen éxito contra unas enfermedades año tras año, mientras que otras no?
¿Dónde está la evolución?
Tenemos una vacuna contra la polio desde hace 65 años, una vacuna contra el sarampión desde hace 57 años, y una contra la rabia desde hace mas de cien años …, y esos virus nunca han desarrollado resistencia contra esas vacunas. Esas vacunas aún funcionan. La vacuna de la viruela tuvo tanto éxito que, no solamente las diferentes cepas no generaron resistencia, sino que el virus fue totalmente erradicado. Por otra parte, a causa de la rápida evolución de las cepas del virus de la gripe, su vacuna normalmente funciona solamente durante un año o menos. Y aún no hemos desarrollado una vacuna efectiva contra el VIH, a pesar de haberlo intentado durante 35 años. Aunque algunas diferencias son debidas a las peculiaridades de cada virus o del sistema inmunitario, la teoría de la evolución ayuda a explicar patrones importantes.
Una gran parte de la explicación se debe a la variabilidad: tanto a la variabilidad genética de la población viral, como a la variabilidad de nuestras vacunas y de las respuestas que nuestros sistemas inmunológicos son capaces de lanzar contra los virus. La variabilidad en la población viral es importante porque es la materia prima para la evolución. En una población con muchas variantes (o una población muy grande, como hemos permitido que pase con el SARS-CoV-2 al no controlar su propagación) es más probable que haya alguna cepa que pueda evadir al sistema inmunológico estimulado por una vacuna- esto sólo pasa por casualidad. Por lo tanto, cuando mucha gente está vacunada, cualquier cepa resistente a la vacuna se verá favorecida por la selección natural.
La variabilidad de una población viral se debe a la tasa de mutación del virus y el tamaño de su población. El virus de la gripe y el virus del SIDA (VIH) tienen tanto tasas de mutación muy elevadas como poblaciones muy grandes, lo que conlleva a que exista una gran variabilidad de una partícula vírica a la otra. En el caso del virus de la gripe, este hecho significa que se ha de reformular nuestra vacuna cada año para mantener a raya el virus según va evolucionando con respecto al del año anterior. Y en el caso del virus del SIDA (VIH), esto significa que no hemos sido capaces de producir una vacuna suficientemente efectiva contra la multitud de siempre cambiantes cepas en circulación. El SARS-COV-2 tiene una tasa de mutación menor que los virus anteriores, pero su propagación descontrolada ha dado lugar a una población de virus muy grande. Ahora estamos aprendiendo que algunas de esas partículas víricas son portadoras de mutaciones que les permiten propagarse más fácilmente. Por lo tanto, los descendientes de esas variantes, que también llevan las mutaciones beneficiosas, están aumentando.
La otra mitad de la ecuación es la diversidad de defensas con las que una vacuna puede equipar a nuestro sistema inmunitario. Las vacunas de la polio, el sarampión, y la rabia, están basadas en partículas vírales completas (desactivadas o incapacitadas de manera que no puedan causar enfermedades graves). Este tipo de vacunas enseñan a nuestro sistema inmunitario a reconocer muchas proteínas víricas diferentes, no sólo una. Imaginemos que un virus de la polio porta una mutación que hace que una de sus proteínas sea irreconocible para el sistema inmunitario estimulado por la vacuna. Ese virus todavía sería atacado por el sistema inmunitario ya que éste lo reconocería debido a las otras proteínas. Para ser invisible al sistema inmunitario, una partícula vírica tendría que portar mutaciones en cada una de sus proteínas de forma que el sistema inmunitario no reconociese a ninguna de ellas. Y esto es tremendamente improbable, por lo que la evolución de una cepa resistente es igualmente improbable. (La vacuna contra la gripe es una notable excepción a este modelo general ya que está basada en la partícula vírica entera, pero el virus todavía es capaz de evolucionar a pesar de la vacuna).
