Rethinking the Immune Responses Induced by Commercial Multicomponent Acellular and Whole Cell Pertussis Vaccines and Pertussis Infection in the Baboon Model

La tos ferina, conocida médicamente como pertussis, es una enfermedad respiratoria altamente contagiosa causada por un tipo específico de bacteria. Aunque puede ser leve en adultos, representa una grave amenaza para los lactantes, pudiendo provocar neumonía, discapacidad permanente o la muerte. Durante décadas, la principal defensa contra esta enfermedad ha sido la vacunación. Históricamente, las primeras vacunas utilizadas para combatir la tos ferina estaban hechas de bacterias enteras inactivadas. Estas vacunas de "célula completa" eran muy eficaces para prevenir no solo la enfermedad, sino también la propagación de la bacteria de persona a persona. Sin embargo, a menudo causaban efectos secundarios significativos, lo que llevó a su sustitución en la década de 1990 por vacunas "acelulares". Estas versiones más nuevas contienen solo algunas partes purificadas de la bacteria en lugar del organismo completo. Si bien las vacunas acelulares son más seguras y siguen protegiendo a los niños de enfermar gravemente, los datos de salud pública muestran una tendencia preocupante: en los países que utilizan estas vacunas más recientes, el número de casos de tos ferina ha aumentado de forma constante. Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que, si bien las nuevas vacunas detienen la enfermedad, no logran detener la supervivencia de la bacteria en la nariz y la garganta ni su propagación a otros, pero las razones biológicas de esta diferencia habían permanecido sin aclarar.

Para resolver este misterio, los investigadores recurrieron a un modelo que imita estrechamente la fisiología humana: el babuino. En un estudio exhaustivo, los científicos compararon los sistemas inmunológicos de los babuinos después de recibir la vacuna acelular moderna, la vacuna de célula completa más antigua o tras una infección natural con la bacteria. El objetivo era mirar en el interior de las células sanguíneas para ver cómo reacciona el sistema de defensa del cuerpo ante cada uno de estos tres escenarios. Los investigadores no se limitaron a buscar anticuerpos, que son las proteínas que neutralizan los gérmenes; mapearon la actividad de miles de genes para comprender la conversación más amplia que ocurre entre las diferentes partes del sistema inmunitario. Querían ver si la nueva vacuna estaba enviando un conjunto de instrucciones diferente a las defensas del cuerpo en comparación con la vacuna antigua o una infección real.

El estudio reveló que las tres exposiciones desencadenan paisajes inmunológicos fundamentalmente distintos. Cuando los babuinos recibieron la vacuna acelular moderna, sus cuerpos lanzaron una respuesta fuerte y rápida que se parecía mucho a una reacción ante un virus. Esto se debió probablemente a que la vacuna contenía un componente destinado a proteger contra la polio, que el sistema inmunitario reconoció como una amenaza viral. Esta señal "antiviral" hizo que el sistema inmunitario produjera proteínas específicas diseñadas para combatir virus y activó un tipo de glóbulo blanco conocido como célula T citotóxica, que caza células infectadas. Sin embargo, esta respuesta no incluyó el conjunto completo de señales necesarias para eliminar una infección bacteriana de los pulmones. El sistema inmunitario estaba ocupado preparándose para una batalla viral en lugar de una bacteriana.

En contraste, los babuinos que recibieron la antigua vacuna de célula completa o aquellos que sufrieron la infección natural con la bacteria mostraron un patrón muy diferente. Sus sistemas inmunitarios activaron una vía que involucra un tipo específico de glóbulo blanco llamado neutrófilo, que es crucial para combatir las invasiones bacterianas. Esta respuesta fue impulsada por una cadena compleja de señales que incluía marcadores inflamatorios y un tipo específico de célula inmunitaria llamada célula Th17. Estas células son conocidas por ser esenciales para eliminar las bacterias del tracto respiratorio y prevenir su propagación. Los investigadores descubrieron que tanto la vacuna de célula completa como la infección natural activaron con éxito esta maquinaria de lucha contra las bacterias, mientras que la nueva vacuna acelular falló en gran medida al hacerlo. Esta diferencia ayuda a explicar por qué la vacuna antigua y la infección natural proporcionan una mejor protección contra la propagación de la enfermedad, a pesar de que la nueva vacuna es más segura y sigue previniendo enfermedades graves.

