Durante décadas, la Enfermedad Bacteriana del Riñón (BKD) ha sido uno de los mayores dolores de cabeza para la salmonicultura mundial. Pese a numerosos esfuerzos científicos, el sector continúa dependiendo en gran medida del uso de antibióticos para controlar una enfermedad causada por Renibacterium salmoninarum, una bacteria capaz de esconderse dentro de las células del pez, provocar infecciones crónicas y transmitirse incluso desde los reproductores hacia las ovas.
Ahora, un equipo de investigadores chilenos de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV), liderado por el Dr. Fernando Gómez, académico e investigador del Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular del Instituto de Biología de la Facultad de Ciencias, desarrolló un innovador candidato vacunal multiantigénico junto a Jeffrey Araneda, bioquímico e investigador de la PUCV; Patricio Flores, investigador del Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular de la PUCV y del Centro GEMA (Genómica, Ecología y Medio Ambiente) de la Universidad Mayor; Waldo Acevedo, investigador del Laboratorio de Química Biológica del Instituto de Química de la Facultad de Ciencias de la PUCV y del Center for Interdisciplinary Research in Biomedicine, Biotechnology and Well-Being (CID3B); y Sergio Marshall, investigador del Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular de la PUCV.
Mediante una combinación de vacunología reversa, genómica comparativa, inmunoinformática y modelamiento estructural, el equipo desarrolló una estrategia vacunal innovadora que propone un enfoque completamente distinto a los utilizados hasta ahora para combatir Renibacterium salmoninarum. Los resultados fueron publicados en Frontiers in Cellular and Infection Microbiology y representan una de las investigaciones computacionales más avanzadas realizadas para enfrentar esta enfermedad.
En Chile, la enfermedad continúa representando un problema sanitario de primera magnitud. Según cifras oficiales citadas en la investigación, durante 2024 el BKD fue responsable del 9,2% de las mortalidades asociadas a patógenos en salmón Atlántico, 12,1% en salmón coho y 8,4% en trucha arcoíris.
Un cambio de paradigma en el diseño de vacunas
A diferencia de las vacunas tradicionales, que normalmente se construyen utilizando una o pocas proteínas del patógeno, esta investigación reunió fragmentos inmunológicos provenientes de doce proteínas diferentes de R. salmoninarum, todas vinculadas a procesos esenciales para la supervivencia e infección de la bacteria.
Para el Dr. Fernando Gómez, académico e investigador del Laboratorio de Genética e Inmunología Molecular del Instituto de Biología de la PUCV, este enfoque responde a la necesidad de replantear completamente la forma en que se desarrollan vacunas para enfermedades tan complejas como el BKD. «Durante muchos años hemos intentado controlar BKD con distintas estrategias, pero sigue siendo una enfermedad muy compleja. Por eso pensamos que era momento de cambiar la forma de diseñar vacunas y aprovechar las herramientas bioinformáticas que hoy tenemos disponibles”, señala.
El investigador explica que una de las principales diferencias respecto de los desarrollos existentes es que el nuevo candidato no depende de un único blanco inmunológico. “Hasta ahora, la mayoría de las vacunas desarrolladas contra BKD se han basado en una o unas pocas proteínas del patógeno, e incluso algunas utilizan proteínas provenientes de bacterias relacionadas con Renibacterium salmoninarum. Sin embargo, los resultados obtenidos en terreno no han logrado entregar una protección suficientemente efectiva, por lo que la enfermedad continúa siendo uno de los principales problemas sanitarios de la salmonicultura y una de las principales causas del uso de antibióticos en agua dulce”, explica.
Por ello, Gómez detalla que «nuestra propuesta busca abordar este problema desde una perspectiva completamente distinta. En lugar de centrarse en un solo componente de la bacteria, diseñamos una proteína quimérica que reúne pequeños fragmentos de doce proteínas diferentes, todas ellas relacionadas con procesos clave para la supervivencia e infección de R. salmoninarum. La idea es que el sistema inmune del pez pueda reconocer simultáneamente distintos blancos del patógeno y generar una respuesta más amplia y robusta.»
Además, destaca que todo el proceso de selección fue realizado mediante herramientas computacionales capaces de analizar miles de proteínas y elegir únicamente aquellas con mayor potencial inmunológico. «Utilizamos herramientas de genómica, bioinformática, inmunoinformática y modelamiento estructural para analizar miles de proteínas de la bacteria y seleccionar únicamente aquellas regiones con mayor capacidad de inducir una respuesta inmune. Esto permite realizar una selección mucho más racional de los candidatos vacunales, disminuyendo considerablemente el tiempo y los costos asociados al desarrollo de nuevas vacunas antes de iniciar las pruebas experimentales”, cuenta el experto.
A juicio del investigador, esta aproximación representa una nueva generación de vacunas para la acuicultura. «Creemos que este tipo de estrategias representa el futuro del desarrollo de vacunas en acuicultura, ya que permite diseñar candidatos de manera mucho más precisa y basada en evidencia científica, en lugar de depender principalmente del ensayo y error”, afirma a nuestro medio InfoSALMON.