Por otra parte, todas las vacunas aprobadas contra el COVID-19 tiene por objetivo una única proteína- y dos de ellas solamente una corta cadena de esa proteína. Si las mutaciones cambian la forma de esa proteína, fácilmente podría pasar que esas vacunas fuesen menos efectivas. Los estudios sobre este hecho están todavía en marcha, pero la evidencia inicial es preocupante. Al menos algunas de nuestras vacunas parecen ser menos efectivas contra algunas cepas en circulación del coronavirus. Centrarse en una única proteína contribuyó al desarrollo en tiempo record de la vacuna contra el COVID-19. Pero también produjo vacunas altamente específicas que podrían fallar ante la variabilidad vírica.
Podríamos acabar en una guerra contra el SARS-CoV-2, en la que produzcamos nuevas vacunas para hacer frente a las nuevas cepas conforme van surgiendo, tal como hacemos contra la gripe. Los investigadores ya están trabajando para ajustar las vacunas contra el COVID y las estrategias de vacunación para afrontar las cepas emergentes. Pero este problema no se solucionará sólo con la investigación médica. El virus adquiere mutaciones, la materia prima de la evolución, cuando se replica. Todos podemos ayudar a limitar la variabilidad del SARS-CoV-2 disminuyendo su propagación, y por tanto, su reproducción. Usar la mascarilla, mantener la distancia de seguridad, y vacunarnos, no sólo ayuda a mantenernos a nosotros y nuestras familias saludables. Además reduce la potencial evolución del virus.
Primary literature:
- Williams, T. C., and Burgers, W. A. (2021). SARS-CoV-2 evolution and vaccines: cause for concern? The Lancet. DOI: https://doi.org/10.1016/S2213-2600(21)00075-8 Read it »
News articles:
- A summary of what we know about the effectiveness of vaccines against the new strains from Forbes
- A report on one effort to increase the effectiveness of vaccines against new strains from The Wall Street Journal
- A regularly updated feature tracking new coronavirus variants from the New York Times
Understanding Evolution resources:
- El artículo anterior nos dice que la variabilidad genética es la materia prima de la evolución. Con tus propias palabras explica qué significa esta afirmación.
- ¿Cómo afecta a la variabilidad de la población de un virus la tasa de mutación y el tamaño de su población? Por separado, ¿cómo afectan estos parámetros a la probabilidad de que aparezcan adaptaciones en los virus, como resultado de selección natural?
- ¿Cual dirías que es la diferencia fundamental entre la vacuna contra la polio y las vacunas aprobadas contra la COVID descritas en el artículo anterior? Explica cómo esta diferencia afecta a la respuesta del sistema inmunitario humano.
- Con tus palabras, explica cómo un ataque múltiple (es decir, que responde a varias proteínas del virus) del sistema inmunitario podría ralentizar la evolución de cepas víricas resistentes.
- Las infecciones por el VIH son un reto para el tratamiento porque el virus evoluciona rápidamente, diversificándose y adaptándose incluso en el interior de un paciente infectado. Los cócteles de medicamentos (un tratamiento compuesto por diferentes fármacos, que funcionan de diferente manera) son tratamientos frecuentes en las infecciones por VIH, ya que éste podría desarrollar resistencia a un único medicamento. Explica la estrategia evolutiva en que se basa este tratamiento. Después, haz un listado de algunas de las similitudes y diferencias entre la estrategia del cóctel de fármacos y las vacunas basadas en virus completos. Asegúrate de hablar del impacto sobre la evolución del virus en cada caso.
- Teach about variation and natural selection: This short film and exercise for grades 9-12 reinforce the concepts of variation and natural selection using the rock pocket mouse system.
- Teach about the evolution of resistance: This case study for the college level examines the evolution of toxin resistance in clams.
- Teach about vaccines and evolution: This news article for high school and college students explores how evolutionary theory can help us understand the different impacts of medications and vaccines on pathogen evolution and human health. Discussion questions are included.
- Callaway, E. (2020). The coronavirus is mutating — does it matter? Nature. 585: 174-177.
- Williams, T. C., and Burgers, W. A. (2021). SARS-CoV-2 evolution and vaccines: cause for concern? The Lancet. DOI: https://doi.org/10.1016/S2213-2600(21)00075-8
Translated by Fran Guerola. Edited by Ixchel Gonzalez Ramirez.