Descubrimiento clave en peces: Glóbulos rojos revelan cómo crear vacunas más eficaces
Un estudio reciente, realizado por científicos del Instituto de Biotecnología Sanitaria de Elche (IDiBE-UMH), ha revelado el descubrimiento de una ruta celular esencial en los glóbulos rojos de peces. Este hallazgo abre la puerta a la posibilidad de desarrollar vacunas más dirigidas y eficaces para la industria acuícola.
Además de la producción de factores tipo citocinas, la presentación de antígenos y la regulación de genes de respuesta viral reportadas para los eritrocitos nucleados o glóbulos rojos (GR), la autofagia, una vía de degradación que puede ser citoprotectora bajo condiciones de estrés, ocurre en los GR de teleósteos en respuesta al virus de la septicemia hemorrágica viral (VHSV) como un mecanismo antiviral y de procesamiento de antígenos.
Cabe destacar que la autofagia puede ser estimulada por el estrés del retículo endoplasmático (RE) dentro de la célula. El RE actúa como un organelo central, formando sitios especializados que lo interconectan con casi todos los demás organelos, coordinando las respuestas al estrés.
Además, el RE es responsable de una variedad de funciones celulares esenciales, incluyendo el correcto plegamiento de las proteínas. El funcionamiento normal del RE puede verse comprometido por el estrés celular causado por condiciones fisiológicas y patológicas como cambios en el pH y la temperatura, ataques virales y bacterianos, todo lo cual puede llevar a la acumulación de proteínas mal plegadas.
En este contexto, investigadores del Instituto de Biotecnología Sanitaria de Elche (IDiBE-UMH) han descubierto un mecanismo celular fundamental en los glóbulos rojos de los peces. Este hallazgo, publicado en el European Journal of Cell Biology, podría transformar el desarrollo de vacunas para la acuicultura, haciéndolas más eficaces y específicas. Contrario a la creencia común de que los eritrocitos de teleósteos solo transportan oxígeno, el estudio demuestra que estas células activan una compleja respuesta inmunitaria cuando son estimuladas por una vacuna.
Esta respuesta radica en un mecanismo celular capaz de coordinarse con otros procesos vitales como la autofagia, la liberación de vesículas extracelulares y la respuesta mitocondrial. Todo esto ocurre en el marco del estrés del retículo endoplasmático y la respuesta de proteínas mal plegadas (UPR-ER).
“Estos procesos en los glóbulos rojos son dianas ideales para el desarrollo de herramientas profilácticas más específicas y con mayor capacidad inmunogénica que las opciones disponibles actualmente”, señalaron los autores del estudio.
Al comprender cómo responden los glóbulos rojos a diferentes formulaciones vacunales, los investigadores podrán diseñar vacunas más eficaces, con menor cantidad de antígeno y posiblemente con menos efectos secundarios, lo cual tiene un enorme potencial para la acuicultura comercial.
Esto, a su vez, podría facilitar la creación de biomarcadores celulares que permitirían una evaluación temprana de la eficacia de las vacunas en peces. De esta forma, se optimizarían los programas de inmunización y se lograría una reducción de los costos operativos en los centros de cultivo acuícolas.
Esquema que representa el ensayo de co-cultivo para evaluar la comunicación de los glóbulos rojos a través del tráfico de vesículas en respuesta a los dos tipos de vacunas. Créditos: Estudio.
Un zoom a la investigación
Se obtuvieron ejemplares de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) de entre 5 y 7 cm de un centro de cultivo comercial libre de VHSV. Una vez en las instalaciones de la Universidad Miguel Hernández, los peces se mantuvieron a 14 °C en tanques con un sistema de recirculación de agua declorada y se alimentaron diariamente.
A partir de allí, los investigadores se propusieron describir los mecanismos celulares asociados o desencadenados por el estrés del RE en los GR de trucha arcoíris en un entorno antiviral, aplicando un estímulo vacunal. “Específicamente, utilizamos dos tipos de vacunas: una vacuna de segunda generación presentada como «nanopellet» (NP) y formulada con el fragmento recombinante 16 de la glicoproteína G de VHSV (NP-GVHSV), y una vacuna de ADN de tercera generación que codifica para GVHSV (pmTFP1-GVHSV)”, detallaron los autores.
Para lograr esto, adoptaron una estrategia integradora y comparativa, combinando técnicas de biología molecular con métodos de cribado de alto contenido. “Así, utilizamos dos enfoques complementarios que aprovechan la radiación sincrotrón (RS): la microespectroscopia infrarroja por transformada de Fourier basada en RS (SR-µFTIR) y la criotomografía de rayos X blandos (cryo-SXT)”, contaron los investigadores.