Un cambio de paradigma: diseñar vacunas desde el genoma
En lugar de utilizar métodos tradicionales basados en el cultivo del microorganismo y la selección empírica de antígenos, los investigadores optaron por una estrategia completamente distinta. Aplicaron vacunología reversa, una metodología que comienza estudiando el genoma completo del patógeno para identificar, mediante herramientas computacionales, cuáles proteínas poseen mayor capacidad para inducir una respuesta inmune protectora.
El primer paso consistió en comparar tres genomas completos de Renibacterium salmoninarum. Los análisis demostraron que las cepas presentan una extraordinaria conservación genética, lo que significa que comparten prácticamente las mismas proteínas. Para el desarrollo de vacunas, esta característica resulta especialmente favorable, ya que incrementa las probabilidades de generar protección frente a distintas variantes del patógeno presentes en terreno.
Posteriormente, el equipo analizó cerca de 3.700 proteínas codificadas por la bacteria. Mediante sucesivos filtros bioinformáticos evaluaron cuáles eran capaces de estimular el sistema inmune, cuáles se encontraban expuestas al reconocimiento inmunológico, cuáles estaban relacionadas con la virulencia bacteriana y cuáles no presentaban similitudes con proteínas propias de los salmones, minimizando así riesgos de reacciones inmunológicas indeseadas.
Tras este proceso, la enorme cantidad inicial de proteínas quedó reducida a 17 proteínas altamente inmunogénicas, provenientes de distintos sistemas biológicos esenciales para la bacteria.
Miles de posibilidades reducidas a los mejores candidatos
Sobre estas proteínas comenzó una segunda etapa aún más precisa. Los investigadores buscaron pequeños fragmentos proteicos —denominados epítopos— capaces de ser reconocidos por las células del sistema inmune.
Inicialmente identificaron 154 epítopos candidatos, los cuales fueron evaluados considerando antigenicidad, toxicidad, similitud con proteínas del hospedador y capacidad de interactuar con moléculas del Complejo Mayor de Histocompatibilidad (MHC) del salmón Atlántico.
Luego de este exhaustivo proceso quedaron seleccionados 60 epítopos, agrupados en 26 regiones antigénicas derivadas de 15 proteínas diferentes. Todos ellos fueron clasificados como no tóxicos y sin similitud relevante con proteínas presentes en los salmones cultivados.
Una vacuna que apunta a múltiples mecanismos de infección
Uno de los aspectos más innovadores del estudio es que la vacuna no depende de un único antígeno. Mientras muchas estrategias anteriores se concentraban casi exclusivamente en la proteína p57 —considerada históricamente el principal factor de virulencia del BKD— esta investigación incorporó proteínas pertenecientes a múltiples sistemas funcionales de la bacteria.
Con las mejores regiones antigénicas seleccionadas, los investigadores construyeron una proteína quimérica compuesta por 439 aminoácidos, uniendo doce regiones inmunológicas mediante secuencias flexibles que permiten mantener la independencia estructural de cada epítopo.
Posteriormente, el candidato fue sometido a modelamiento tridimensional y simulaciones de dinámica molecular durante 100 nanosegundos para determinar si mantenía estabilidad estructural.
Los resultados mostraron que la proteína alcanza una conformación estable alrededor de los 85 nanosegundos de simulación, conservando expuestas varias de las regiones antigénicas más importantes para el reconocimiento por parte del sistema inmune del pez.
¿Por qué el BKD sigue siendo tan difícil de controlar?
El estudio también profundiza en las razones por las cuales, después de varias décadas de investigación, aún no existe una vacuna altamente efectiva contra esta enfermedad.
Según explica el Dr. Gómez, la biología del patógeno constituye el principal desafío. «R. salmoninarum es un patógeno particularmente complejo, y esa es una de las principales razones por las que, después de varias décadas de investigación, todavía no se dispone de una vacuna que entregue una protección realmente satisfactoria”, indica.
La bacteria posee la capacidad de sobrevivir dentro de las células del pez, permanecer durante largos períodos sin producir signos clínicos evidentes y transmitirse tanto horizontal como verticalmente entre generaciones.
«Muchos peces pueden estar infectados sin mostrar signos clínicos durante largos períodos. Estos portadores aparentemente sanos pueden mantener el patógeno circulando dentro de un centro de cultivo e incluso favorecer su transmisión entre generaciones, ya que R. salmoninarum también puede transmitirse desde los reproductores hacia las ovas”, señala.
El investigador añade que la bacteria utiliza múltiples mecanismos para mantenerse dentro del hospedador, lo que reduce la eficacia de vacunas dirigidas contra un único antígeno. «Si una vacuna se dirige únicamente contra una de estas proteínas, existe la posibilidad de que la respuesta inmune no sea suficiente para controlar la infección. Por ello, nuestra estrategia intenta enfrentar este problema desde una perspectiva más amplia”, explica.