El estudio también descubrió diferencias sutiles pero importantes en cómo el cuerpo maneja los componentes de la vacuna. La vacuna acelular moderna, que incluye el componente de la polio, parecía mantener al sistema inmunitario en un estado más regulado. Activó genes asociados con la producción de glóbulos rojos y la coagulación de la sangre, lo que sugiere que el cuerpo estaba gestionando los recursos cuidadosamente sin lanzar una guerra inflamatoria a gran escala. La vacuna antigua y la infección, por el contrario, desencadenaron una respuesta inflamatoria más robusta y amplia. Esto incluyó la activación de genes que ayudan al sistema inmunitario a recordar la infección a largo plazo, creando una defensa más duradera. Los investigadores observaron que los babuinos infectados con la bacteria desarrollaron una memoria fuerte del germen específico, mientras que aquellos con la vacuna de célula completa mostraron una mezcla equilibrada de defensa inmediata y memoria a largo plazo. El grupo de la vacuna acelular, sin embargo, mostró un fuerte enfoque en la producción de anticuerpos inmediatos, pero careció de la misma profundidad de memoria celular a largo plazo que encontraron los otros dos grupos.

Uno de los hallazgos más impactantes fue cómo la composición de la vacuna cambió la respuesta inmunitaria. La vacuna acelular moderna utilizada en el estudio era una versión "pentavalente", lo que significa que protegía contra cinco enfermedades diferentes a la vez. Los investigadores descubrieron que la inclusión del componente de la polio en esta mezcla fue un factor determinante de la respuesta antiviral. Esto sugiere que la forma en que se empaquetan las vacunas hoy en día —combinando múltiples antígenos en una sola inyección— podría estar moldeando la reacción del sistema inmunitario de formas que no se veían con las vacunas antiguas de una sola enfermedad. El estudio no concluyó que la nueva vacuna fuera "errónea" o ineficaz; más bien, mostró que enseña una lección diferente al sistema inmunitario. Le enseña al cuerpo a producir anticuerpos para detener los síntomas de la enfermedad, pero no le enseña al cuerpo a eliminar las bacterias de las vías respiratorias ni a detener su propagación.

Los investigadores también observaron cómo el sistema inmunitario se regula a sí mismo para evitar una reacción excesiva. En los grupos que recibieron la vacuna de célula completa o la infección natural, el cuerpo produjo señales que ayudan a calmar la respuesta inmunitaria después de que las bacterias fueran eliminadas. En el grupo de la vacuna acelular, el cuerpo activó señales reguladoras diferentes, incluyendo aquellas asociadas con un tipo de célula que suprime la actividad inmunitaria. Esto sugiere que la nueva vacuna podría estar manteniendo al sistema inmunitario en un estado de alerta alta pero de baja agresión, lo cual es seguro pero quizás menos eficaz para eliminar las bacterias. El estudio confirmó que, si bien la vacuna acelular es excelente para prevenir ataques de tos severos y hospitalizaciones, no crea la misma inmunidad "esterilizante" que impide que las bacterias se establezcan en primer lugar.

Estos hallazgos proporcionan una explicación biológica clara para los datos epidemiológicos que han desconcertado a los funcionarios de salud durante años. El cambio de la vacuna de célula completa a la acelular ha salvado vidas al reducir la enfermedad grave, pero también ha cambiado la naturaleza de la respuesta inmunitaria de una manera que permite que la bacteria persista y se propague. El estudio sugiere que el camino a seguir para el diseño de vacunas puede residir en comprender cómo combinar la seguridad de la vacuna acelular con la potente activación inmunitaria de amplio espectro de la versión de célula completa. Al utilizar el modelo de babuino, los investigadores pudieron observar estas complejas interacciones en un sistema vivo, ofreciendo una hoja de ruta para desarrollar la próxima generación de vacunas que puedan proteger tanto contra la enfermedad como contra su propagación. El trabajo destaca que el sistema inmunitario no es un interruptor único que se puede encender o apagar, sino una red compleja que responde de manera diferente según exactamente lo que se le muestre. Comprender estos matices es esencial para crear vacunas que ofrezcan una protección completa para todos.