“La fuente de luz sincrotrón es más de 100 veces más brillante que una fuente globular convencional, y en combinación con un microscopio permite estudios sobre la dinámica de los cambios bioquímicos a nivel de célula individual con una relación señal/ruido óptima y alta resolución espacial. Las técnicas basadas en RS han impulsado una intensa investigación en ciencias biomédicas y de la vida, contribuyendo a una comprensión más profunda de los sistemas biológicos”, explicaron los científicos.
Synchrotron Radiation-micro Fourier Transform Infrared spectroscopy (SR-µFTIR) es una técnica analítica aplicada al estudio de la huella dactilar vibracional. Cryo-SXT permite la reconstrucción tridimensional (3D) a escala nanométrica de muestras celulares crioconservadas intactas sin necesidad de fijación química o corte físico.
Esta técnica se ha convertido en una herramienta poderosa para visualizar membranas biológicas y comprender la morfología de los orgánulos membranosos y el interior de las células. Sin duda, la correlación de información de diferentes técnicas proporciona información valiosa que no podría recopilarse individualmente.
Análisis ultraestructural en 3D de glóbulos rojos de trucha arcoíris en respuesta al tratamiento con pmTFP1-GVHSV mediante crio-SXT. Créditos: Estudio.
Principales hallazgos
Los científicos destacaron que “nuestras observaciones a través del análisis celular por SR-µFTIR sugirieron que los cambios bioquímicos más significativos después del tratamiento con NP-GVHSV y pmTFP1-GVHSV ocurren a nivel de proteínas y lípidos”.
Además, “la crio-SXT reveló un aumento en el volumen del retículo endoplasmático (RE), la formación de estructuras vesiculares (EVs) y cambios en el perfil mitocondrial de los glóbulos rojos tratados con la vacuna”.
“Si bien estos cambios están relacionados con funciones celulares aparentemente desconectadas, se activan en puntos clave de la respuesta inmune para responder a los estímulos de la vacuna. La activación de estas vías se confirmó mediante la regulación al alza de la expresión génica relacionada con la UPRER (respuesta a proteínas desplegadas del RE), autofagia, estrés mitocondrial y presentación de antígenos, junto con el tráfico e internalización de vesículas”, contaron los expertos.
Es así que, “con este avance, los eritrocitos se consolidan como actores inmunitarios relevantes en peces, lo que permitirá a futuro diseñar vacunas más inteligentes y eficaces, alineadas con los retos de sostenibilidad y eficiencia de la acuicultura moderna”, enfatizaron los científicos.
Lea el estudio completo aquí: Viral vaccines promote endoplasmic reticulum stress-induced unfolding protein response in teleost erythrocytes
Además de la producción de factores tipo citocinas, la presentación de antígenos y la regulación de genes de respuesta viral reportadas para los eritrocitos nucleados o glóbulos rojos (GR), la autofagia, una vía de degradación que puede ser citoprotectora bajo condiciones de estrés, ocurre en los GR de teleósteos en respuesta al virus de la septicemia hemorrágica viral (VHSV) como un mecanismo antiviral y de procesamiento de antígenos.
Cabe destacar que la autofagia puede ser estimulada por el estrés del retículo endoplasmático (RE) dentro de la célula. El RE actúa como un organelo central, formando sitios especializados que lo interconectan con casi todos los demás organelos, coordinando las respuestas al estrés.
Además, el RE es responsable de una variedad de funciones celulares esenciales, incluyendo el correcto plegamiento de las proteínas. El funcionamiento normal del RE puede verse comprometido por el estrés celular causado por condiciones fisiológicas y patológicas como cambios en el pH y la temperatura, ataques virales y bacterianos, todo lo cual puede llevar a la acumulación de proteínas mal plegadas.
En este contexto, investigadores del Instituto de Biotecnología Sanitaria de Elche (IDiBE-UMH) han descubierto un mecanismo celular fundamental en los glóbulos rojos de los peces. Este hallazgo, publicado en el European Journal of Cell Biology, podría transformar el desarrollo de vacunas para la acuicultura, haciéndolas más eficaces y específicas. Contrario a la creencia común de que los eritrocitos de teleósteos solo transportan oxígeno, el estudio demuestra que estas células activan una compleja respuesta inmunitaria cuando son estimuladas por una vacuna.
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Esta respuesta radica en un mecanismo celular capaz de coordinarse con otros procesos vitales como la autofagia, la liberación de vesículas extracelulares y la respuesta mitocondrial. Todo esto ocurre en el marco del estrés del retículo endoplasmático y la respuesta de proteínas mal plegadas (UPR-ER).
“Estos procesos en los glóbulos rojos son dianas ideales para el desarrollo de herramientas profilácticas más específicas y con mayor capacidad inmunogénica que las opciones disponibles actualmente”, señalaron los autores del estudio.