En ese contexto, la proteína quimérica desarrollada incorpora fragmentos provenientes de distintos sistemas biológicos esenciales para el microorganismo, aumentando las probabilidades de generar una respuesta inmune protectora más completa.
Un potencial impacto para toda la industria
Aunque la vacuna aún debe superar las etapas experimentales y posteriores desafíos en peces, sus autores consideran que el potencial impacto podría ser significativo para la salmonicultura. «Si los resultados obtenidos hasta ahora se confirman en las etapas experimentales, esta vacuna podría convertirse en una herramienta importante para fortalecer la prevención del BKD”, destaca.
Actualmente, cuando la enfermedad ya está establecida en un centro de cultivo, las opciones de manejo son limitadas y el uso de florfenicol u oxitetraciclina continúa siendo una de las principales herramientas de control.
El investigador sostiene que una vacuna eficaz permitiría modificar profundamente esa estrategia. «Una vacuna eficaz permitiría cambiar ese enfoque, pasando desde un manejo principalmente reactivo a uno mucho más preventivo. Esto podría traducirse en una menor incidencia de la enfermedad, una reducción de las pérdidas productivas y una mejora en el bienestar de los peces”, asegura.
Además, subraya que el desarrollo de nuevas vacunas está plenamente alineado con los desafíos actuales de sostenibilidad que enfrenta la industria. «Actualmente, la salmonicultura chilena enfrenta el desafío permanente de fortalecer las estrategias preventivas para disminuir el impacto de las enfermedades bacterianas y avanzar hacia una producción cada vez más sustentable. En ese contexto, el desarrollo de vacunas más eficaces representa una de las herramientas con mayor potencial, ya que prevenir la enfermedad siempre será una mejor estrategia que tratarla una vez que aparezca”, reflexiona.
Uno de los aspectos más relevantes es su posible contribución a disminuir el consumo de antimicrobianos. «Chile enfrenta el desafío permanente de reducir el uso de antibióticos en la salmonicultura, tanto por razones ambientales como por las crecientes exigencias de los mercados internacionales. Si se dispone de mejores herramientas para prevenir enfermedades bacterianas, la necesidad de tratar peces enfermos también debería disminuir. En ese sentido, las vacunas cumplen un rol estratégico dentro de una producción más sustentable y basada en la prevención”, agrega.
Mucho más que una vacuna contra BKD
Los investigadores enfatizan que uno de los mayores aportes del estudio es la metodología desarrollada, la cual podría utilizarse para acelerar el diseño de vacunas frente a otros patógenos relevantes para la acuicultura. Tras completar exitosamente la fase de diseño computacional, el siguiente desafío será llevar el candidato vacunal al laboratorio.
«El estudio publicado corresponde a una etapa de diseño y validación computacional. Ahora comienza un desafío igualmente importante: llevar estos resultados al laboratorio. El siguiente paso será producir la proteína quimérica y evaluar si es capaz de inducir una respuesta inmune protectora mediante ensayos experimentales y, posteriormente, estudios de desafío en peces”, adelanta el investigador.
Sin embargo, el Dr. Gómez sostiene que el verdadero valor del trabajo trasciende esta vacuna en particular. «Independientemente del resultado de esta vacuna en particular, creemos que uno de los principales aportes del trabajo es la metodología desarrollada. Hoy disponemos de herramientas bioinformáticas que permiten analizar rápidamente grandes cantidades de información genómica y seleccionar, de manera mucho más precisa, los mejores candidatos vacunales antes de iniciar los estudios experimentales”, resalta.
De hecho, esta plataforma tecnológica ya está siendo utilizada para otras enfermedades de alto impacto. «Esta metodología ya la hemos aplicado en otra línea de investigación, desarrollando un prototipo de vacuna contra la Piscirickettsiosis (SRS), en el marco de un proyecto financiado por la Fundación COPEC-UC. Los resultados obtenidos fueron muy alentadores, ya que observamos una importante producción de anticuerpos y la activación de marcadores asociados tanto a la respuesta inmune humoral como celular en los peces vacunados”, relata. Actualmente, esa tecnología se encuentra en proceso de protección mediante patente junto a la empresa Pathovet.
Finalmente, el investigador proyecta un amplio campo de aplicación para este enfoque. «Creemos que esta estrategia puede aplicarse perfectamente a otros patógenos de interés para la salmonicultura, como bacterias del género Tenacibaculum, incluso a los virus ISA e IPN. En un escenario donde continuamente aparecen nuevos desafíos sanitarios, contar con metodologías que aceleren el desarrollo de vacunas será cada vez más importante para responder oportunamente a las necesidades de la industria”, proyecta.
Con ello, el estudio no solo abre una nueva alternativa para enfrentar el BKD, sino que posiciona a la ciencia chilena en la vanguardia del desarrollo de vacunas de precisión para la acuicultura, una herramienta que podría convertirse en un pilar estratégico para avanzar hacia una salmonicultura más sustentable, resiliente y con menor dependencia de los antibióticos.