Al comprender cómo responden los glóbulos rojos a diferentes formulaciones vacunales, los investigadores podrán diseñar vacunas más eficaces, con menor cantidad de antígeno y posiblemente con menos efectos secundarios, lo cual tiene un enorme potencial para la acuicultura comercial.
Esto, a su vez, podría facilitar la creación de biomarcadores celulares que permitirían una evaluación temprana de la eficacia de las vacunas en peces. De esta forma, se optimizarían los programas de inmunización y se lograría una reducción de los costos operativos en los centros de cultivo acuícolas.
Esquema que representa el ensayo de co-cultivo para evaluar la comunicación de los glóbulos rojos a través del tráfico de vesículas en respuesta a los dos tipos de vacunas. Créditos: Estudio.
Un zoom a la investigación
Se obtuvieron ejemplares de trucha arcoíris (Oncorhynchus mykiss) de entre 5 y 7 cm de un centro de cultivo comercial libre de VHSV. Una vez en las instalaciones de la Universidad Miguel Hernández, los peces se mantuvieron a 14 °C en tanques con un sistema de recirculación de agua declorada y se alimentaron diariamente.
A partir de allí, los investigadores se propusieron describir los mecanismos celulares asociados o desencadenados por el estrés del RE en los GR de trucha arcoíris en un entorno antiviral, aplicando un estímulo vacunal. “Específicamente, utilizamos dos tipos de vacunas: una vacuna de segunda generación presentada como «nanopellet» (NP) y formulada con el fragmento recombinante 16 de la glicoproteína G de VHSV (NP-GVHSV), y una vacuna de ADN de tercera generación que codifica para GVHSV (pmTFP1-GVHSV)”, detallaron los autores.
Para lograr esto, adoptaron una estrategia integradora y comparativa, combinando técnicas de biología molecular con métodos de cribado de alto contenido. “Así, utilizamos dos enfoques complementarios que aprovechan la radiación sincrotrón (RS): la microespectroscopia infrarroja por transformada de Fourier basada en RS (SR-µFTIR) y la criotomografía de rayos X blandos (cryo-SXT)”, contaron los investigadores.
“La fuente de luz sincrotrón es más de 100 veces más brillante que una fuente globular convencional, y en combinación con un microscopio permite estudios sobre la dinámica de los cambios bioquímicos a nivel de célula individual con una relación señal/ruido óptima y alta resolución espacial. Las técnicas basadas en RS han impulsado una intensa investigación en ciencias biomédicas y de la vida, contribuyendo a una comprensión más profunda de los sistemas biológicos”, explicaron los científicos.
Synchrotron Radiation-micro Fourier Transform Infrared spectroscopy (SR-µFTIR) es una técnica analítica aplicada al estudio de la huella dactilar vibracional. Cryo-SXT permite la reconstrucción tridimensional (3D) a escala nanométrica de muestras celulares crioconservadas intactas sin necesidad de fijación química o corte físico.
Esta técnica se ha convertido en una herramienta poderosa para visualizar membranas biológicas y comprender la morfología de los orgánulos membranosos y el interior de las células. Sin duda, la correlación de información de diferentes técnicas proporciona información valiosa que no podría recopilarse individualmente.
Análisis ultraestructural en 3D de glóbulos rojos de trucha arcoíris en respuesta al tratamiento con pmTFP1-GVHSV mediante crio-SXT. Créditos: Estudio.
Principales hallazgos
Los científicos destacaron que “nuestras observaciones a través del análisis celular por SR-µFTIR sugirieron que los cambios bioquímicos más significativos después del tratamiento con NP-GVHSV y pmTFP1-GVHSV ocurren a nivel de proteínas y lípidos”.
Además, “la crio-SXT reveló un aumento en el volumen del retículo endoplasmático (RE), la formación de estructuras vesiculares (EVs) y cambios en el perfil mitocondrial de los glóbulos rojos tratados con la vacuna”.
“Si bien estos cambios están relacionados con funciones celulares aparentemente desconectadas, se activan en puntos clave de la respuesta inmune para responder a los estímulos de la vacuna. La activación de estas vías se confirmó mediante la regulación al alza de la expresión génica relacionada con la UPRER (respuesta a proteínas desplegadas del RE), autofagia, estrés mitocondrial y presentación de antígenos, junto con el tráfico e internalización de vesículas”, contaron los expertos.
Es así que, “con este avance, los eritrocitos se consolidan como actores inmunitarios relevantes en peces, lo que permitirá a futuro diseñar vacunas más inteligentes y eficaces, alineadas con los retos de sostenibilidad y eficiencia de la acuicultura moderna”, enfatizaron los científicos.
